Способ работы установки лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы (варианты) и погружная установка лопастного насоса для его осуществления (варианты) Российский патент 2023 года по МПК E21B43/38 

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при добыче нефти из скважин с высоким содержанием свободного газа и абразивных частиц посредством установок электроцентробежных насосов.

Известен из патента RU 102057 способ очистки скважинной жидкости от механических примесей, включающий подвод скважинной жидкости через отверстия в наружной трубе, течение вдоль винтовой направляющей лопасти, установленной между наружной и внутренней требами, разделение фаз за счет центробежной силы, при котором механические примеси собираются на периферии, жидкая и газовая фазы в центре. Отвод механических примесей в отстойник, установленный внизу устройства, жидкой фазы и свободного газа в насос, через внутреннюю трубу. При этом часть жидкости, очищенной от механических примесей, отводится во внутреннюю трубу через отверстия во внутренней трубе.

Однако такой способ очистки имеет следующие недостатки. В тонкостенной трубе сложно сделать отверстия, направляющие поток по радиусу и/или спирали в которых может осуществляться предварительная сепарация твердых и газообразных частиц. Скважинная жидкость подводится к насосу с малым средним диаметром пузырьков свободного газа. Поэтому снижена эффективность сепарации. На входе во входной модуль большая часть свободного газа вместе со скважинной жидкостью поступает на вход в насосную установку, что приводит к снижению эффективности ее работы. Кроме этого, отстойник для сбора механических примесей соединен с затрубным пространством, поэтому на некоторых режимах работы пластовая жидкость в отстойнике будет двигаться снизу вверх, увлекая механические примеси в насос.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является техническое решение, известное из патента RU 2529978, содержащий цилиндрический корпус с входными отверстиями, в верхней части которого концентрично установлен цилиндрический патрубок, содержащий сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, спиральный канал, сообщающий входные отверстия с полостью усеченного конуса, вихревую камеру в виде полого усеченного конуса, концентрично установленную в нижней части корпуса под патрубком с сепарирующим узлом, и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей. Профилированная спираль полого шнека выполнена двухзаходной, а наружная поверхность профилированной двухзаходной спирали имеет спиральную поверхность контакта с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, образуя двухзаходный спиральный канал, сообщающий входные отверстия с внутренней полостью корпуса выше вихревой камеры, при этом профилированная двухзаходная спираль расположена на полом шнеке ниже входных отверстий в корпусе сепаратора на расстоянии, превышающем один наружный диаметр шнека, а на цилиндрическом корпусе выше входных отверстий установлен герметизирующий элемент, перекрывающий затрубное пространство, при этом геометрические размеры спиральных каналов и вихревой камеры подобраны в зависимости от дебита скважины и подачи применяемого скважинного насоса.

Недостатками наиболее близкого аналога являются низкая эффективность из-за больших гидравлических потерь в длинном канале между входными отверстиями в корпусе и входом в шнек, высокая себестоимость из-за большой длины. Также в подводящем канале отсутствует предварительная сепарация твердых частиц.

В тонкостенной трубе сложно сделать отверстия, направляющие поток по радиусу и/или по спирали в лопастную решетку шнека для предварительной сепарации твердых и газообразных частиц.

Скважинная жидкость подводится к насосу с малым средним диаметром пузырьков свободного газа. Поэтому снижена эффективность сепарации, на входе во входной модуль, большая часть свободного газа вместе со скважинной жидкостью поступает на вход в насосную установку, что приводит к снижению эффективности ее работы.

Известно из патента RU 114720 устройство для очистки скважинной жидкости, содержащее цилиндрический корпус с входными отверстиями, размещенные в верхней части корпуса сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью и патрубок для отвода жидкости, размещенную в нижней части корпуса вихревую камеру и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей. В верхней части вихревой камеры выполнена коническая расточка, в которой размещена профилированная спираль полого шнека с выполненной ответной конической наружной поверхностью, и наружная поверхность профилированной спирали имеет спиральную поверхность контакта с поверхностью конической расточки, образуя спиральный канал, сообщающий входные отверстия с полостью усеченного конуса вихревой камеры, а площадь сечения спирального канала уменьшается в направлении к его нижней части.

