ШНЕК ГАЗОСЕПАРАТОРА ПОГРУЖНОЙ СКВАЖИННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ (ВАРИАНТЫ)

Технические решения относятся к нефтедобывающей промышленности и могут быть использованы при изготовлении газосепараторов скважинных центробежных и винтовых электронасосов для добычи нефти из скважин с высоким газовым фактором.
Известен шнек газосепаратора погружной скважинной насосной установки для добычи нефти, описанный, в частности, в кн. Международный транслятор УСТАНОВКИ ПОГРУЖНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ под. ред. В.Ю.Алекперова, В.Я.Кершенбаума, 1999, М., Нефть и газ, стр.294-296, Рис.3.2, а также патентах RU 2027912 С1, 1995.01.27, RU 2232302 C1, 10.07.2004, RU 2241858 C1, 10.12.2004, RU 2232301 C1, 10.07.2004 и других. Шнек включает в себя ступицу, выполненную с возможностью закрепления на валу газосепаратора, и винтовые лопасти, расположенную на наружной поверхности ступицы.
1
2
Винтовые лопасти этого шнека в поперечном сечении имеют форму близкую к прямоугольной и ориентированы строго в радиальном направлении. Средняя линия профиля каждого из витков лопасти в поперечном и меридиональном сечениях шнека представляет собой отрезок прямой перпендикулярной продольной оси ступицы (угол γ=90° (см. Фиг.1), угол β равен
90° (см. Фиг.3 и 4)).
Шнек выполняет в газосепараторе две функции: во-первых, создание в газожидкостной среде напора, обеспечивающего ее подачу от приемного отверстия газосепаратора в сепарационную камеру, а также подачу дегазированной жидкости из сепарационной камеры на прием насоса и отсепарированного газа в затрубное пространство. Во-вторых, шнек обеспечивает предварительную центробежную сепарацию газожидкостной смеси. Однако, в описанном аналоге второй функцией шнека пренебрегают, а форму лопасти шнека выбирают только исходя из необходимости создания напора, требуемого для бесперебойной подачи газожидкостной смеси в сепарационную камеру, и технологических соображений.
2
1
Известен шнек газосепаратора погружной скважинкой насосной установки для добычи нефти (см., в частности, US 6723158 В2, 20.04.2004 и др.) Описанный в указанном патенте шнек выполняет как насосную функцию, обеспечиваю подачу жидкости в насосную секцию, так и функцию центробежного сепаратора. Винтовые лопасти этого шнека имеют форму аналогичную описанной выше (углы β и γ равны 90°). Кроме того, известен шнек газосепаратора погружной скважинной насосной установки для добычи нефти, описанный в патенте US 6113675 А, 05.09.2000. Для повышения напорности шнека без существенного повышения гидравлического сопротивления на входе в шнек, лопасти этого шнека выполняют с переменным углом наклона винтовой линии (на входе в шнек угол наклона меньше, чем на выходе
из шнека).
Основным недостатком обоих описанных выше аналогов является неоптимальная для выполнения функции сепарации газожидкостной смеси "прямая" форма лопастей, что не позволяет обеспечить высокую эффективность разделения газожидкостной смеси с помощью газосепараторов подобной конструкции.
