ГАЗОСЕПАРАТОР Российский патент 2003 года по МПК E21B43/38 B01D19/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче нефти из скважин с большим газовым фактором
Известен газосепаратор, содержащий одну сепарирующую ступень, выполненную в виде последовательно установленных напорного узла, центрифуги и переводника, причем напорный узел выполнен в виде шнека, расположенного в шнековой камере, центрифуга выполнена в виде активатора с радиальными лопастями, расположенного в сепарационной камере, а переводник выполнен обеспечивающим отвод внутренней части потока рабочей среды в скважинное пространство и внешней части потока рабочей среды на вход насоса [1].

При одноступенчатом выполнении газосепаратора и большом содержании газа в рабочей среде, представляющей собой газожидкостную смесь, не обеспечивается снижение содержания свободного газа в рабочей среде до уровня, требуемого по условиям надежной работы центробежного насоса, расположенного за газосепаратором.

Устройством, наиболее близким к заявленному изобретению, является газосепаратор, содержащий по крайней мере две последовательно установленные сепарирующие ступени, каждая из которых выполнена в виде последовательно установленных напорного узла, центрифуги и переводника, причем напорный узел выполнен в виде шнека, расположенного в шнековой камере, центрифуга выполнена в виде активатора с лопастями, расположенного в сепарационной камере, а переводник выполнен обеспечивающим отвод внутренней части потока рабочей среды в скважинное пространство и внешней части потока рабочей среды на вход следующей ступени [2].

При работе известного газосепаратора недостаточно полно используются свойства потока рабочей среды, формируемого первой сепарирующей ступенью и направляемого через переводник на последующую сепарирующую ступень.

При работе заявленного газосепаратора, в отличие от прототипа, обеспечивается более высокий гидравлический КПД, так как перед шнеками второго и последующих (при их наличии) сепарирующих ступеней практически не происходит дросселирование потока рабочей среды. При этом шнек работает с более плотной (смесь сжимаема) средой, чем при большем диаметре шнека, КПД шнека повышается. Уменьшается длина газосепаратора, по сравнению с прототипом, так как сепарационные камеры имеют максимальный диаметр, одновременно облегчаются условия разделения фаз, так как сепарационная камера имеет максимальную площадь сечения. После шнека второй и последующих ступеней происходит дросселирование потока, и, как следствие, уменьшение давления в рабочей среде с увеличением объема газовых включений. Это увеличивает газовый фактор и облегчает условия разделения газовой и жидкой фаз на начальном этапе разделения, а также качество разделения. Кроме того, при дросселировании можно дополнительно уменьшить длину сепарационной камеры. Кроме того, поступающая со шнека смесь не воздействует на жидкостную оболочку, находящуюся на внешней части объема сепарационной камеры, что снижает интенсивность смешивания рабочей смеси с отделенной от газа жидкостью, находящейся на периферии центрифуги, и повышает качество сепарации. При этом, до второй сепарационной камеры, частицы рабочей смеси перемещаются практически с постоянной продольной скоростью, что снижает потери энергии на торможение и ускорение потока сжимаемой смеси.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в газосепараторе, содержащем по крайней мере две последовательно установленные сепарирующие ступени, каждая из которых выполнена в виде последовательно установленных напорного узла, центрифуги и переводника, причем напорный узел выполнен в виде шнека, расположенного в шнековой камере, центрифуга выполнена в виде активатора с лопастями, расположенного в сепарационной камере, а переводник выполнен обеспечивающим отвод внутренней части потока рабочей среды в скважинное пространство и внешней части потока рабочей среды на вход следующей ступени, согласно изобретению диаметр шнековой камеры первой ступени больше диаметра шнековой камеры следующей ступени, а диаметры сепарационных камер всех сепарирующих ступеней равны.

Кроме того, по крайней мере в одной сепарирующей ступени, между шнеком и активатором в цилиндрической камере может быть расположено лопастное колесо, закрепленное на общем валу со шнеком и активатором. Причем по крайней мере в одной сепарирующей ступени лопасти лопастного колеса могут являться продолжением лопастей шнека. При этом по крайней мере в одной сепарирующей ступени выходной край лопасти лопастного колеса может быть выполнен параллельным радиальным лопастям активатора. Кроме того, по крайней мере в одной сепарирующей ступени диаметр цилиндрической камеры, в которой расположено лопастное колесо, может быть равен диаметру сепарационной камеры. Шнеки по крайней мере двух последовательно установленных сепарирующих ступеней, могут быть выполнены с одинаковым шагом.

На чертеже изображен продольный разрез газосепаратора.

Газосепаратор содержит корпус 1 в виде трубы, закрытой основанием 2, в котором выполнены входные отверстия 4, закрытые, с внешней стороны основания, сеткой 3. Внутри корпуса 1 расположен вал 5, приводящий во вращение подвижные элементы газосепаратора. Газосепаратор содержит по крайней мере две последовательно установленные сепарирующие ступени, каждая из которых выполнена в виде последовательно установленных напорного узла, центрифуги и переводника. В первой сепарирующей ступени напорный узел выполнен в виде шнека 6, расположенного в шнековой камере 7. Центрифуга выполнена в виде активатора 8 с радиальными лопастями 9, расположенного в сепарационной камере 10 и имеющего одну или несколько секций. Переводник 11 выполнен обеспечивающим отвод внутренней части потока рабочей среды в скважинное пространство (через каналы 12 переводника 11, связанные с отверстиями 13 корпуса 1) и внешней части потока рабочей среды в промежуточную камеру 34 на вход следующей ступени через каналы 14 переводника 11. В следующей, второй сепарирующей ступени напорный узел выполнен в виде шнека 15, расположенного в шнековой камере 16. Центрифуга выполнена в виде активатора 17 с радиальными лопастями 18, расположенного в сепарационной камере 19 и имеющего одну или несколько секций. Переводник 20 выполнен обеспечивающим отвод внутренней части потока рабочей среды в скважинное пространство через каналы 21 переводника 20 и внешней части потока рабочей среды в промежуточную камеру 35 на вход следующей ступени через каналы 22 переводника 20.

