ГАЗОСЕПАРАТОР СКВАЖИННОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Российский патент 2006 года по МПК F04D13/10 E21B43/38 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при механизированном способе добычи нефти из скважин с большим содержанием газа с помощью погружного центробежного насоса.

Известны газосепараторы, предназначенные для отделения свободного газа из откачиваемой газожидкостной смеси на входе погружного центробежного насоса (Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти". М., 1999, стр.293-319). В указанном источнике широко представлены известные газосепараторы, выпускаемые как отечественными производителями, так и зарубежными фирмами. Известные газосепараторы содержат размещенные в корпусе и последовательно установленные на валу по ходу прохождения потока откачиваемой газожидкостной смеси шнек, рабочее колесо и сепараторы. При этом шнек создает напор, рабочее колесо закручивает поток газожидкостной смеси, сепараторы производят отделение газа от жидкости с последующим выводом его в затрубное пространство и подачи жидкости на прием насоса.

Для формирования напора в газосепараторе обычно используется шнек либо шнек совместно с установленным за ним спрямляющим аппаратом (Патент RU №2027912, дата подачи 28.02.1991 г., МПК⁶ F 04 D 13/10). В случае выполнения газосепаратора, без спрямляющего аппарата, не обеспечивается необходимое выравнивание потока газожидкостной смеси в проточной части газосепаратора, что отрицательно сказывается на сепарационной характеристике газосепаратора и эффективности его работы. Кроме того, напор, создаваемый шнеком является недостаточным для последующего эффективного отделения газа из газожидкостной смеси и удаления отсепарированного газа в затрубное пространство. Перечисленные недостатки приводят к снижению КПД газосепаратора.

В конструкциях газосепараторов, выполненных со спрямляющим аппаратом, расположенным за шнеком, обеспечивается частичное устранение указанных недостатков за счет выравнивания потока газожидкостной смеси в проточной части газосепаратора. Однако напор, формируемый шнеком и спрямляющим аппаратом, из-за конструктивных возможностей шнека не может быть создан достаточным для осуществления эффективного удаления отсепарированного газа. Даже использование лопастного рабочего колеса суперкаветирующего типа, описанное в патенте RU №2027912 влияет только на процесс сепарации, но не обеспечивает создания необходимого напора.

Вместе с тем известно, что на эффективность работы центробежного газосепаратора и, соответственно, на его КПД значительное влияние оказывает именно напор газожидкостной смеси, который необходим для преодоления сопротивлений, включая давление жидкости, на пути отвода газа после сепарации в затрубное пространство (см., например, Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов", стр.296).

Задачей предложенного технического решения является улучшение сепарационных характеристик и повышение КПД газосепаратора для скважинного центробежного насоса за счет повышения эффективности отделения газа из газожидкостной смеси и отвода отсепарированного газа в затрубное пространство.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в газосепараторе скважинного центробежного насоса, содержащем размещенные в корпусе и последовательно установленные на валу по ходу прохождения потока газожидкостной смеси шнек, спрямляющий аппарат с неподвижными лопатками, рабочее лопастное колесо и разделитель потока, выход которого по жидкости связан с входом насоса, а выход по газу сообщен с затрубным пространством, согласно изобретению, между шнеком и спрямляющим аппаратом установлено осевое лопастное колесо, подвижные лопатки которого совместно с неподвижными лопатками спрямляющего аппарата образуют осевую ступень насоса, при этом лопатки рабочего лопастного колеса забандажированы внешним ободом и расположены под входным углом 20-30° и выходным углом 60-80°, лопатки осевого лопастного колеса расположены под входным углом 20-40° и выходным углом 40-50°, а лопатки спрямляющего аппарата установлены под входным углом 20-50° и выходным углом 60-80°.

Сущность предложенного решения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема проточной части газосепаратора скважинного центробежного насоса; на фиг.2 - схема расположения лопаток на рабочем лопастном колесе; на фиг.3 - схема расположения лопаток спрямляющего аппарата и на фиг.4 - схема расположения лопаток на осевом лопастном колесе.

