ГАЗОСЕПАРАТОР

Полезная модель относится к нефтедобывающему оборудованию, предназначена для создания подпорного давления для погружных электроцентробежных и электровинтовых насосов, сепарации свободного газа, диспергации и отведения твёрдых включений.
Известен газожидкостный сепаратор, содержащий корпус, сепарационное устройство с направляющими лопатками, размещенными между двумя торцевыми кольцевыми основаниями, и газовыпускную втулку (а.с. СССР № 779573, Е21В 43/34, опубл. 15.11.1980).
Недостатком известного решения является то, что сепаратор обладает пониженным (по отношению ко входу в устройство) давлением на выпускных отверстиях, что вызывает поступление газожидкостной смеси из закорпусного пространства внутрь сепаратора через выпускные отверстия и снижает его эффективность.
Известен вихревой газосепаратор, содержащий корпус, входной модуль, вращающийся вал, длинный геликоидальный шнек, заключенный в защитную гильзу, головку-разделитель и вихревую камеру, сформированную между торцами шнека и головки-разделителя, причем длина шнека значительно превышает длину вихревой камеры (патент RU 161892, Е21В 43/38, опубл. 19.04.2016, Бюл. №11).
Недостатком вихревого сепаратора является высокая потребляемая мощность и, соответственно, низкий коэффициент полезного действия, особенно заметный при его внедрении на скважины энергоэффективных насосных установок, обеспечивающих добычу нефти с минимальными затратами. Кроме того, срок эксплуатации сепаратора заметно снижается при увеличении загазованности пластовой жидкости и, особенно, при включении в нее посторонних механических примесей, в том числе абразивных материалов.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является абразивостойкий 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, у которого сепарационный узел выполнен в виде шнека, шнек заключен в цилиндрическую оболочку, закрепленную на внешней поверхности лопастей (патент RU 2379500, МПК E21B 43/38, опубл. 20.10.2010).
Недостатком этого газосепаратора является наличие зазора между сепарационным устройством и корпусом. В этот зазор попадают абразивные частицы, которые приводят к интенсивному износу корпуса газосепаратора или заклиниванию сепарационного устройства.
Общим недостатком известных технических решений является то, что они не предохраняют газоотводный канал от засорения парафинистыми отложениями.
Известные газосепараторы закручивают газоводонефтяную смесь вокруг оси, которая, в свою очередь, разделяется на жидкость и газ. Газ выводится через специальный, постоянно открытый канал. Такие газосепараторы могут быть использованы при поступлении из пласта гомогенно перемешанной жидкостно-газовой смеси. Однако газ, нефть и вода выделяются из пласта в интервал перфорации порционно, частями, в силу разной скорости движения нефти и газа в потоке, поэтому через газосепаратор иногда проходит чистая нефть и засоряет постоянно открытый газоотводный канал парафинистыми отложениями.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание конструкции газосепаратора, предохраняющей от засорения газоотводный канал парафинистыми отложениями.
Техническим результатом является усовершенствование конструкции устройства, обеспечивающей перекрытие газоотводного канала, при прохождении через газосепаратор чистой нефти.
Технический результат достигается за счет того, что в газосепараторе, содержащем цилиндрический, переходящий в усеченный конус, корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены сепарационный узел, выполненный в виде шнека, и узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство с газоотводным каналом, и дополнительно содержащем сетчатый фильтр возле шнека в полости всасывания с возможностью поступления к шнеку скважинной продукции, газосепаратор дополнительно снабжен пружинным блоком, взаимодействующим со шнеком, а шнек снабжен газоотводным стаканом, взаимодействующим с газоотводным каналом узла отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, при этом шнек вместе с газоотводным стаканом выполнен с возможностью их осевого перемещения на валу и вращения от вала, причем шнек вместе с газоотводным стаканом имеет возможность осевого перемещения в пределах, достаточных для перекрытия газоотводным стаканом газоотводного канала, при этом пружинный блок выполнен с возможностью ориентирования в осевом направлении шнека и корпуса в таком положении, при котором под действием поступающего газа отверстия газоотводного стакана совпадают с отверстиями газоотводного канала, причем пружинный блок выполнен также с возможностью сжимания в осевом направлении шнека относительно корпуса вниз под действием веса поступающей чистой нефти, при этом газоотводный канал перекрыт газоотводным стаканом и отверстия газоотводного стакана не совпадают с отверстиями газоотводного канала. Шнек газосепаратора выполнен как единая деталь с газоотводным стаканом с отверстиями, между пружинным блоком и шнеком расположен фрикцион с возможностью защиты газосепаратора и его вала от ударных нагрузок. Пружинный блок выполнен из двух пружин разной жёсткости и залит маслостойкой резиной с возможностью защиты газосепаратора от возможных продольных осевых автоколебаний.