тм
2
Наиболее близким аналогом (прототипом) для каждой полезной модели заявленной группы является шнек газосепаратора погружной скважинкой насосной установки для добычи нефти, описанный в статье What's new in artificial lift - Part 2 авторов J.F.Lea, H.W.Winkler, R.E.Snyder в журнале World Oil №5, май 2005 г., стр.226 и статье GasMaster Separator Boosts Gas Production в журнале inDepth (издается компанией Baker Hughes) №11, 2005, стр.10. Шнек включает в себя ступицу, выполненную с возможностью закрепления на валу газосепаратора, и винтообразные лопасти, расположенные на наружной поверхности ступицы. В поперечном сечении шнека лопасти выполнены загнутыми вперед (т.е. в направлении вращения шнека), таким образом, что выходной угол β профиля каждой лопасти между прямой, проходящей в плоскости поперечного сечения шнека перпендикулярно радиусу ступицы через точку пересечения средней линии профиля лопасти в указанном сечении шнека с внешней кромкой лопасти (отрицательное направление окружной скорости потока, выходящего с лопасти в радиальном направлении), и касательной к средней линии в этой точке, отложенный в
2
1
направлении вращения шнека при работе газосепаратора, превышает 90° (см. Фиг.3 и 4). Для получения указанного значения угла β угол конусности (наклона) лопастей (γ), измеряемый между линией, соответствующей образующей наружной поверхности ступицы в меридиональном сечении шнека, и средней линией профиля лопасти в указанном сечении, в точке пересечения средней линии с упомянутой линией, соответствующей образующей наружной поверхности, отложенный в направлении, противоположном направлению движения потока газожидкостной смеси при работе газосепаратора, должен быть менее 90° с обеих сторон от оси шнека, т.к. средняя линия профиля лопасти в меридиональном сечении представляет собой отрезок прямой (см. Фиг.1).
2
1
Описанный в прототипе шнек с винтовыми лопастями, загнутыми вперед в поперечном сечении, обеспечивает создание бóльшего радиального градиента давления в соответствующей полости газосепаратора по сравнению с винтовой лопастью обычной формы (угол β=γ=90°). При заданном диаметре лопастей и скорости вращения вала, именно большая величина градиента давления, создаваемого в объеме газожидкостной лопастями описанной в прототипе формы, обеспечивает относительно большую интенсивность сепарации газа и, соответственно, более эффективное выполнение функции предварительной сепарации газожидкостной смеси.
Однако, для описанной в прототипе формы лопастей шнека характерно повышенное гидравлическое сопротивление вследствие резкого изменения
направления движения элементов газожидкостной смеси при ее натекании на рабочую поверхность лопасти из области, прилегающей к ступице, и последующем движении в радиальном направлении к стенкам корпуса под действием центробежных сил. Это снижает энергию элементов газожидкостной смеси, выходящих с лопасти в безлопаточное пространство, в результате снижается радиальный градиент давления в полости шнека и, соответственно, эффективность сепарации газа.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, состоит в создании шнека газосепаратора погружной скважинной насосной установки для добычи нефти, обеспечивающей возможность добычи нефти с содержанием газа до 50-70% об.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении допустимой величины содержания газа на входе погружной скважинной насосной установки для добычи нефти за счет повышения общей эффективности сепарации газа в газосепараторе без увеличения диаметрального габарита газосепаратора и скорости вращения вала путем снижения гидравлического сопротивления движению газожидкостной смеси по шнеку при одновременном повышении напорности шнека.
В соответствии с первым вариантом выполнения шнек газосепаратора погружной скважинной насосной установки для добычи нефти, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата, включает в себя ступицу, выполненную с возможностью закрепления на валу газосепаратора, и, по меньшей мере, одну винтообразную лопасть, расположенную на
2
наружной поверхности ступицы. При этом, по меньшей мере, вдоль части длины ступицы лопасть загнута вперед в поперечном сечении шнека, таким образом, что угол β между прямой, проходящей в плоскости поперечного сечения перпендикулярно радиусу ступицы через точку пересечения средней линии профиля соответствующего витка лопасти в указанном сечении с внешней кромкой лопасти, и касательной к средней линии в этой точке, отложенный в направлении вращения шнека при работе газосепаратора, превышает 90°. При этом в отличии от прототипа угол наклона α винтовой линии лопасти, проходящей по внешней кромке напорной поверхности лопасти, на выходе из шнека имеет большее значение чем на входе в шнек.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, угол α увеличивается по заданному закону от минимального значения на входе в шнек до максимального значения на выходе из шнека.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, угол наклона винтовой линии лопасти на входе в шнек выбирают таким образом, что при работе газосепаратора обеспечивается угол атаки потока натекающей газожидкостной смеси в пределах от 0° до 5°.
2
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, ход винтовой линии каждой лопасти (S), измеренный по внешним кромкам напорных поверхностей соседних
витков этой лопасти вдоль оси шнека увеличивается от минимального значения на входе в шнек до максимального значения на выходе из шнека.