Недостатками известного устройства для очистки флюида являются низкая эффективность из-за того, что твердые частицы на выходе из шнека имеют радиальную составляющую скорости от периферии к центру вследствие того, что спиральный канал между шнеком и корпусом имеет коническую форму. Для эффективной сепарации следует устранить конусность шнека.

Отсутствует предварительная сепарация твердых и газообразных частиц во входных отверстиях сепаратора и каналах, подводящих пластовую жидкость к шнеку.

Скважинная жидкость подводится к насосу с малым средним диаметром пузырьков свободного газа. Поэтому снижена эффективность сепарации на входе во входной модуль. Большая часть свободного газа вместе со скважинной жидкостью поступает на вход в насосную установку, что приводит к снижению эффективности ее работы.

Наиболее близким аналогом к заявляемой конструкции является скважинный газопесочный сепаратор из патента RU 2529978, содержащий цилиндрический корпус с входными отверстиями, в верхней части которого концентрично установлен цилиндрический патрубок, содержащий сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, спиральный канал, сообщающий входные отверстия с полостью усеченного конуса, вихревую камеру в виде полого усеченного конуса, концентрично установленную в нижней части корпуса под патрубком с сепарирующим узлом, и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей. Профилированная спираль полого шнека выполнена двухзаходной, а наружная поверхность профилированной двухзаходной спирали имеет спиральную поверхность контакта с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, образуя двухзаходный спиральный канал, сообщающий входные отверстия с внутренней полостью корпуса выше вихревой камеры, при этом профилированная двухзаходная спираль расположена на полом шнеке ниже входных отверстий в корпусе сепаратора на расстоянии, превышающем один наружный диаметр шнека, а на цилиндрическом корпусе выше входных отверстий установлен герметизирующий элемент, перекрывающий затрубное пространство, при этом геометрические размеры спиральных каналов и вихревой камеры подобраны в зависимости от дебита скважины и подачи применяемого скважинного насоса.

Недостатками наиболее близкого аналога являются низкая эффективность из-за больших гидравлических потерь в длинном канале между входными отверстиями в корпусе и входом в шнек, высокая себестоимость из-за большой длины.

В подводящем канале, на входе в шнек отсутствуют конструктивные устройства, образующие движение потока по радиусу и/или спирали, обеспечивающие предварительную сепарацию твердых и газообразных частиц.

В тонкостенной трубе сложно сделать отверстия, направляющие поток по радиусу и/или спирали.

Скважинная жидкость подводится к насосу с малым средним диаметром пузырьков свободного газа. Поэтому снижена эффективность сепарации, на входе во входной модуль, большая часть свободного газа вместе со скважинной жидкостью поступает на вход в насосную установку, что приводит к снижению эффективности ее работы.

Технической проблемой группы заявляемых изобретений является создание скважинного сепаратора механических примесей - укрупнителя газовой фазы, в процессе работы которого помимо основного вихревого потока в шнеке специальные устройства обеспечивают образование дополнительных вихрей для предварительной сепарации твердых и газообразных частиц на участках с малым радиусом.

Наличие нескольких областей в проточной части с движением потока по радиусу и/или спирали, обеспечивает мультивихревое течение. Предварительная сепарация в областях, где происходит течение потока на малых радиусах, позволяет снизить скорость течения и, соответственно, либо повысить эффективность работы сепаратора, по сравнению с конструкцией с одним вихре образующим элементом, либо снизить затраты энергии, которая расходуется для создания необходимой величины скорости течения мультифазного потока.

За счет входа потока в лопасти шнека с оптимальным углом атаки, устраняется или, по крайней мере, существенно снижается диспергирование, перемешивание жидкой, газообразной и твердой фаз, соответственно повышается эффективность.

Обеспечивается снижение мощности и энергопотребления при работе установки с меньшим содержанием свободного газа на входе.

