Способ подготовки неоднородной среды к перекачиванию и устройство для диспергирования газа на входе вертикального скважинного центробежного насоса Советский патент 1991 года по МПК B01F11/02 F04D13/10 E21B43/00 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при подъеме из скважин газожидкостных смесей центробежными насосами.

Целью изобретения является повышение надежности в работе и улучшение характеристик нагнетателя при выполнении последнего в виде вертикального скважин- ного насоса, перекачивающего газожидкостную смесь с пробковой структурой.

На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая предлагаемый способ; на фиг.2 - устройство для диспергирования газа на входе вертикального скважинного центробежного насоса; на фиг.З - сечение А-А на фиг.2.

Устройство для диспергирования газа (фиг.2), установленное на входе вертикального скважинного центробежного насоса 1, имеет корпус 2 с входными отверстиями 3, размещенные в корпусе 2 ведущий вал 4, вращающий рабочие колеса (не показаны), цилиндрическую втулку 5, установленную коаксиально валу 4 с образованием внутреннего 6 и периферийного 7 концентрических каналов, причем входные отверстия 3 расположены напротив средней части втулки 5. В корпусе 2 выше цилиндрической «тулки 5 размещен основной акустический излучатель 8, расположенный между выходами каналов 6, 7 и входом в первое рабочее колесо (не показано ) насоса 1. Устройство снабжено двумя дополнительными акустическими излучателями 9 и 10, создающими колебания с частотой и фазой излучения, совпадающими с аналогичными параметрами основного излучателя 8. Цилиндрическая втулка Ъ соединена с валом 4, и на ее наружной поверхности напротив входных отверстий 3 корпуса 2 установлены два лопаточных колеса 11 и 12. Дополнительные акустические излучатели 9 и 10 расположены по разные стороны от лопаточных колес 11 и 12.

Каждый излучатель может быть выполнен в виде взаимодействующих между собой статора (соответственно 13-15) со щелями 16 и ротора (соответственно 17-19) со щелями 20. Ротор 17 основного излучателя 8 закреплн на валу 4, а роторы 18 и 19 дополнительных излучателей 9 и 10 - на наружной поверхности втулки 5. На этой же поверхности после каждого из роторов 18 и 19 могут быть установлены дополнительные

подпорно-перемешивающие ступени 21 и 22 соответственно.

Подготовку неоднородной среды к перекачиванию по предлагаемому способу выполняют в следующем порядке (см,фиг.1).

Создают подпор в движущейся неоднородной среде, представленной газожидкостной смесью, посредством лопаточных колес 11,12 и отделяют от основного потока, движущегося по направлению к входу нагнетателя, выполненного в данном случае в виде скважинного насоса 1, по крайней мере один дополнительный поток. На каждый из потоков воздействуют акустическим излучением посредством дополнительных

акустических излучателей 9 и 10, а затем отделенные дополнительные потоки (в рассматриваемой схеме - один дополнительный поток) подсоединяют к основному. После соединения потоков дополнительно

воздействуют на газожидкостную смесь акустическим излучением посредством основного излучателя 8, причем указанное воздействие на каждый из разделенных и объединенный потоки осуществляют излучением с одинаковой частотой и фазой колебаний. Также осуществляют поворот дополнительного потока вначале вниз, так что он движется по периферийному каналу 7, а затем вверх, направляя этот поток по внутреннему каналу 6. Каждый дополнительный поток подсоединяют к основному с временной задержкой.

Устройство для диспергирования газа на входе вертикального скважинного центробежного насоса 1 работает следующим образом,

Газожидкостная смесь из скважины поступает через входные отверстия 3 в полость корпуса 2 и попадает на лопаточные колеса 11 и 12, которые создают необходи- мый подпор, перемешивают смесь и разделяют ее на два потока - основной и дополнительный. Основной поток движется через дополнительный акустический излучатель 9 и подпорно-перемешивающую сту- пень 21 вверх по периферийному каналу 7 к входу в насос 1, а дополнительный поток лопаточным колесом 12 направляется вниз по периферийному каналу 7, проходитчерез зону воздействия дополнительного излуча- теля 10 и ступень 22, поворачивает вверх по внутреннему каналу 6. На выходе из каналов 6 и 7 потоки соединяются с временной задержкой и затем подвергаются воздействию основного акустического излучателя 8. Акустические колебания диспергируют крупные газовые включения, обеспечивая повышение однородности смеси. Разделение потоков позволяет интенсифицировать акустическое воздействие за счет уменьше- ния расхода смеси через дополнительные излучатели 9 и 10. При этом основной поток, двигаясь вверх, захватывает наиболее крупные газовые пузыри (пробки), а дополнительный освобождается от них как вследствие сепарации газа при повороте потока, так и вследствие всплытия газа при нисходящем движении дополнительного потока. Это приводит к снижению в последнем концентрации свободного газа. При пробковой структуре движения газожидкостной смеси, когда на вход устройства периодически поступают газовые пробки, за счет разделения потоков и их соединения с временным запаздыванием происходит подме- шивание к порции основного потока смеси с высоким газосодержанием порции смеси из дополнительного потока с существенно меньшим газосодержанием. В результате этого в насос 1 поступает среда с газосодер- жанием, распределенным во времени значительно более равномерно, чем на входе в устройство для диспергирования газа. Гомогенизации смеси способствует также наличие относительной скорости газа на

нисходящем участке дополнительного потока, направленной вверх.