1
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, ход винтовой линии каждой лопасти (S), измеренный по образующим напорных поверхностей соседних витков этой лопасти в меридиональном сечении шнека на расстоянии от оси шнека, равном радиусу ступицы, увеличивается от минимального значения на входе в шнек до максимального значения на выходе из шнека.
1
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, средняя линия профиля каждого из витков лопасти в меридиональном сечении шнека представляет собой отрезок прямой, при этом лопасть загнута вперед в поперечном сечении шнека таким образом, что угол γ между линией, соответствующей образующей наружной поверхности ступицы в меридиональном сечении шнека, и средней линией профиля соответствующего витка лопасти в точке пересечения средней линии с упомянутой линией, соответствующей образующей наружной поверхности, отложенный в направлении, противоположном направлению перекачивания потока газожидкостной смеси при работе газосепаратора, составляет менее 90° с обеих сторон от оси шнека.
1
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, угол γ уменьшается от максимального значения на входе в шнек до минимального значения на выходе из шнека.
1
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, угол γ равен 90° на входе в шнек.
2
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, лопасть загнута вперед в поперечном сечении шнека таким образом, что угол γ между прямой, проходящей параллельно продольной оси шнека в плоскости меридионального сечения и средней линии профиля соответствующего витка лопасти в указанном сечении, проходящей через точку пересечения средней линии с внешней кромкой лопасти, отложенный в направлении, противоположном направлению перекачивания потока газожидкостной смеси при работе газосепаратора, составляет менее 90° с обеих сторон от продольной оси шнека.
2
При этом, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, угол γ уменьшается от максимального значения на входе в шнек до минимального значения на выходе из шнека.
2
При этом, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, угол γ равен 90° на входе в шнек.
2
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, угол β увеличивается от минимального значения на входе в шнек до максимального значения на выходе из шнека.
2
При этом, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, угол β равен 90° на входе в шнек.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, лопасть загнута вперед в поперечном сечении шнека таким образом, что, по меньшей мере, периферийная часть средней линии профиля соответствующего витка лопасти в меридиональном сечении шнека представляет собой дугу окружности, при этом радиусы этих окружностей уменьшаются от максимального значения на входе в шнек до минимального значения на выходе из шнека, а центры этих окружностей лежат на одной прямой, параллельной оси шнека.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии с первым вариантом выполнения, радиус окружности входного витка шнека стремится к бесконечности.
2
В соответствии со вторым вариантом выполнения шнек газосепаратора погружной скважинной насосной установки для добычи нефти, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата, включает в себя ступицу, выполненную с возможностью закрепления на валу газосепаратора, и винтообразную лопасть, расположенную на наружной поверхности ступицы. По меньшей мере, вдоль части длины ступицы лопасть загнута вперед в поперечном сечении шнека, таким образом, что угол β между прямой, проходящей в плоскости поперечного сечения перпендикулярно радиусу ступицы через точку пересечения средней линии профиля лопасти в указанном сечении с внешней кромкой лопасти, и касательной к средней линии в этой точке, отложенный в направлении вращения шнека при работе газосепаратора,
1
превышает 90°. При этом в отличии от прототипа, по меньшей мере, вдоль части длины ступицы угол γ между линией, соответствующей образующей наружной поверхности ступицы в меридиональном сечении шнека, и касательной к средней линии профиля соответствующего витка лопасти в указанном сечении, проходящей через точку пересечения средней линии с упомянутой линией, соответствующей образующей наружной поверхности, отложенный в направлении, противоположном направлению перекачивания потока нефтеводогазовой смеси при работе газосепаратора, превышает 90° с обеих сторон от оси шнека.