Техническим результатом группы изобретений является повышение надежности и эффективности работы установки лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы за счет сепарации части свободного газа и механических примесей, абразивных частиц до входа в насос.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в способе работы установки лопастного насоса со скважинным мультивихревым сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, заключающийся в подаче потока пластовой жидкости, содержащей механические примеси и свободный газ, на вход в сепаратор ниже разделителя, выводе из сепаратора потока и подаче на вход в насос выше разделителя, прохождении потока в сепараторе сверху вниз через кольцевой канал между размещенными соосно цилиндрическим корпусом и полым цилиндрическим патрубком, закручивании и разделении потока в спиральном канале, образованном между лопастями шнека, и в вихревой камере с конусообразной частью, отводе потока с меньшим содержанием механических примесей в насос через полый цилиндрический патрубок, отводе механических примесей через конусообразную часть вихревой камеры, подвод мультифазного потока в сепаратор осуществляют по дугообразной траектории, за счет этого осуществляется предварительная сепарация перед поступлением в шнек, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте, таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека.

Площадь проточной части входных каналов на двадцать процентов превышает площадь проточной части каналов шнека.

Пластовой жидкости сообщают дополнительное вращение, пропуская через отводящий шнек, установленный в отводящем канале, образованном внутренним диаметром полого цилиндрического патрубка.

Пластовую жидкость на входе в насос дополнительно сепарируют посредством принудительного движения жидкости сверху вниз в гравитационном сепарирующем устройстве, установленном перед входными отверстиями насоса (газосепаратора), при этом часть крупных пузырей газа поднимается вверх мимо входных отверстий.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в способе работы установки погружного насоса с мультивихревым сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, заключающийся в герметизации и разделении затрубного пространства, подведении пластовой жидкости в сепаратор ниже разделителя сверху вниз через кольцевой канал, прохождении пластовой жидкости через кольцевой канал, закручивании и разделении потока в спиральном канале с последующим отведением потока пластовой жидкости с меньшим содержанием механических примесей из сепаратора выше разделителя в насос, механических примесей в отстойник для сбора механических примесей, вращение потока и предварительную сепарацию осуществляют в кольцевом канале, в спиральном канале посредством вихре образующего элемента осуществляют образование торообразного цилиндрического вихря, имеющего слои с повышенной концентрацией механических примесей на периферии и свободного газа в центре, затем осуществляют сепарацию слоев, насыщенных свободным газом, в центр, механическими примесями на периферию спирального канала.

Заявленный технический результат достигается также за счет того, что погружная установка лопастного насоса со скважинным мультивихревым сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, содержащая лопастной насос с входными отверстиями, погружной двигатель, в нижней части которого установлен скважинный сепаратор механических примесей - укрупнитель газовой фазы, содержащий корпус разделителя, установленный на нем разделитель, вход в сепаратор механических примесей установлен ниже, а выход из сепаратора и вход в лопастной насос выше разделителя, муфту, которая соединяет корпус разделителя и цилиндрический корпус, внутри которого соосно с образованием кольцевого канала, установлен полый цилиндрический патрубок, в нижней части которого установлен полый шнек, отводящий канал, образованный внутренними диаметрами полого шнека и полого цилиндрического патрубка, спиральный канал, образованный между лопастями шнека и внутренним диаметром корпуса, присоединенную к нижней части корпуса цилиндрическую вихревую камеру с конусообразной частью внизу, к которой присоединен отстойник для сбора механических примесей, цилиндрические корпус и патрубок с полым шнеком установлены в муфте, между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка образован кольцевой канал в муфте, который соединен с кольцевым каналом между внутренним диаметром цилиндрического корпуса и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка, в муфте выполнены входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, ось которых направлена под углом к плоскости горизонта, и/или к плоскости, проходящей через ось муфты, направляя входящий поток по радиусу и/или спирали, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте, таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека, толщина лопастей шнека составляет от двух до восьми миллиметров, количество лопастей полого шнека от одного до пяти, проточная часть сепаратора, состоящая из муфты, корпуса и отстойника герметична, соединяется с затрубным пространством только посредством входных каналов.

Площадь проточной части входных каналов более чем на двадцать процентов превышает площадь проточной части каналов шнека.

Лопасти полого шнека имеют винтообразную поверхность переменного хода.

Перед входными отверстиями насоса установлен гравитационный сепаратор.