Применение излучения с одинаковыми фазочастотными характеристиками позволяет обеспечить примерно одинаковую дисперсность газа в широком диапазоне .газосодержаний и размеров исходных пузырьков.

При выполнении излучателей в виде взаимодействующих статоров и роторов со щелями синфазность колебаний достигается за счет одинакового количества и размеров щелей и при одной и той же скорости вращения.

Подготовка смеси согласно изобретению позволяет предотвратить Т ir.- .iftr- 1, обеспечить устойчивую работу при проб: ковой структуре, повысить напор и дительность, снизить противодавление на выходе насоса, уменьшить вязкостное сопротивление движению жидкости в насосе и подъемных трубах, снизить необходимую величину погружения, уменьшить вибрации оборудования.

Дополнительно, за счет акустического воздействия, уменьшается отложение твердой фазы (солей, асфальтопарафиновых фракций) в оборудовании.

По данным исследований рекомендуется выбирать разницу в объемах внутреннего . и периферийного каналов 6 и 7 не менее половины объема шара с диаметром, равным диаметру эксплуатационной колонны скважины, а расчетную подачу колес 11 и 12 - не менее чем в 1,5 раза превышающей подачу насоса 1 в номинальном режиме.

Формула изобретения

1. Способ подготовки неоднородной среды к перекачиванию нагнетателем, включающий последовательное создание подпора, отделение от основного потока, движущегося по направлению к входу нагнетателя, по крайней мере одного дополнительного потока, воздействие на каждый из потоков акустическим излучением и последующее подсоединение дополнительных потоков к основному, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и улучшения характеристик нагнетателя при выполнении последнего в виде вертикального скважинного насоса, перекачивающего газожидкостную смесь с пробковой структурой, осуществляют поворот каждого из дополнительных потоков вначале вниз, а затем вверх, подсоединение каждого дополнительного потока к основному осуществляют с временной задержкой и после соединения потоков дополнительно воздействуют на газожидкостную смесь акустическим излучением, при этом указанмое воздействие на каждый из разделенных и объединенный потоки осуществляют излучением с одинаковой частотой и фазой колебаний.

2. Устройство для диспергирования газа на входе вертикального скважинного центробежного насоса, содержащее корпус с входными отверстиями, в котором размещены ведущий вал, вращающий рабочие колеса, и цилиндрическая втулка, установленная коаксиально валу с образованием внутреннего и периферийного концентрических каналов, причем входные отверстия расположены напротив средней части втулки, и основной акустический излучатель, от- личающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе и улучшения характеристик насоса при перекачивании газожидкостной смеси с пробковой структурой, устройство снабжено двумя дополни-

тельными акустическими излучателями с частотой и фазой излучения, совпадающими с аналогичными параметрами основного излучателя, последний размещен выше цилиндрической втулки между выходами каналов и входом в первое рабоее колесо насоса, втулка соединена с валом и на ее наружной поверхности напротив входных отверстий корпуса установлены два лопаточных колеса, а дополнительные акустические излучатели установлены по разные стороны от лопаточных колес

3 Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что каждый излучатель выполнен в виде взаимодействующих статора со щелями, закрепленного на корпусе, и ротора со щелями, причем ротор основного излучателя закреплен на валу, а роторы дополнительных излучателей - на наружной поверхности втулки

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано для повышения надежности в работе и улучшения характеристик скважинного центробежного насоса, перекачивающего газожидкостную смесь (ГЖС) с пробковой структурой. Способ подготовки неоднородной среды к перекачиванию включает создание подпора, отделение от основного потока, движущегося по направлению к входу нагнетателя, по крайней мере одного дополнительного потока, осуществление его поворота вначале вниз, а затем вверх и подсоединение каждого из дополнительных потоков к основному с временной задержкой, причем на каждый из разделенных потоков и на объединенный поток воздействуют акустическими излучениями с одинаковыми частотой и фазой колебаний. Устройство для диспергирования газа, установленное на входе насоса 1, имеет корпус 2 с входными отверстиями 3, размещенный в корпусе 1 ведущий вал 4, установленную коаксиально валу 4 и соединенную с ним цилиндрическую втулку 5, образующую внутренний и периферийный каналы 6 и 7. Устройство содержит также основной акустический излучатель (АИ), расположенный между выходами каналов 6, 7 и входом в первое рабочее колесо, и два дополнительных АИ. На наружной поверхности втулки 5 напротив входных отверстий 3 установлены два лопаточных колеса 11 и 12, при этом дополнительные АИ установлены по разные стороны от колес 11 и 12. Каждый АИ может быть выполнен в виде взаимодействующих между собой статора (соответственно 13 - 15) со щелями 16 и ротора (соответственно 17 - 19) со щелями 20. Ротор 17 основного АИ закреплен в этом случае на валу 4, а роторы 18 и 19 дополнительных АИ на наружной поверхности втулки 5. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фие.1

Фиг.3