Новыми существенными признаками являются то, что устройство дополнительно содержит сетчатый фильтр возле шнека в полости всасывания с возможностью поступления к шнеку скважинной продукции, газосепаратор дополнительно снабжен пружинным блоком, взаимодействующим со шнеком, а шнек снабжен газоотводным стаканом, взаимодействующим с газоотводным каналом узла отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, при этом шнек вместе с газоотводным стаканом выполнен с возможностью их осевого перемещения на валу и вращения от вала, причем шнек вместе с газоотводным стаканом имеет возможность осевого перемещения в пределах, достаточных для перекрытия газоотводным стаканом газоотводного канала, при этом пружинный блок выполнен с возможностью ориентирования в осевом направлении шнека и корпуса в таком положении, при котором под действием поступающего газа отверстия газоотводного стакана совпадают с отверстиями газоотводного канала, причем пружинный блок выполнен также с возможностью сжимания в осевом направлении шнека относительно корпуса вниз под действием веса поступающей чистой нефти, при этом газоотводный канал перекрыт газоотводным стаканом и отверстия газоотводного стакана не совпадают с отверстиями газоотводного канала.
Таким образом, использование совокупности существенных признаков заявляемого технического решения позволяет обеспечить решение технической проблемы и достичь указанного технического результата.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно- технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Полезная модель поясняется чертежом, где показан общий вид в разрезе.
Газосепаратор представляет собой динамическую машину, способную сжимать газ и перекачивать жидкость. Газосепаратор содержит цилиндрический, переходящий в усеченный конус, корпус 1 и вал 2, на котором последовательно по направлению потока расположены сепарационный узел, выполненный в виде шнека 7, и узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство с газоотводным каналом, и дополнительно содержит сетчатый фильтр 2 возле шнека 7 в полости всасывания с возможностью поступления к шнеку 7 скважинной продукции, газосепаратор дополнительно снабжен пружинным блоком 4, взаимодействующим со шнеком 7, а шнек 7 снабжен газоотводным стаканом 12, взаимодействующим с газоотводным каналом узла отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, при этом шнек 7 вместе с газоотводным стаканом 12 выполнен с возможностью их осевого перемещения на валу 2 и вращения от вала 2, причем шнек 7 вместе с газоотводным стаканом 12 имеет возможность осевого перемещения в пределах, достаточных для перекрытия газоотводным стаканом 12 газоотводного канала, при этом пружинный блок 4 выполнен с возможностью ориентирования в осевом направлении шнека 7 и корпуса 1 в таком положении, при котором под действием поступающего газа отверстия газоотводного стакана 12 совпадают с отверстиями газоотводного канала, причем пружинный блок 4 выполнен также с возможностью сжимания в осевом направлении шнека 7 относительно корпуса 1 вниз под действием веса поступающей чистой нефти, при этом газоотводный канал перекрыт газоотводным стаканом 12 и отверстия газоотводного стакана 12 не совпадают с отверстиями газоотводного канала. Шнек 7 газосепаратора выполнен как единая деталь с газоотводным стаканом с отверстиями, между пружинным блоком (4) и шнеком (7) расположен фрикцион (5) с возможностью защиты газосепаратора и его вала от ударных нагрузок. Пружинный блок (4) выполнен из двух пружин разной жёсткости и залит маслостойкой резиной с возможностью защиты газосепаратора от возможных продольных осевых автоколебаний.
Принцип работы предлагаемого устройства.
3
В режиме газа: газ поступает через сетчатый фильтр 6, расположенный в непосредственной близости от шнека 7 в полости всасывания. Фильтр так расположен для противодействия эффекту Джоуля-Томсона. При дросселировании газа через ячейки фильтра 6 падает температура 4 градуса/МПа и выпадают кристаллы парафина. Шнек обеспечивает небольшую пульсацию давлений на входе. Далее газ сжимается шнеком 7 с уменьшением диаметра и шага, попадает на спрямляющий аппарат 11. Аппарат имеет лопатки переменной хорды и установочных углов, обеспечивает спрямление потока в пристеночной области и составляет вращающий момент в области, прилегающей к оси 2 вращения. Шнек 7, ввиду малой плотности газа (метан 0,716 кг/м), при помощи пружинного блока 4 прилегает с небольшим зазором к внутренней поверхности корпуса 1 и отверстия газоотводящего стакана 12 совпадают с отверстиями не вращающегося газоотводного устройства. Количество отверстий не совпадает на 1 для создания звукового давления для прочистки газоотводного канала. Степень повышения давления газа необходима для более эффективного его отведения в затрубное пространство.
3
При поступлении на вход устройства жидкости (плотность нефти примерно 950 кг/м) жидкость гидродинамически отжимает шнек 7 от корпуса 1 вниз, сжимая пружинный блок 4. Газоотводящий стакан 12 уходит из зоны совмещения отверстий, жидкость не попадает в газоотводный канал, а идёт выше на приём насоса. В результате перетоков жидкостей между шнеком 7 и корпусом 1 в конусной его части происходит диспергация жидкости. При этом твердые частицы попадают в канавки десендера 9, соединенные с пескоотводным каналом, по которому попадают в расположенный ниже контейнер 10 для сбора песка. Определение момента сепарации газа осуществляется с помощью гидродинамических сил, возникающих на участке конусного сопряжения шнека с корпусом.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и может быть реализовано на стандартном технологическом оборудовании с применением современных материалов.