АБРАЗИВОСТОЙКИЙ ГАЗОСЕПАРАТОР Российский патент 2009 года по МПК E21B43/38 

Описание патента на изобретение RU2363842C1

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано при добыче нефти с высоким содержанием газа и абразивных частиц.

Известны центробежные газосепараторы, состоящие из цилиндрического корпуса и вала, на котором последовательно по направлению потока расположены винтовой шнек, лопастное колесо и сепарирующий барабан с радиальными лопастями [1].

Такие сепараторы не могут длительное время работать в абразивосодержащих жидкостях. Обычно отказ наступает из-за гидроабразивного разрушения корпуса в области, соответствующей выходу из шнека, с последующим расчленением газосепаратора.

Для повышения надежности центробежных газосепараторов применяют защитное покрытие на корпусе [2] или защитную гильзу, которая имеет форму тонкостенного цилиндра и располагается между вращающимися элементами газосепаратора и корпусом [3]. Однако гидроабразивная стойкость применяемых покрытий и материалов гильз недостаточна для того, чтобы предотвратить разрушение газосепараторов, работающих длительное время [4, 5].

Настоящее изобретение направлено на создание конструкции газосепаратора, способного длительное время безаварийно работать в жидкости, содержащей абразивные частицы.

Указанный технический результат достигается тем, что газосепаратор, содержащий цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, напорный узел, сепарационный узел и узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, отличается тем, что его напорный узел выполнен в виде как минимум одной осевой ступени, состоящей из рабочего колеса в форме втулки с лопастями и направляющего аппарата, при этом в рабочем колесе угол между касательной к скелетной линии лопасти и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, выполнен увеличивающимся в 1,2-4,0 раза в направлении от входа потока к выходу, длина проточных каналов рабочего колеса, измеренная вдоль его наружной цилиндрической поверхности, составляет 1-4 диаметра колеса, количество лопастей не превышает 4, отношение диаметра втулки к диаметру колеса равно 0,4-0,9, а меридиональное сечение колеса выполнено сужающимся от входа к выходу с углом конфузорности не более 15°.

Число лопастей и длина проточных каналов направляющего аппарата ступени подобраны с возможностью создания осевого направления потока на выходе, при этом проточная часть направляющего аппарата в меридиональном сечении от входа к выходу расширена с углом диффузорности не более 15°.

Перед напорным узлом, в узле ввода, может быть дополнительно расположен направляющий аппарат, имеющий конфузорное сужение в меридиональном сечении с углом конфузорности не более 15°. Наличие такого аппарата затрудняет формирование вихря на входе в рабочее колесо, особенно при малых подачах.

Увеличение надежности газосепаратора предлагаемой конструкции достигается за счет того, что осевое колесо имеет существенно меньшую высоту, чем традиционный шнек. Поэтому за время движения абразивных частиц через колесо центробежные силы не успевают прижать их к корпусу газосепаратора и вызвать его абразивный износ. В направляющем аппарате поток быстро теряет осевую закрутку, воздействие центробежных сил на абразивные частицы уменьшается, и корпус в области направляющего аппарата также не испытывает износа. Второй причиной увеличения абразивной стойкости газосепаратора является низкая интенсивность вихря на входе в первое рабочее колесо благодаря использованию в узле ввода направляющего аппарата. Проведенные нами исследования показали, что вихри на входе в рабочее колесо интенсифицируют гидроабразивный износ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема расположения узлов газосепаратора, на фиг.2 - направляющий аппарат узла ввода, на фиг.3 - рабочее колесо напорного узла, на фиг.4 - направляющий аппарат напорного узла газосепаратора.

Предлагаемый газосепаратор состоит из узла ввода, напорного, сепарационного узлов и узла отвода отсепарированного газа (фиг.1), которые насажены на вал и размещены внутри цилиндрического корпуса. Направляющий аппарат узла ввода содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого размещена втулка 2 с радиальными лопатками 3. Втулка 2 выполнена в виде усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием 4 в сторону направления потока (фиг.2).

Каждая осевая ступень напорного узла включает в себя рабочее колесо 5 и направляющий аппарат 6. Рабочее колесо 5 выполнено в виде цилиндрической втулки 7, на боковой поверхности которой на равном расстоянии друг от друга установлены винтовые лопасти 8 (фиг.3). Длина проточных каналов рабочего колеса 5, измеренная вдоль наружной цилиндрической поверхности 9, может составлять от одного до 4-х диаметров рабочего колеса. Меридиональное сечение колеса 5 от входа к выходу сужается с узлом конфузорности не более 15°. Количество лопастей 8 может варьироваться в пределах 1-4, при этом угол их закрутки зависит от длины цилиндрической втулки 7. Направляющий аппарат 6 имеет цилиндрический корпус 10 и оснащен лопастями 11 (фиг.4), размещенными на боковой поверхности втулки 12. Лопасти 11 могут иметь двойную кривизну. Проточный канал в меридиональном сечении от входа к выходу расширяется с узлом диффузорности не более 15°.