Погружная установка лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, содержащая насос с входными отверстиями, двигатель, в нижней части которого установлен скважинный сепаратор механических примесей - укрупнитель газовой фазы, содержащий корпус разделителя, установленный на нем разделитель, вход в сепаратор механических примесей выполнен ниже, а выход из сепаратора и вход в насос - выше разделителя, муфту, которая соединяет корпус разделителя и цилиндрический корпус, внутри которого соосно с образованием кольцевого канала установлен полый цилиндрический патрубок, внутренний диаметр патрубка образует отводящий канал, присоединенную к нижней части корпуса цилиндрическую вихревую камеру с конусообразной частью внизу, к которой присоединен отстойник для сбора механических примесей, цилиндрические корпус и патрубок с полым шнеком установлены в муфте, между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка образован кольцевой канал в муфте, который соединен с кольцевым каналом между внутренним диаметром цилиндрического корпуса и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка, в муфте выполнены входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, ось которых направлена под углом к плоскости горизонта, и/или к плоскости, проходящей через ось муфты, направляя входящий поток по радиусу и/или спирали, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте, таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека, толщина лопастей шнека составляет от двух до восьми миллиметров, количество лопастей полого шнека - от одного до трех, в лопасти шнека выполнен вихреобразующий элемент в виде выреза с дугообразной образующей. Заявленный технический результат поясняется следующим образом. В толстостенной муфте, в отличие от тонкостенного корпуса, можно сделать входной канал (каналы), направляющий поток по радиусу и/или спирали за счет этого осуществляется предварительная сепарация, образуются области с повышенной концентрацией газа и механических примесей. Дискретные частицы объединяются, увеличивается их диаметр. За счет этого происходит более эффективная сепарация газа и механических примесей в шнеке.

Наличие нескольких областей в проточной части с движением потока по радиусу и/или спирали, обеспечивает мультивихревое течение. Предварительная сепарация в областях, где происходит течение потока на малых радиусах, позволяет снизить скорость течения и, соответственно, либо повысить эффективность работы сепаратора, по сравнению с конструкцией с одним вихре образуют; им элементом, либо снизить затраты энергии, которая расходуется для создания необходимой величины скорости течения мультифазного потока.

Если в спиральном канале изготовлен вихреобразующий элемент в виде выреза с дугообразной образующей, при течении пластовой жидкости происходит образование торообразного цилиндрического вихря с малым радиусом, образуются слои с повышенной концентрацией механических примесей на периферии и свободного газа в центре. В основном потоке затем осуществляется сепарация слоев. Слои, насыщенные свободным газом, перемещаются в центр, механическими примесями - на периферию спирального канала.

Вследствие входа потока в лопасти шнека с оптимальным углом атаки устраняется или, по крайней мере, существенно снижается диспергирование, перемешивание жидкой, газообразной и твердой фаз. Эти процессы снижают эффективность разделения фаз и очистки пластовой жидкости от механических примесей. Происходит более эффективное разделение фаз.

Скважинная жидкость подводится к насосу с большим средним диаметром пузырьков свободного газа. Поэтому увеличивается эффективность сепарации на входе в насос, меньше свободного газа и механических примесей, абразивных частиц вместе со скважинной жидкостью поступает на вход в насосную установку, что приводит к увеличению эффективности и надежности ее работы.

Герметичность проточной части сепаратора, состоящей из муфты, корпуса и отстойника необходима, чтобы создать перепад давления на входе и выходе из шнека, который может достигать несколько десятков метров. За счет перепада давления возникает тангенциальная скорость и центробежное ускорение, необходимые для сепарации. При отсутствии герметичности, например, в отстойнике пластовая жидкость будет поступать из затрубного пространства подниматься в насос, снижая расход и скорость в шнеке, эффективность сепарации.

Обеспечивается снижение мощности и энергопотребления при работе установки с меньшим содержанием свободного газа на входе.

Входные каналы в сепаратор сделать сложнее, чем шнек, их проточная часть менее совершенна. Чтобы заметно снизить гидравлические потери, которые зависят от скорости в квадрате, нужно сделать площадь проточной части входных каналов более чем на двадцать процентов больше площади проточной части каналов шнека. Скорость определяется отношением расхода к площади. При увеличении площади каналов, соответственно снизятся гидравлические потери.

Если лопасти шнека имеют винтообразную поверхность переменного хода, это позволит сделать вход потока в шнек с оптимальным углом атаки на разных режимах течения потока. За счет этого снизить гидравлические потери и диспергирование мультифазного потока.