1
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии со вторым вариантом выполнения, по меньшей мере, вдоль части длины ступицы угол β между касательной к линии, соответствующей образующей наружной поверхности ступицы в поперечном сечении шнека, и касательной к средней линии профиля соответствующего витка лопасти в упомянутом сечении, проходящих через точку пересечения средней линии с упомянутой линией, соответствующей образующей наружной поверхности, отложенный в направлении вращения шнека при работе газосепаратора, составляет менее 90° с обеих сторон от оси шнека.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии со вторым вариантом выполнения, по меньшей мере, вдоль части длины ступицы образующая рабочей поверхности соответствующего витка лопасти в меридиональном сечении шнека в зоне соединения лопасти со ступицей
выполнена по касательной к воображаемой окружности с радиусом, равным радиусу ступицы, расположенной в меридиональном сечении шнека.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в соответствии со вторым вариантом выполнения, по меньшей мере, вдоль части длины ступицы образующая рабочей поверхности соответствующего витка лопасти в поперечном сечении шнека в зоне соединения лопасти со ступицей выполнена по касательной к окружности, соответствующей наружному диаметру ступицы.
2
При этом, в частном случае реализации полезной модели в соответствии со вторым вариантом выполнения, лопасть загнута вперед в поперечном сечении шнека таким образом, что угол γ между прямой, проходящей параллельно продольной оси шнека в плоскости меридионального сечения и средней линии профиля соответствующего витка лопасти в указанном сечении, проходящей через точку пересечения средней линии с внешней кромкой лопасти, отложенный в направлении, противоположном направлению перекачивания потока газожидкостной смеси при работе газосепаратора, составляет менее 90° с обеих сторон от продольной оси шнека.
При этом, в частном случае реализации полезной модели в соответствии со вторым вариантом выполнения, по меньшей мере, периферийная часть средней линии профиля каждого из витков лопасти в меридиональном сечении шнека вдоль соответствующей части длины ступицы представляет собой дугу окружности.
В процессе работы газосепаратора в полости корпуса, где расположен шнек, в объеме газожидкостной смеси создается напор с градиентом давления, направленным в осевом направлении, в результате чего газожидкостная (нефтеводогазовая) смесь подается в сепарационную камеру (где происходит основное отделение жидкости от газа), дегазированная жидкость в насос, а отсепарированного газа в затрубное пространство.
Кроме того, в указанной полости корпуса создается радиальный градиент давления, так как жидкость под действие шнека одновременно с осевым движением приобретает угловую скорость и отбрасывается к стенкам корпуса газосепаратора, где давление представляет собой суммарное давление во всех слоях газожидкостной смеси вдоль радиуса корпуса, т.е. давление в наружных слоях вращающегося кольца газожидкостной смеси выше, чем во внутренних. В связи с этим на противоположных сторонах каждого газового пузырька, находящегося в газожидкостной смеси, возникает перепад давлений, величина которого зависит от величины радиального градиента давления и диаметра пузырька, а результирующая действующих на пузырек сил будет направлена к оси потока газожидкостной смеси. Величина этой результирующей силы превышает действующую на газовый пузырек центробежную силу (вследствие значительной разницы в плотности (массе) газа и жидкости) и он перемещается к оси потока, где скапливается бóльшая часть свободного газа, при этом в первую очередь к оси потока перемещаются самые крупные пузырьки газа, таким образом происходит сепарация фаз газожидкостной смеси.
Шнек с загнутой вперед лопастью обеспечивает наибольшее значение радиального градиента давления в соответствующей полости газосепаратора при заданном диаметральном габарите и скорости вращения шнека по сравнению с лопастью, витки которой ориентированы строго перпендикулярно ступице шнека (традиционно используемой в серийных газосепараторах). Вследствие большего градиента давления в сепарационной камере на пузырьки газа действует большая результирующая сила от разности давлений на противоположных сторонах пузырька и они более интенсивно перемещаются к оси потока, что повышает эффективность сепарации газа и, соответственно, позволяет повысить допустимое содержание газа на входе насосной установки до 50-70%.