Устройство работает следующим образом.

Поток газожидкостной смеси, содержащий абразивные частицы, поступает в направляющий аппарат узла ввода, который за счет конфузорного сужения проточного канала подавляет образование вихря на входе в первое рабочее колесо напорного узла. В сформировавшемся потоке частицы распределены примерно равномерно по объему и не вызывают абразивного износа корпуса газосепаратора на входе в рабочее колесо напорного узла. Рабочее колесо имеет существенно меньшую длину, чем традиционный шнек, поэтому за время движения абразивных частиц через колесо центробежные силы не успевают отбросить их к корпусу. Корпус в области рабочего колеса не испытывает абразивного износа. В направляющем аппарате напорного узла поток быстро теряет осевую закрутку, центробежные силы, действующие на абразивные частицы, уменьшаются, и корпус в области направляющего аппарата также не испытывает износа.

Расчеты и стендовые испытания показали, что данная конструкция имеет надежность, по крайней мере, в 4-5 раз большую, чем известные газосепараторы, работающие в аналогичных условиях.

Источники информации

1. Оборудование для добычи нефти и газа / В.Н.Ивановский, В.И.Дарищев, А.А.Сабиров. - М.: ГУП Изд-во нефть и газ» РГУ нефти и газаим. И.М.Губкина, 2002. Ч.1. С.449.

2. Патент Франции №2310214, F04D 7/08, 1977.

3. Патент США №5516360, В10D 19/00, 1996.

4. Деньгаев А.В., Дроздов А.Н., Вербицкий B.C., Маркелов Д.В. Эксплуатация скважин, оборудованных высокопроизводительными УЭЦН с газосепараторами // Бурение и нефть. 2005. №2. С.10-13.

5. Дроздов А.Н., Деньгаев А.В., Вербицкий B.C. Установки погружных насосов с газосепараторами для эксплуатации скважин с высоким газовым фактором // Территория нефтегаз. 2005. №6. С.12-20.

Похожие патенты RU2363842C1

название год авторы номер документа
АБРАЗИВОСТОЙКИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГАЗОСЕПАРАТОР 2008
  • Пещеренко Сергей Николаевич
  • Пещеренко Марина Петровна
  • Рабинович Александр Исаакович
  • Перельман Максим Олегович
  • Дорогокупец Геннадий Леонидович
  • Иванов Олег Евгеньевич
  • Куприн Павел Борисович
  • Мельников Михаил Юрьевич
  • Гуркин Андрей Михайлович
  • Нагиев Али Тельман-Оглы
  • Каплан Александр Леонидович
RU2379500C2
Абразивостойкий роторный газосепаратор 2018
  • Пещеренко Марина Петровна
  • Пещеренко Сергей Николаевич
  • Мусинский Артем Николаевич
  • Одинцов Антон Александрович
RU2696040C1
СКВАЖИННЫЙ ВИХРЕВОЙ ГАЗОСЕПАРАТОР (ВАРИАНТЫ) 2014
  • Пещеренко Марина Петровна
  • Пещеренко Сергей Николаевич
  • Мусинский Артем Николаевич
RU2547854C1
ВИХРЕВОЙ ГАЗОСЕПАРАТОР 2017
  • Пещеренко Марина Петровна
  • Пещеренко Сергей Николаевич
  • Мусинский Артем Николаевич
RU2660972C1
ПОГРУЖНОЙ МУЛЬТИФАЗНЫЙ НАСОС 2008
  • Пещеренко Сергей Николаевич
  • Пещеренко Марина Петровна
  • Рабинович Александр Исаакович
  • Перельман Олег Михайлович
  • Дорогокупец Геннадий Леонидович
  • Иванов Олег Евгеньевич
  • Куприн Павел Борисович
  • Мельников Михаил Юрьевич
  • Нагиев Али Тельман-Оглы
  • Каплан Александр Леонидович
RU2368812C1
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГАЗОСЕПАРАТОР 2021
  • Башкиров Андрей Сергеевич
  • Пещеренко Марина Петровна
  • Пещеренко Сергей Николаевич
  • Перельман Максим Олегович
  • Пошвин Евгений Вячеславович
RU2767750C1
Центробежный абразивостойкий газосепаратор 2021
  • Башкиров Андрей Сергеевич
  • Пещеренко Марина Петровна
  • Пещеренко Сергей Николаевич
  • Островский Виктор Георгиевич
  • Перельман Максим Олегович
  • Пошвин Евгений Вячеславович
RU2775246C1
ГАЗОСЕПАРАТОР АБРАЗИВОСТОЙКОГО ИСПОЛНЕНИЯ 2008
  • Пещеренко Сергей Николаевич
  • Пещеренко Марина Петровна
  • Рабинович Александр Исаакович
  • Перельман Максим Олегович
  • Дорогокупец Геннадий Леонидович
  • Иванов Олег Евгеньевич
  • Куприн Павел Борисович
  • Мельников Михаил Юрьевич
RU2374439C1
Центробежный газосепаратор 2022
  • Башкиров Андрей Сергеевич
  • Пещеренко Марина Петровна
  • Пещеренко Сергей Николаевич
  • Перельман Максим Олегович
  • Пошвин Евгений Вячеславович
RU2777436C1
Способ добычи пластовой жидкости с содержанием газа и абразивных частиц и погружная установка с насосом и газосепаратором для его осуществления 2021
  • Трулев Алексей Владимирович
  • Клипов Александр Валерьевич
  • Макарова Наталья Анатольевна
RU2774343C1