Число лопастей в шнеке определяется расходом, для меньших значений расхода предпочтительно выбирать шнеки с меньшим числом лопастей.

Толщина лопастей шнека определяется исходя из перепада давления и соответственно скорости мультифазного потока входе в шнек. Перепад давления зависит от степени универсальности сепаратора. Сепараторы на несколько диапазонов подач имеют большие перепады и соответственно скорости потока на входе, и должны иметь большую толщину лопастей шнека.

Сверху и снизу разделительного, герметизирующего элемента установлены защитные центраторы, которые предотвращают повреждение разделительного, герметизирующего элемента при спуске и подъеме сепаратора.

На входе в отводящий канал установлен отводящий шнек, который обеспечивает дополнительное вращение потока и укрупнение пузырьков свободного газа при движении скважинной жидкости вверх.

Если в варианте конструктивного исполнения перед входными отверстиями насоса установлен гравитационный сепаратор, например, чашечного типа, то часть пузырей, укрупненных ранее в сепараторе-укрупнителе, пройдет мимо входа во входной модуль насоса или газосепаратора. При этом снизится содержание свободного газа и повысится эффективность и надежность работы установки.

Могут быть установлены два разделительных герметизирующих элемента чашеобразной формы, причем вогнутыми частями на встречу друг другу. Это позволит повысить надежность при проведении операций по спуску и подъему установки. Десендер будет меньше цепляться выступающими частями за колонну скважины.

Сверху и снизу разделительного, герметизирующего элемента установлены защитные центраторы, которые предотвращают повреждение разделительного, герметизирующего элемента при спуске и подъеме сепаратора.

На входе в отводящий канал установлен отводящий шнек, который обеспечивает вращение потока и укрупняет пузырьки свободного газа при движении скважинной жидкости вверх.

Если в варианте конструктивного исполнения перед входными отверстиями насоса установлен гравитационный сепаратор, например, чашечного типа, то часть пузырей, укрупненных ранее в сепараторе-укрупнителе, пройдет мимо входа во входной модуль насоса или газосепаратора. При этом снизится содержание свободного газа и повысится эффективность и надежность работы установки.

После выхода из сепаратора механических примесей, укрупнителя газовой фазы, поток может заходить в насос или газосепаратор, установленный на входе в насос. При этом, чем крупнее пузырьки газа, тем большее его количество будет проходить мимо входа в насос или газосепаратор.

На фигурах 1-5 показаны:

фиг. 1 общий вид установки с сепаратором-укрупнителем;

фиг. 2 общий вид сепаратора-укрупнителя;

фиг. 3 вид спирального канала с вихреобразующий элементом;

фиг. 4 - муфта с каналами;

фиг. 5 - общий вид сепаратора-укрупнителя с отводящим шнеком.

На фигурах 1-5 позициями обозначены:

1. Погружной двигатель.

2. Лопастной насос.

3. Входные отверстия насоса.

4. Насосно-компрессорные трубы.

5. Корпус разделителя.

6. Разделитель.

7. Центраторы.

8. Муфта.

9. Цилиндрический корпус сепаратора.

10. Полый цилиндрический патрубок.

11. Кольцевой канал.

12. Входной канал сепаратора.

13. Кольцевой канал в муфте.

14. Полый шнек.

15. Спиральный канал в шнеке.

16. Вихревая камера.

17. Конусообразная часть вихревой камеры.

18. Отстойник для механических примесей.

19. Отводящий шнек.

20. Выходные отверстия сепаратора.

21. Отводящий канал.

22. Гравитационный сепаратор.

23. Вихреобразующий элемент в виде выреза.

Погружная установка лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы содержит погружной двигатель 1, лопастной насос 2 с входными отверстиями 3, насосно-компрессорные трубы 4.

В нижней части погружного двигателя 2 установлен скважинный сепаратор механических примесей - укрупнитель газовой фазы.

Сепаратор содержит корпус 5 разделителя, установленный на нем разделитель 6, таким образом, что входной канал или входные каналы 12 в сепаратор механических примесей установлены ниже, а выходные отверстия 20 из сепаратора и входные отверстия 3 в лопастной насос 2 - выше разделителя 6.

