ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГАЗОСЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL GAS SEPARATOR

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным газосепараторам, предназначенным для отделения газа от пластовой жидкости, и может применяться при добыче нефти с большими значениями газового фактора.
Известен газосепаратор с геликоидальным шнеком, содержащий корпус, входной модуль, вращающийся вал, длинный геликоидальный шнек, заключенный в защитную гильзу и головку-разделитель [Патент на ПМ №161892 РФ, МПК Е21В 43/38, опубл. 19.04.2016].
Известен вихревой газосепаратор, содержащий корпус, входной модуль, вращающийся вал, осевое рабочее колесо, направляющий аппарат, вихревое осевое рабочее колесо и головку-разделитель [Патент №2660972 РФ, МПК Е21В 43/38, опубл. 11.07.2018].
В вышеописанных газосепараторах разделение жидкости и газа основано на разности плотностей и происходит во вращающемся потоке в поле центробежных сил, при этом с увеличением подачи газожидкостной смеси (ГЖС) уменьшается время ее нахождения внутри газосепаратора и, как следствие, снижается коэффициент сепарации устройства. Это справедливо для любых роторных и вихревых газосепараторов, их сепарационная характеристика является монотонно падающей - максимальная на малых подачах и минимальная на больших.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является центробежный газосепаратор, содержащий корпус, установленный на валу сепарационный блок, входной модуль с каналом для подвода ГЖС и головку-разделитель с отводами для разделенных газа и жидкости [Патент №2653197 РФ, МПК Е21В 43/38, опубл. 07.05.2018]. Сепарационный блок выполнен в виде набора секций. Каждая секция представляет собой сепарационное осевое колесо, выполненное в виде двух концентрично установленных цилиндров, между которыми расположены лопасти, изогнутые в форме винтовой линии. Секции плотно состыкованы друг с другом и образуют сплошную внешнюю цилиндрическую поверхность в форме гильзы. Работа газосепаратора основана на сепарации смеси в поле центробежных сил.
Недостатком данной конструкции является снижение коэффициента сепарации с ростом подачи.
Задачей настоящего изобретения является разработка газосепаратора, обеспечивающего эффективную сепарацию с постоянным во всем диапазоне подач коэффициентом сепарации.
Указанный технический результат достигается за счет того, что центробежный газосепаратор, содержащий корпус, входной модуль, вал, насаженный на вал вращающийся сепарационный блок с гильзой и осевым сепарационным колесом, головку-разделитель с отводами для сброса отсепарированного газа в затрубное пространство, согласно изобретению, в сепарационном блоке сформирована сепарационная камера, представляющая собой цилиндрическое безлопаточное пространство, свободное от вала, ограниченное гильзой и расположенное ниже головки-разделителя, состоящей из подвижной вращающейся части и неподвижных осевых спиральных каналов, связанных с отводами для сброса отсепарированного газа, вал разделен на входной и выходной участки, расположенные за пределами сепарационной камеры, на входном участке вала расположен напорный блок, состоящий из напорного органа и направляющего аппарата, причем вращение с входного участка вала передается на выходной участок с помощью гильзы, которая соединена внизу с сепарационным осевым колесом, а вверху с вращающейся частью головки-разделителя.
При этом в качестве напорного органа может быть использовано осевое колесо или шнек.
Наличие сепарационной камеры увеличивает время пребывания разделяемого потока в газосепараторе, а отсутствие вала в сепарационной камере, являющегося источником неустойчивостей вращательного движения, позволяет избежать образования вихрей Тейлора и стабилизирует устойчивое вращательное движение по всей длине камеры в широком диапазоне подач, что приводит к повышению эффективности процесса сепарации.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид центробежного предлагаемого газосепаратора, а на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.