Реферат патента 2009 года АБРАЗИВОСТОЙКИЙ ГАЗОСЕПАРАТОР

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано при добыче нефти с высоким содержанием газа и абразивных частиц. Техническим результатом является создание конструкции газосепаратора, способного длительное время безаварийно работать в жидкости, содержащей абразивные частицы. Газосепаратор содержит цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, напорный узел, сепарационный узел и узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство. Напорный узел выполнен в виде, как минимум, одной осевой ступени, состоящей из рабочего колеса в форме втулки с лопастями и направляющего аппарата. В рабочем колесе минимальный угол между касательной к скелетной линии лопасти и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, выполнен с увеличением в 1,2-4,0 раза в направлении от входа потока к выходу. Длина проточных каналов рабочего колеса, измеренная вдоль его наружной цилиндрической поверхности, составляет 1-4 диаметра колеса, количество лопастей не превышает 4. Отношение диаметра втулки к диаметру колеса равно 0,4-0,9. Меридианальное сечение колеса выполнено сужающимся от входа к выходу с углом конфузорности не более 15°. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 363 842 C1

1. Абразивостойкий газосепаратор, содержащий цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, напорный узел, сепарационный узел и узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, отличающийся тем, что напорный узел выполнен в виде, как минимум одной осевой ступени, состоящей из рабочего колеса в форме втулки с лопастями и направляющего аппарата, при этом в рабочем колесе минимальный угол между касательной к скелетной линии лопасти и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, выполнен с увеличением в 1,2-4,0 раза в направлении от входа потока к выходу, длина проточных каналов рабочего колеса, измеренная вдоль его наружной цилиндрической поверхности, составляет 1-4 диаметра колеса, количество лопастей не превышает 4, отношение диаметра втулки к диаметру колеса равно 0,4-0,9, а меридианальное сечение колеса выполнено сужающимся от входа к выходу с углом конфузорности не более 15°.

2. Газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что число лопастей и длина проточных каналов направляющего аппарата ступени подобраны с возможностью создания осевого направления потока на выходе, причем проточная часть в меридианальном сечении от входа к выходу расширена с углом диффузорности не более 15°.

3. Газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что перед напорным узлом в узле ввода расположен направляющий аппарат, имеющий конфузорное сужение в меридианальном сечении с углом конфузорности не более 15°.

4. Газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что лопасти направляющего аппарата выполнены двойной кривизны.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2363842C1

US 4981175 А, 01.01.1991
Газовый сепаратор 1982
  • Ляпков Петр Дмитриевич
  • Игревский Виталий Иванович
  • Сальманов Рашит Гилемович
  • Дунюшкин Иван Игнатьевич
  • Филиппов Виктор Николаевич
  • Уряшзон Илья Хаимович
SU1161694A1
СПОСОБ ОТКАЧКИ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ ИЗ СКВАЖИНЫ И ПОГРУЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Дроздов А.Н.
  • Агеев Ш.Р.
  • Деньгаев А.В.
  • Иванов Г.Г.
  • Дружинин Е.Ю.
  • Карелина Н.С.
  • Белявская М.И.
  • Перельман О.М.
  • Рабинович А.И.
  • Трясцын И.П.
  • Мартюшев Д.Н.
  • Куприн П.Б.
  • Мельников М.Ю.
  • Дорогокупец Г.Л.
  • Иванов О.Е.
  • Маслов В.Н.
  • Вербицкий В.С.
RU2232302C1
Протяжка 1946
  • Затуловский Д.М.
SU69564A1
СПОСОБ ОТКАЧКИ ПЛАСТОВОЙ ЖИДКОСТИ ИЗ СКВАЖИН И ПОГРУЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Ефремов Сергей Александрович
  • Лобанов Алексей Александрович
RU2310771C1
ГАЗОСЕПАРАТОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ ИЗ СКВАЖИН 2001
  • Говберг А.С.
RU2193653C2
US 5207810 А, 04.05.1993.

RU 2 363 842 C1

Авторы

Пещеренко Сергей Николаевич

Пещеренко Марина Петровна

Рабинович Александр Исаакович

Перельман Максим Олегович

Дорогокупец Геннадий Леонидович

Иванов Олег Евгеньевич

Куприн Павел Борисович

Мельников Михаил Юрьевич

Даты

2009-08-10Публикация

2008-03-03Подача