Шнековая камера 7 и сепарационная камера 10 первой сепарирующей ступени выполнены цилиндрическими в виде цилиндрической поверхности 23, цельной или составной втулки 24, установленной в корпусе 1. Шнековая камера 16 второй сепарирующей ступени выполнена цилиндрической в виде втулки 25, а сепарационная камера 19 второй ступени выполнена цилиндрической в виде цилиндрической поверхности 26 цельной или составной втулки 27, причем втулки 25 и 27 установлены в корпусе 1. Диаметр шнековой камеры 7 первой ступени больше диаметра шнековой камеры 16 следующей ступени. Диаметры сепарационных камер 10, 19 всех ступеней равны.

На валу 5 между шнеком 6 и активатором 8 первой сепарирующей ступени в цилиндрической камере 28, выполненной в виде втулки 24, расположено лопастное колесо 29 с лопастями 30. На валу 5 между шнеком 15 и активатором 17 второй сепарирующей ступени в цилиндрической камере 31, выполненной в виде втулки 27, расположено лопастное колесо 32 с лопастями 33.

При работе газосепаратора в сборе с многоступенчатым скважинным насосом (на чертеже не изображен) электродвигатель насоса через вал 5 приводит во вращение подвижные элементы газосепаратора. Рабочая среда в виде газожидкостной смеси поступает через сетку 3 и отверстия 4 к шнеку 6 первой сепарирующей ступени, создающему напор рабочей среды, под действием которого она перемещается вдоль элементов первой ступени. При этом наклонные к оси вала 5 участки лопастей 30 лопастного колеса 29 воздействуют на поток рабочей среды, вызывают вращательное и продольное движение потока. В процессе вращательного движения и продольного перемещения поток рабочей среды безударно входит в шнековую камеру 7, что предотвращает кавитацию на поверхности рабочего колеса. Под действием центробежных сил, создаваемых радиальными лопастями 9 активатора 8, газ отделяется от жидкости, перемещаясь к центру центрифуги. Внутренняя часть потока рабочей среды в виде газа отводится через каналы 12 переводника 11 и отверстия 13 корпуса 1 в скважинное пространство. Внешняя часть потока рабочей среды в виде жидкости и оставшегося в ней газа отводится через каналы 14 переводника 11 в промежуточную камеру 34 на вход следующей ступени, причем объем рабочей среды по сравнению с ее объемом на входе в первую ступень становится меньше в связи с отводом из рабочей среды части газа.

Работа шнека 15, лопастного колеса 32 и активатора 17 второй сепарирующей ступени аналогична работе аналогичных элементов первой сепарирующей ступени. При этом внешняя часть потока рабочей среды, состоящая, в основном, из жидкости с незначительным содержанием свободного газа отводится через каналы 22 переводника 20 в промежуточную камеру 35 и на вход следующей ступени, например, сепарирующей или насосной.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ 2078255, кл. F 04 D 13/10, Е 21 В 43/38, 1997.

2. Патент США 6066193, кл. 95/261, 2000.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче нефти из скважин с большим газовым фактором. Обеспечивает более высокий гидравлический коэффициент полезного действия. Сущность изобретения: газосепаратор содержит по крайней мере две последовательно установленные сепарирующие ступени. Каждая из ступеней выполнена в виде последовательно установленных напорного узла, центрифуги и переводника. Напорный узел выполнен в виде шнека. Шнек расположен в шнековой камере. Центрифуга выполнена в виде активатора с лопастями, расположенного в сепарационной камере. Переводник выполнен обеспечивающим отвод внутренней части потока рабочей среды в скважинное пространство и внешней части потока рабочей среды на вход следующей ступени. Диаметр шнековой камеры первой ступени больше диаметра шнековой камеры следующей ступени. Диаметры сепарационных камер всех ступеней равны. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газосепаратор, содержащий, по крайней мере, две последовательно установленные сепарирующие ступени, каждая из которых выполнена в виде последовательно установленных напорного узла, центрифуги и переводника, причем напорный узел выполнен в виде шнека, расположенного в шнековой камере, центрифуга выполнена в виде активатора с лопастями, расположенного в сепарационной камере, а переводник выполнен обеспечивающим отвод внутренней части потока рабочей среды в скважинное пространство и внешней части потока рабочей среды на вход следующей ступени, отличающийся тем, что диаметр шнековой камеры первой ступени больше диаметра шнековой камеры следующей ступени, а диаметры сепарационных камер всех ступеней равны. 2. Газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, в одной сепарирующей ступени, между шнеком и активатором в цилиндрической камере расположено лопастное колесо, закрепленное на общем валу со шнеком и активатором. 3. Газосепаратор по п.2, отличающийся тем, что, по крайней мере, в одной сепарирующей ступени лопасти лопастного колеса являются продолжением лопастей шнека. 4. Газосепаратор по п.2 или 3, отличающийся тем, что, по крайней мере, в одной сепарирующей ступени выходной край лопасти лопастного колеса выполнен параллельным радиальным лопастям активатора. 5. Газосепаратор по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что, по крайней мере, в одной сепарирующей ступени диаметр цилиндрической камеры, в которой расположено лопастное колесо, равен диаметру сепарационной камеры. 6. Газосепаратор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что шнеки, по крайней мере, двух последовательно установленных сепарирующих ступеней, выполнены с одинаковым шагом.