Муфта 8 соединяет корпус разделителя 6 и цилиндрический корпус 9 сепаратора, внутри которого соосно, с образованием кольцевого канала 11, установлен полый цилиндрический патрубок 10, в нижней части которого установлен полый шнек 14.

Проточная часть сепаратора, состоящая из муфты 8, цилиндрического корпуса 9 и отстойника 18 для механических примесей герметична, соединяется с затрубным пространством только посредством входных каналов 12.

Отводящий канал 21 образован внутренними диаметрами полого шнека 14 и полого цилиндрического патрубка 10.

Спиральный канал 15 образован между лопастями полого шнека 14 и внутренним диаметром цилиндрического корпуса 9 сепаратора.

Толщина лопастей полого шнека 14 составляет от двух до восьми миллиметров. Если толщина меньше, то возрастает вероятность гидроабразивного перерезания входных участков лопастей, с последующим ухудшением эффективности сепарации. Если толщина будет больше, то возрастает радиус спирали, соответственно заметно уменьшается центробежная сила, и эффективность сепарации. Количество лопастей полого шнека 14 от одного до пяти. Одна лопасть в шнеке рекомендована при малых расходах, с увеличением расхода, количество лопастей возрастает. При количестве более пяти, происходит уменьшение площади проточной части, так как нельзя снижать толщину лопастей меньше определенной величины. Так как диаметральный габарит скважин для добычи пластовой жидкости ограничен, вышеуказанное снижение площади приводит к деградации проточной части каналов шнека и снижению эффективности сепарации.

Лопасти полого шнека 14 имеют винтообразную поверхность переменного хода.

К нижней части цилиндрического корпуса 9 сепаратора присоединена цилиндрическая вихревая камера 16 с конусообразной частью 17 внизу, к которой присоединен отстойник 18 для сбора механических примесей.

Цилиндрический корпус 9 сепаратора и полый цилиндрический патрубок 10 с полым шнеком 14 установлены в муфте 8.

Между внутренним диаметром муфты 8 и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка 10 образован кольцевой канал 13 в муфте, который соединен с кольцевым каналом 11 между внутренним диаметром корпуса 9 сепаратора и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка 10.

Входной канал (каналы) 12, выполненный в муфте 8, соединяет затрубное пространство с кольцевым каналом 13 в муфте и направляет входящий поток по радиусу и/или спирали.

Ось входного канала 12 направлена под углом к плоскости горизонта и/или к плоскости, проходящей через ось муфты 8.

Входные каналы 12, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом 13 муфты, изготовлены в муфте 8, таким образом, что расстояние между - входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека. Подвод мультифазного потока в сепаратор осуществляют по дугообразной траектории, за счет этого осуществляется предварительная сепарация перед поступлением в шнек, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте, таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека. При большем расстоянии за счет диспергирования, перемешивания, снижается эффект предварительной сепарации, также возрастают гидравлические потери, которые пропорциональны длине канала, возрастает стоимость изделия.

Площадь проточной части входных каналов 12 более чем на двадцать процентов превышает площадь проточной части спиральных каналов 15 полого шнека 14.

В варианте конструктивного исполнения может быть установлен дополнительный разделитель, при этом оба разделителя должны иметь чашеобразную форму, и быть установлены вогнутыми частями на встречу друг другу.

Сверху и снизу разделителя 6 установлены защитные центраторы 7, предотвращающие повреждение герметизирующего разделительного элемента при спуске и подъеме сепаратора.

В варианте конструктивного исполнения на входе в отводящий канал 21 может быть установлен отводящий шнек 19.

В варианте конструктивного исполнения на входе во входные отверстия 3 лопастного насоса 2 может быть установлен гравитационный сепаратор 22, например, чашечного типа.

В варианте конструктивного исполнения на входе в шнек 14 в лопасти может быть изготовлен вырез 23 с дугообразной образующей.

Погружная установка лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы работает следующим образом.

Пластовая жидкость с механическими примесями поступает в кольцевой канал 11 через входной канал (каналы) 12. Входной канал 12 направляет поток пластовой жидкости по радиусу и/или спирали. За счет центробежной силы происходит сепарация механических (абразивных) частиц, которые собираются на периферии кольцевого канала 11, и пузырьков свободного газа, которые собираются и укрупняются в центре. За счет предварительной закрутки происходит предварительная сепарация твердых и газообразных частиц.