Выполнение лопасти шнека с переменным углом наклона винтовой линии лопастей α, который на выходе из шнека имеет большее значение чем на входе в шнек, позволяет, с одной стороны, обеспечить безударное поступление газожидкостной смеси на лопасть за счет соответствующего подбора угла α на входе в шнек из условия минимизации угла атаки потока, натекающего на входную кромку шнека (угла атаки должен составлять не более 5°). Соответственно, снижается гидравлическое сопротивление движению газожидкостной смеси в осевом направлении за счет исключения резкого изменения направления движения газожидкостной смеси при ее натекании на рабочую поверхность лопасти. В результате, не происходит существенного снижения энергии элементов газожидкостной смеси, выходящих с лопасти в
безлопаточное пространство, что позволяет избежать снижения радиального градиента давления в полости шнека и, соответственно, эффективности сепарации газа. Кроме того, описанное выполнение входной части шнека позволяет добиться максимальной всасывающей способности шнека и обеспечить плавность снижения создаваемого шнеком напора при росте содержания газа в поступающей на прием сепаратора газожидкостной смеси (т.е. без резких спадов напора, приводящих к срыву подачи).
С другой стороны, за счет увеличения угла α на выходе шнека обеспечивается повышение напорности шнека, что позволяет повысить радиальный градиент давления в сепарационной камере, расположенной за шнеком по ходу движения газожидкостной смеси, что обеспечивает дополнительное повышение эффективности сепарации газа.
2
Переменному углу соответствует переменный ход винтовой линии лопасти (осевое смещение винтовой линии за один оборот шнека), измеряемый по внешним кромкам напорных поверхностей соседних витков этой лопасти вдоль оси шнека (S).
В предпочтительном варианте исполнения угол наклона винтовой линии (ход винтовой линии) плавно увеличивается от минимального значения на входе в шнек до максимального значения на выходе из шнека (см. Фиг.2), что дополнительно снижает сопротивление движению газожидкостной смеси в осевом направлении.
Таким образом, оптимальный подбор значений и закона изменения угла
наклона винтовой линии лопасти (хода винтовой линии лопасти) по длине шнека позволяет добиться снижения гидравлического сопротивления движению газожидкостной смеси в осевом направлении при сохранении или увеличении напорности шнека и, в конечном счете, обеспечить повышение сепарационных характеристик газосепаратора.
Изменение величины угла наклона (хода) винтовой линии может быть реализовано различными способами, а также сочетанием этих способов.
1
Наиболее простым способом является изменение расстояния между витками, в этом случае ход винтовой линии лопасти S, измеренный по образующим напорных поверхностей соседних витков этой лопасти в меридиональном сечении шнека на расстоянии от оси шнека, равном радиусу ступицы (т.е. в корневом сечении каждого из витков), увеличивается от минимального значения на входе в шнек до максимального значения на выходе из шнека.
1
1
2
2
2
Кроме того, если средняя линия профиля каждого из витков лопасти в меридиональном сечении шнека представляет собой отрезок прямой, то изменение угла наклона винтовой линии лопасти, в том числе при постоянном ходе винтовой линии лопасти в корневом сечении витков S, может быть достигнуто путем уменьшениям угла конусности (наклона) лопасти γ от максимального значения на входе шнека до минимального значения на выходе шнека (см. Фиг.1). Аналогичное условие можно сформулировать в отношении угла γ и β (угол β увеличивается от минимального значения на входе
1
1
2
шнека до максимального значения на выходе шнека), которые геометрически связаны с углом γ. При этом угол γ должен составлять менее 90° с обеих сторон от оси шнека для того, чтобы лопасть была загнута вперед, т.е. угол β был больше 90°.
1
2
3
4
5
i
Кроме того, периферийная часть средней линии профиля соответствующего витка лопасти в меридиональном сечении шнека может быть выполнена в виде дуги окружности, при этом радиусы R, R, R, R, R, ..., R этих окружностей уменьшаются от максимального значения на входе в шнек до минимального значения на выходе из шнека, а центры этих окружностей лежат на одной прямой, параллельной оси шнека (см. Фиг.3), в результате также формируется винтообразная лопасть с увеличивающимся углом наклона  (ходом) винтовой линии.
