ГАЗОСЕПАРАТОР АБРАЗИВОСТОЙКОГО ИСПОЛНЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК E21B43/34 

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 [2, 3]. Одной из причин отказа может быть гидроабразивное разрушение корпуса на выходе из сепарационного барабана.

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

Наиболее близким к заявляемому является центробежный 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. Сепарационный узел представляет собой комбинацию из лопастей: спиральных на входе и плоских радиальных на выходе. В газосепараторе предусмотрена система рециркуляции, предназначенная для возврата части скважинной жидкости, освобожденной от газа, с выхода на вход устройства [6].

Недостатком данного устройства является ограниченный срок работы в условиях эксплуатации при перекачке нефтей с высоким содержанием абразивных частиц.

Настоящее изобретение направлено на создание конструкции газосепаратора, способного длительное время безаварийно работать в жидкости, содержащей абразивные частицы, за счет усовершенствования конструкции сепарационного узла.

Указанный технический результат достигается тем, что 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, отличается тем, что сепарационный узел представляет собой 3-8 плоских лопастей, параллельных его оси вращения, соединенных плавно, без разрыва кривизны, со спиральными лопастями на входе потока, наклоненными в сторону вращения, при этом плоские лопасти наклонены в сторону вращения с образованием угла с нормалью к оси вращения, не превышающего 60°, и имеют длину, составляющую 0.2-0.9 длины сепарационного узла.

Сепарационный узел может иметь цилиндрическую оболочку, закрепленную на внешней поверхности его лопастей.

Лопасть сепарационного узла в обоих случаях в сечении, перпендикулярном оси вращения, может иметь постоянную толщину или утоньшаться к периферии, а границы сечения могут быть как прямолинейными, так и вогнутыми в сторону вращения так, что угол между касательной к границе сечения и нормалью к оси вращения не превышает 90°. Входная кромка сепарационного узла может быть либо перпендикулярна оси вращения, либо имеет вид конической поверхности, наклоненной в сторону течения жидкости с углом при вершине более 90°.

Увеличение надежности газосепаратора предлагаемой конструкции достигается за счет того, что:

1. Сепарационный узел согласован по потоку с напорным узлом газосепаратора. Поэтому на входе в сепарационный блок не создается вихревое движение жидкости, захватывающее абразивные частицы и повышающее их локальную концентрацию в месте образования вихря.

2. Плоские лопасти сепарационного барабана наклонены так, что центробежные силы, возникающие при вращении, прижимают к ним абразивные частицы. Силы трения между частицами и лопастями препятствуют их перемещению к корпусу газосепаратора.

3. Цилиндрическая оболочка является частью сепарационного узла газосепаратора и вращается вместе с ним. Жидкость, находящаяся внутри сепарационного узла, имеет малую скорость относительно стенок цилиндрической оболочки, поэтому малы силы взаимодействия абразивных частиц, переносимых жидкостью, со стенками цилиндрической оболочки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема расположения узлов газосепаратора, на фиг.2 - сепарационный узел заявляемой конструкции, на фиг.3 - сепарационный узел в цилиндрической оболочке, на фиг.4-6 показаны сечения лопасти плоскостью, перпендикулярной ее скелетной линии.

Газосепаратор состоит из узла ввода 1, напорного узла 2, сепарационного узла 3 и узла отвода 4 отсепарированного газа (фиг.1), которые насажены на вал и размещены внутри цилиндрического корпуса. Сепарационный узел 3 образован спиральными лопастями 5 (фиг.2, 3) и плоскими лопастями 6, имеющими общую втулку 7. Спиральные лопасти 5 наклонены в сторону вращения газосепаратора и плавно, без разрыва кривизны, переходят в плоские лопасти 6, образуя внутри сепарационного узла единую непрерывную лопасть. Лопасти могут иметь постоянную толщину (см. фиг.4), утоньшаться к периферии (см. фиг.5) или иметь криволинейную форму (см. фиг.6) с δ≤90°. Входная кромка 8 лопасти может быть перпендикулярна оси вращения либо иметь вид конической поверхности, наклоненной в сторону потока жидкости, с углом при вершине более 90°.

В некоторых вариантах исполнения к внешним сторонам лопастей может быть прикреплена цилиндрическая оболочка 9 (фиг.3).

Устройство работает следующим образом.

Поток газожидкостной смеси жидкости, поступающий в газосепаратор через узел ввода 1, проходит напорный узел 2 и попадает на спиральные лопасти 5 сепарационного узла 3, где приводится во вращение. Центробежные силы отделяют газ от жидкости (который скапливается вблизи поверхности втулки 7) и заставляют абразивные частицы двигаться в противоположном направлении. Однако плоские лопасти 6 наклонены так, что частицы не могут достичь корпуса газосепаратора, не соприкоснувшись с ними. При контакте центробежные силы прижимают абразивные частицы к лопастям, что затрудняет их перемещение к корпусу газосепаратора.

Если сепарационный узел 3 оснащен цилиндрической оболочкой 9, которая вращается вместе с находящимся внутри ее лопастями 5 и 6, то жидкость, находящаяся внутри сепарационного узла 3, имеет малую скорость относительно стенок цилиндрической оболочки 9. Поэтому переносимые жидкостью абразивные частицы практически не взаимодействуют со стенками цилиндрической оболочки 9 и износа не происходит.

В отличие от традиционных газосепараторов, где сепарация осуществляется барабаном с радиальными лопастями [I], предлагаемый сепарационный узел не создает вихревого движения на входе, потому что согласован по направлению потока с напорным узлом газосепаратора. Отсутствие вихревого движения препятствует захвату абразивных частиц потоком и предупреждает их локальную концентрацию.

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 газа им. И.М.Губкина, 2002. Ч.1. С.449.

2. 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.

3. 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.

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

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

6. Патент США 45981175, Е21В 43/38,1991.

Изобретение относится к насосостроению. 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. Сепарационный узел представляет собой 3-8 плоских лопастей, параллельных его оси вращения, соединенных плавно, без разрыва кривизны, со спиральными лопастями на входе потока, наклоненными в сторону вращения. Плоские лопасти наклонены в сторону вращения с образованием угла с нормалью к оси вращения, не превышающего 60°, и имеют длину, составляющую 0,2-0,9 длины сепарационного узла. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Газосепаратор абразивостойкого исполнения, 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 сепарационный узел представляет собой 3-8 плоских лопастей, параллельных его оси вращения, соединенных плавно без разрыва кривизны со спиральными лопастями на входе потока, наклоненными в сторону вращения, при этом плоские лопасти наклонены в сторону вращения с образованием угла с нормалью к оси вращения, не превышающего 60°, и имеют длину, составляющую 0,2-0,9 длины сепарационного узла.

2. Газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что на внешней поверхности лопастей сепарационного узла закреплена цилиндрическая оболочка.

3. Газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что лопасть сепарационного узла в сечении, перпендикулярном оси вращения, выполнена с постоянной толщиной или утоньшением к периферии, а границы сечения прямолинейны или вогнуты в сторону вращения так, что угол между касательной к границе сечения и нормалью к оси вращения не превышает 90°.

4. Газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что входная кромка сепарационного узла либо перпендикулярна оси вращения, либо имеет вид конической поверхности, наклоненной в сторону течения жидкости с углом при вершине более 90°.