Если на входе в полый шнек 14 в лопасти изготовлен вырез 23 с дугообразной образующей, при течении пластовой жидкости происходит образование торообразного цилиндрического вихря с малым радиусом, образуются слои с повышенной концентрацией механических примесей на периферии и свободного газа в центре. В основном потоке затем осуществляется сепарация слоев. Слои, насыщенные свободным газом, перемещаются в центр, механическими примесями на периферию спирального канала.

На выходе из полого шнека 14 в вихревой камере 16 происходит окончание сепарации. Твердые частицы за счет центробежных сил собираются у периферии вихревой камеры 16. Твердые частицы смещаются вниз к конусообразной части камеры 17 и далее оседают в отстойнике 18. Очищенная от механических примесей газожидкостная смесь поступает в полый цилиндрический патрубок 10 и далее движется вверх. Пройдя через отводящий шнек 19, поток получает дополнительное вращение, при этом происходит укрупнение пузырьков газовой фазы. Газожидкостная смесь с крупными пузырьками газа на входе в лопастной насос 2 движется сверху вниз, проходя через гравитационный сепаратор 22, установленный перед входными отверстиями насоса 3. При этом укрупненные в сепараторе пузырьки газа движутся вверх мимо насоса.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при добыче нефти из скважин с высоким содержанием свободного газа и абразивных частиц посредством установок электроцентробежных насосов. Способ работы погружной установки лопастного насоса с мультивихревым сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы заключается в подаче потока пластовой жидкости, содержащей механические примеси и свободный газ, на вход в сепаратор ниже разделителя, выводе из сепаратора потока и подаче на вход в насос или газосепаратор выше разделителя, прохождении потока в сепараторе сверху вниз через кольцевой канал между размещенными соосно цилиндрическим корпусом и полым цилиндрическим патрубком, закручивании и разделении потока в спиральном канале, образованном между лопастями шнека, и в вихревой камере с конусообразной частью, отводе потока с меньшим содержанием механических примесей в насос через полый цилиндрический патрубок, отводе механических примесей через конусообразную часть вихревой камеры. Подвод мультифазного потока в сепаратор осуществляют по дугообразной траектории, за счет этого осуществляется предварительная сепарация перед поступлением в шнек. Входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека. Техническим результатом является повышение надежности и эффективности работы установки лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы за счет сепарации части свободного газа и механических примесей, абразивных частиц до входа в насос. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ работы погружной установки лопастного насоса с мультивихревым сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, заключающийся в подаче потока пластовой жидкости, содержащей механические примеси и свободный газ, на вход в сепаратор ниже разделителя, выводе из сепаратора потока и подаче на вход в насос или газосепаратор выше разделителя, прохождении потока в сепараторе сверху вниз через кольцевой канал между размещенными соосно цилиндрическим корпусом и полым цилиндрическим патрубком, закручивании и разделении потока в спиральном канале, образованном между лопастями шнека, и в вихревой камере с конусообразной частью, отводе потока с меньшим содержанием механических примесей в насос через полый цилиндрический патрубок, отводе механических примесей через конусообразную часть вихревой камеры, отличающийся тем, что подвод мультифазного потока в сепаратор осуществляют по дугообразной траектории, за счет этого осуществляется предварительная сепарация перед поступлением в шнек, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что площадь проточной части входных каналов на двадцать процентов превышает площадь проточной части каналов шнека.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластовой жидкости сообщают дополнительное вращение, пропуская через отводящий шнек, установленный в отводящем канале, образованном внутренним диаметром полого цилиндрического патрубка.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластовую жидкость на входе в насос дополнительно сепарируют посредством принудительного движения жидкости сверху вниз в гравитационном сепарирующем устройстве, установленном перед входными отверстиями насоса или газосепаратора, при этом часть крупных пузырей газа поднимается вверх мимо входных отверстий.