Центробежный газосепаратор содержит входной модуль 1 с каналом для подвода ГЖС, цилиндрический корпус 2 с головкой-разделителем 11 в верхней части, гильзу 7 и сепарационный блок, включающий напорный блок 3 и сепарационное осевое колесо 6. В состав напорного блока 3 входит напорный орган 4 и направляющий аппарат 5. В качестве напорного органа 4 может быть использовано осевое рабочее колесо или как альтернативный вариант - шнек. Сепарационное осевое колесо 6 выполнено в виде цилиндрической втулки 9 с размещенными на ней цилиндрическими радиальными лопастями 8, выходные кромки которых закреплены на нижней части гильзы 7 с образованием монолитной конструкции (фиг.2). Для удобства изготовления и сборки гильза может быть выполнена сборной, в частности, узел соединения с лопастями 8 может представлять самостоятельную часть гильзы. Отдельные части гильзы соединены посредством шлицевого соединения.
Ниже головки-разделителя 11 сформирована сепарационная камера 17, представляющая собой цилиндрическое безлопаточное пространство, окруженное гильзой 7.
Вал газосепаратора разделен на две отдельных части, разнесенные по оси корпуса 2: входной участок 10 и выходной участок 13, расположенные за пределами сепарационной камеры 17 в нижней и верхней части газосепаратора, соответственно. Напорный блок 3 установлен на входном участке вала 10 выше входного модуля 1, при этом его напорный орган 4 насажен на входной участок 10 с помощью шпоночного соединения. Расположенное выше сепарационное осевое колесо 6 закреплено на входном участке вала 10 с помощью шлицев.
Головка-разделитель 11 имеет подвижную вращающуюся часть 12, соединенную с выходным участком вала 13 с помощью шлицев, и неподвижную часть 14, закрепленную в корпусе 2. Неподвижная часть 14 головки-разделителя 11 представляет собой неподвижные осевые спиральные каналы 16, связанные с выкидными отверстиями 15 для выброса отсепарированного газа в затрубное пространство. Подвижная вращающаяся часть 12 головки-разделителя 11 предназначена для передачи вращения на выходной участок вала 13 и расположена со стороны верхнего конца сепарационной камеры 17 с присоединением к гильзе 7.
Сепарационная камера 17, представляющая цилиндрическую область между сепарационным осевым колесом 6 и головкой-разделителем 11, свободную от вала, обеспечивает устойчивое вращение потока жидкости независимо от величины подачи и, как следствие, улучшает качество сепарации.
Присоединенные к гильзе 7 сепарационное осевое колесо 6 снизу и головка-разделитель 11 сверху выполняют функцию передаточных механизмов (муфт), через них вращающий момент с входного участка вала 10 передается на гильзу 7, а с нее на выходной участок вала 13, который связан с расположенным выше добывающим насосом.
Центробежный газосепаратор работает следующим образом.
При включении установки входной участок вала 10 приводится во вращение и ГЖС поступает через проточные каналы входного модуля 1 в напорный блок 3, где происходит передача энергии от входного участка вала 10 потоку, который первоначально закручивается напорным органом 4 (шнеком или осевым колесом), а затем попадает в проточные каналы направляющего аппарата 5, где радиальная составляющая скорости преобразуется в осевую.
Осевой поток из направляющего аппарата 5 поступает в сепарационное осевое колесо 6, в котором смесь вновь раскручивается радиальными цилиндрическими лопастями 8 и переходит в сепарационную камеру 17. Вращающиеся лопасти 8, закрепленные на гильзе 7, приводят последнюю во вращение. Соединенная с верхней частью гильзы 7 подвижная часть 12 головки-разделителя 11 раскручивается и передает крутящий момент с гильзы 7 на выходную часть вала 13, приводя ее в движение.
В поле центробежных сил в сепарационной камере 17 происходит сепарация ГЖС с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру. На выходе из гильзы 7 с помощью подвижной вращающейся части 12 головки-разделителя газовая фаза направляется в неподвижную часть 14, движется по спиральным каналам 16 и сбрасывается в затрубное пространство через выкидные отверстия 15. Жидкая фаза с периферии сепарационной камеры 17 подается на вход первой секции добывающего насоса.
Таким образом, использование заявляемой конструкции позволяет отсепарировать газ от жидкости с высокой эффективностью, в связи с отсутствием центробежной неустойчивости на всем диапазоне подач.