Газосепаратор скважинного центробежного насоса состоит из корпуса 1, в котором на валу 2 последовательно размещены шнек 3, осевое лопастное колесо 4, спрямляющий аппарат 5, рабочее лопастное колесо 6 и сепараторы 7. Осевое лопастное колесо 4 выполнено с лопатками 8, размещенными таким образом, что входной угол лопаток β₁₀ равен 20-40°, а выходной угол лопаток β₂₀ равен 40-50° (фиг.2). Подвижные лопатки 8 осевого лопастного колеса 4 и неподвижные лопатки 9 спрямляющего аппарата 5 образуют осевую ступень насоса. При этом в спрямляющем аппарате 5 неподвижные лопатки 9 установлены под входным углом а_1н равным 20-50°, и выходным углом а_2н, равным 60-80° (фиг.3). Лопатки 10 рабочего колеса 6 забандажированы внешним ободом 12 и установлены под входным углом β_1p, равным 20-30°, и выходным углом β_2р, равным 60-80° (фиг.4), а лопатки 11 шнека 3 установлены под углом 15-30°.

Работает газосепаратор скважинного центробежного насоса следующим образом.

Газожидкостная смесь захватывается лопатками 11 шнека 3 и под небольшим напором подводится к осевому лопастному колесу 4. Подвижные лопатки 8 осевого лопастного колеса 4 совместно с неподвижными лопатками 9 спрямляющего аппарата 5 образуют осевую ступень насоса, которая создает дополнительный напор, под которым газожидкостная смесь поступает на вход в рабочее лопастное колесо 6. С помощью лопаток 10 рабочего колеса 6 происходит закручивание потока и укрупнение газовых пузырьков в газожидкостной смеси. Лопатки 10 рабочего лопастного колеса 6 закрыты бандажом 12, что обеспечивает уменьшение потерь в верхней части рабочего колеса 6 и увеличение закрутки потока перед сепараторами 7, замыкающими проточную часть газосепаратора. Поступившая в сепараторы 7 газожидкостная смесь 7 под воздействием центробежных сил разделяется на свободный газ и дегазированную жидкость с последующим отводом газа в затрубное пространство, а дегазированной жидкости на прием центробежного насоса (на чертеже не показано). При этом введение в проточную часть газосепаратора осевой ступени, увеличивающей напор газожидкостной смеси, в совокупности с установкой лопаток 10, 9, 8, 11 на рабочем колесе 6, спрямляющем аппарате 5, осевом лопастном колесе 4 и шнеке 3 в соответствии с вышеуказанными значениями входных и выходных углов, позволяет существенно улучшить сепарационные характеристики газосепаратора и повысить его КПД.

Изобретение может быть использовано при механизированном способе добычи нефти с большим содержанием газа с помощью погружного центробежного насоса. В корпусе 1 газосепаратора размещены последовательно установленные на валу шнек 3, осевое лопастное колесо 4, спрямляющий аппарат 5, рабочее лопастное колесо 6 и сепараторы 7. Подвижные лопатки 8 осевого лопастного колеса 4 и неподвижные лопатки 9 спрямляющего аппарата 5 образуют осевую ступень насоса, которая увеличивает напор газожидкостной смеси в проточной части газосепаратора и обеспечивает тем самым эффективный выброс отсепарированного газа. При этом лопатки рабочего лопастного колеса 6, спрямляющего аппарата 5 и осевого лопастного колеса 4 установлены под определенными входными и выходными углами, а лопатки рабочего лопастного колеса 6 забандажированы внешним ободом. Изобретение направлено на улучшение сепарационных характеристик и повышение КПД газосепаратора за счет более эффективного отделения газа из газожидкостной смеси и отвода отсепарированного газа в затрубное пространство. 4 ил.

Газосепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий размещенные в корпусе и последовательно установленные на валу по ходу прохождения потока газожидкостной смеси шнек, спрямляющий аппарат с неподвижными лопатками, рабочее лопастное колесо и разделитель потока, выход которого по жидкости связан с входом насоса, а выход по газу сообщен с затрубным пространством, отличающийся тем, что между шнеком и спрямляющим аппаратом установлено дополнительно осевое лопастное колесо, подвижные лопатки которого совместно с неподвижными лопатками спрямляющего аппарата образуют осевую ступень насоса, при этом лопатки рабочего лопастного колеса забандажированы внешним ободом и установлены под входным углом 20-40° и выходным углом 60-80°, лопатки осевого лопастного колеса расположены под входным углом 20-40° и выходным углом 40-50°, а лопатки спрямляющего аппарата установлены под входным углом 20-50° и выходным углом 60-80°.