1
2
2
1
Выполнение лопасти с углом γ (γ, β) равным 90° на входе в шнек или выполнении входного витка шнека с радиусом кривизны R, стремящимся к бесконечности, т.е. входная часть шнека выполнена с лопастями традиционной "прямой" формы, позволяет максимизировать диапазон возможных значений угла наклона винтовой линии и при этом обеспечивает необходимую прочность входного участка лопасти и сужение перед шнеком зоны поперечной циркуляции (всасывающей полости) газожидкостной смеси и абразивных частиц мехпримесей, образующейся за счет закрученных обратных токов.
1
Выполнение лопасти шнека в соответствии со вторым вариантом реализации устройства с углом γ превышающим 90°, позволяет снизить гидравлические
2
2
потери за счет плавного натекания газожидкостной смеси из области прилегающей к ступице шнека на рабочую поверхность лопасти (без резкого изменения направления движения потока). Это позволяет избежать существенных потерь энергии потока при его выходе с лопасти в безлопаточное пространство и, соответственно, снижения величины статического давления вблизи стенки корпуса газосепаратора (уменьшения радиального градиента давления). В результате усиливается сепарационное действие шнека. При этом сохранение значения угла β больше 90° (угла γ меньше 90°) обеспечивается за счет изогнутой формы профиля витков лопасти в меридиональном сечении.
Возможность осуществления каждой полезной модели, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием двух вариантов выполнения шнека газосепаратора погружной скважинной насосной установки для добычи нефти, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью.
Описание сопровождается графическими материалами, на которых изображено следующее.
На Фиг.1 изображено меридиональное сечение шнека в соответствии с первым вариантом исполнения.
На Фиг.2 изображена развертка на плоскость винтовой линии лопасти шнека по радиусу r на Фиг.1.
На Фиг.3 изображено меридиональное сечение шнека в соответствии со
вторым вариантом исполнения (сечение не заштриховано).
На Фиг.4 изображено поперечное сечение А-А шнека по Фиг.1 в соответствии с первым вариантом исполнения (сечение не заштриховано).
На Фиг.5 изображено поперечное сечение Б-Б шнека по Фиг.2 в соответствии со вторым вариантом исполнения (сечение не заштриховано).
Вариант 1.
Шнек 1 (см. Фиг.1) газосепаратора погружной скважинной насосной установки для добычи нефти включает в себя ступицу 2, выполненную с возможностью закрепления на валу газосепаратора посредством шпоночного паза 3, и две винтообразные лопасти 4 с переменным ходом винтовой линии, расположенные на наружной поверхности ступицы.
2
Винтовые лопасти шнека 1 на основной части своей длины имеют коническую форму, т.е. в поперечном сечении лопасть загнуты вперед, таким образом, что выходной угол профиля лопасти в поперечном сечении β между прямой а, проходящей в плоскости поперечного сечения шнека перпендикулярно радиусу ступицы через точку пересечения А средней линии b профиля лопасти в указанном сечении шнека с внешней кромкой ВС лопасти, и касательной с к средней линии (см. Фиг.4) в точке А, отложенный в направлении вращения шнека превышает 90° (гол между отрицательным направлением окружной скорости лопасти шнека и касательной с к средней линии).
1
Если рассматривать такую лопасть в меридиональном сечении (см. Фиг.1), то угол конусности (наклона) лопасти γ, измеряемый между линией g,
1
2
соответствующей образующей наружной поверхности ступицы в меридиональном сечении шнека, и средней линией витка лопасти в указанном сечении, представляющей собой отрезок ED прямой f, в точке Е (вершина угла γ) пересечения средней линии с упомянутой линий g, отложенный в направлении, противоположном направлению перекачивания потока газожидкостной смеси при работе газосепаратора, будет составлять менее 90° с обеих сторон от оси шнека. При этом угол γ между прямой d, проходящей параллельно продольной оси шнека в плоскости меридионального сечения, и средней линии профиля витка в точке D пересечения средней линии с внешней кромкой лопасти, отложенный в направлении, противоположном направлению перекачивания потока нефтеводогазовой смеси, будет составлять менее 90° с обеих сторон от продольной оси шнека.