5. Способ работы погружной установки лопастного насоса с мультивихревым сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, заключающийся в герметизации и разделении затрубного пространства, подведении пластовой жидкости в сепаратор ниже разделителя сверху вниз через кольцевой канал, прохождении пластовой жидкости через кольцевой канал, закручивании и разделении потока в спиральном канале с последующим отведением потока пластовой жидкости с меньшим содержанием механических примесей из сепаратора выше разделителя в насос, механических примесей в отстойник для сбора механических примесей, отличающийся тем, что вращение потока и предварительную сепарацию осуществляют в кольцевом канале, в спиральном канале посредством вихреобразующего элемента осуществляют образование торообразного цилиндрического вихря, имеющего слои с повышенной концентрацией механических примесей на периферии и свободного газа в центре, затем осуществляют сепарацию слоев, насыщенных свободным газом, в центр, механическими примесями – на периферию спирального канала.

6. Погружная установка лопастного насоса со скважинным мультивихревым сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, содержащая лопастной насос с входными отверстиями, погружной двигатель, в нижней части которого установлен скважинный сепаратор механических примесей - укрупнитель газовой фазы, содержащий корпус разделителя, установленный на нем разделитель, вход в сепаратор механических примесей установлен ниже, а выход из сепаратора и вход в лопастной насос – выше разделителя, муфту, которая соединяет корпус разделителя и цилиндрический корпус, внутри которого соосно с образованием кольцевого канала установлен полый цилиндрический патрубок, в нижней части которого установлен полый шнек, отводящий канал, образованный внутренними диаметрами полого шнека и полого цилиндрического патрубка, спиральный канал, образованный между лопастями шнека и внутренним диаметром корпуса, присоединенную к нижней части корпуса цилиндрическую вихревую камеру с конусообразной частью внизу, к которой присоединен отстойник для сбора механических примесей, отличающаяся тем, что цилиндрические корпус и патрубок с полым шнеком установлены в муфте, между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка образован кольцевой канал в муфте, который соединен с кольцевым каналом между внутренним диаметром цилиндрического корпуса и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка, в муфте выполнены входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, ось которых направлена под углом к плоскости горизонта, и/или к плоскости, проходящей через ось муфты, направляя входящий поток по радиусу и/или спирали, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека, толщина лопастей полого шнека составляет от двух до восьми миллиметров, количество лопастей полого шнека – от одного до пяти, проточная часть сепаратора, состоящая из муфты, цилиндрического корпуса и отстойника для сбора механических примесей, герметична, соединяется с затрубным пространством только посредством входных каналов.

7. Погружная установка лопастного насоса по п. 6, отличающаяся тем, что площадь проточной части входных каналов более чем на двадцать процентов превышает площадь проточной части каналов шнека.

8. Погружная установка лопастного насоса по п. 6, отличающаяся тем, что лопасти полого шнека имеют винтообразную поверхность переменного хода.

9. Погружная установка лопастного насоса по п. 6, отличающаяся тем, что перед входными отверстиями насоса установлен гравитационный сепаратор.

10. Погружная установка лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, содержащая насос с входными отверстиями, двигатель, в нижней части которого установлен скважинный сепаратор механических примесей - укрупнитель газовой фазы, содержащий корпус разделителя, установленный на нем разделитель, вход в сепаратор механических примесей выполнен ниже, а выход из сепаратора и вход в насос – выше разделителя, муфту, которая соединяет корпус разделителя и цилиндрический корпус, внутри которого соосно с образованием кольцевого канала установлен полый цилиндрический патрубок, внутренний диаметр патрубка образует отводящий канал, присоединенную к нижней части корпуса цилиндрическую вихревую камеру с конусообразной частью внизу, к которой присоединен отстойник для сбора механических примесей, отличающаяся тем, что цилиндрические корпус и патрубок с полым шнеком установлены в муфте, между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка образован кольцевой канал в муфте, который соединен с кольцевым каналом между внутренним диаметром цилиндрического корпуса и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка, в муфте выполнены входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, ось которых направлена под углом к плоскости горизонта, и/или к плоскости, проходящей через ось муфты, направляя входящий поток по радиусу и/или спирали, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека, толщина лопастей шнека составляет от двух до восьми миллиметров, количество лопастей полого шнека – от одного до трех, в лопасти шнека выполнен вихреобразующий элемент в виде выреза с дугообразной образующей.