2
Угол наклона α винтовой линии лопасти, проходящей по внешней кромке напорной поверхности лопасти и ход винтовой линии лопасти S, измеренный по внешним кромкам напорных поверхностей соседних витков, увеличивается по заданному закону от минимального значения на входе в шнек (относительно направления перекачивания потока нефтеводогазовой смеси при работе газосепаратора) до максимального значения на выходе из шнека. Угол наклона винтовой линии лопасти на входе в шнек
определяют исходя из условия обеспечения угла атаки потока натекающей газожидкостной смеси в пределах от 0° до 5°, в зависимости от расчетной подачи насоса, скорости вращения вала, требуемого угла наклона винтовой
1
2
2
линии лопасти на выходе из шнека и пр. Углы γ и γ уменьшаются от максимального значения на входе в шнек, равного 90°, до минимального значения равного примерно 15°, соответственно, угол β плавно увеличивается до значения примерно 175°.
Вариант 2.
2
Шнек 1 газосепаратора погружной скважинной насосной установки для добычи нефти включает в себя ступицу 2, выполненную с возможностью закрепления на валу газосепаратора посредством шпоночного паза 3, и две винтообразные конические лопасти 4 с переменным ходом винтовой линии, расположенные на наружной поверхности ступицы. Лопасти 4 в поперечном сечении загнуты вперед (угол β превышает 90°) вдоль большей части длины шнека.
1
2
1
2
3
4
5
i
Снижение гидравлических потерь на шнеке обеспечивается за счет выполнения лопастей с изогнутыми в меридиональном сечении профилем витков таким образом, что угол γ превышает 90°, при этом угол γ составляет менее 90° с обеих сторон от оси шнека. Предпочтительным для данного варианта является выполнение лопастей с периферийной частью витков, средняя линии профиля которых в меридиональном сечении шнека представляет собой дугу окружности, при этом радиусы R, R, R, R, R, ..., R этих окружностей уменьшаются от максимального значения на входе в шнек до минимального значения на выходе из шнека, а центры этих окружностей лежат на одной прямой, параллельной оси шнека (см. Фиг.3). За счет этого достигается
увеличение хода и угла наклона винтовой линии лопасти от минимального значения на входе в шнек до  максимального значения на выходе из шнека.
1
Угол β (см. Фиг.5) между касательной h к линии i, соответствующей образующей наружной поверхности ступицы в поперечном сечении шнека, и касательной j к средней линии b профиля витка лопасти в указанном сечении, проходящих через точку F пересечения средней линии с упомянутой линией i, отложенный в направлении вращения шнека, будет оставлять менее 90° с обеих сторон от оси шнека. Образующая рабочей поверхности витков лопасти в меридиональном сечении шнека в зоне соединения лопасти со ступицей выполнена по касательной k к воображаемой окружности с радиусом равным радиусу ступицы, расположенной в меридиональном сечении шнека (см. Фиг.3), а в поперечном сечении шнека образующая рабочей поверхности витков лопасти в зоне соединения лопасти со ступицей выполнена по касательной l к окружности, соответствующей наружному диаметру ступицы (см. Фиг.5). Это позволяет снизить гидравлические потери за счет обеспечения плавного натекания элементов газожидкостной смеси из области прилегающей к ступице шнека на рабочую поверхность лопасти.
2
2
Шнек может быть выполнен с описанной выше криволинейной (сферической) рабочей поверхностью лопасти вдоль всей длины шнека или на ограниченном участке. Например, если на входном участке шнека его витки выполнены "прямыми" (углы β и γ равны 90°), то выполнение рабочей поверхности
1
лопасти с углом γ большим 90° может быть нецелесообразно.
Для дополнительной защиты от размывания стенки корпуса на входном участке шнека газосепаратор может быть снабжен специальной защитной втулкой, устанавливаемой в соответствующей зоне полости корпуса газосепаратора (на чертежах не показано).
Возможно выполнение шнека заодно с валом газосепаратора, а также заодно с сепарационным барабаном таким образом, что лопасть шнека переходит в одну из лопастей сепарационного барабана (см., в частности, US 4,981,175 А, 01.01.1991) или размещается между ними.