ГАЗОСЕПАРАТОР-ДИСПЕРГАТОР ПОГРУЖНОГО НАСОСА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
GAS-SEPARATOR-DISPERSANT OF DOWNHOLE PUMP FOR OIL PRODUCTION

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче нефти из скважин с высоким газовым фактором.
Известен газосепаратор-диспергатор погружного насоса для добычи нефти, состоящий из газосепаратора и диспергатора, при этом диспергатор содержит лопастные колеса с отверстиями в верхнем диске и лопастях (патент США №5.628.616, F04D 29/22, 1997). Известное устройство имеет низкие функциональные возможности и ограниченную область применения из-за малоэффективного диспергирования газожидкостной смеси.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является газосепаратор-диспергатор погружного насоса для добычи нефти, состоящий из газосепаратора и диспергатора, причем газосепаратор содержит установленные на валу шнек, лопастное колесо, сепарационный барабан с ребрами, а также расположенный на выходе сепарационного барабана узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство скважины и газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием на вход диспергатора, при этом диспергатор содержит ступени лабиринтно-винтового типа (патент РФ №2233201, F04D 13/10, 2003). Известное техническое решение имеет, как показал опыт его внедрения, недостаточную эффективность при высоких газосодержаниях смеси.
Задачей изобретения является повышение эффективности при высоких газосодержаниях смеси путем двухступенчатой сепарации газа, а также интенсификации диспергирования газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием.
Поставленная задача достигается тем, что в газосепараторе-диспергаторе погружного насоса для добычи нефти, состоящем из газосепаратора и диспергатора, причем газосепаратор содержит установленные на валу шнек, лопастное колесо, сепарационный барабан с ребрами, а также расположенный на выходе сепарационного барабана узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство скважины и газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием на вход диспергатора, при этом диспергатор содержит ступени лабиринтно-винтового типа, согласно изобретению, газосепаратор снабжен установленным на выходе шнека дополнительным узлом отвода отсепарированного газа в затрубное пространство и газожидкостной смеси с меньшим газосодержанием на вход лопастного колеса.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения:
- дополнительный узел отвода имеет каналы отвода газожидкостной смеси и отсепарированного газа, выполненные в виде выправляющего лопаточного аппарата, составляющего вместе со шнеком шнековую ступень, при этом между лопастным колесом и сепарационным барабаном установлены выправляющий аппарат и дополнительное лопастное колесо;
- в расположенном на выходе сепарационного барабана узле отвода каналы отвода газожидкостной смеси и отсепарированного газа выполнены в виде выправляющего лопаточного аппарата;
- количество ступеней лабиринтно-винтового типа в диспергаторе составляет от 2 до 6 штук;
- в диспергаторе после ступеней лабиринтно-винтового типа установлены ступени центробежного или центробежно-вихревого типа в количестве от 2 до 20 штук, причем номинальная подача ступеней лабиринтно-винтового и центробежного или центробежно-вихревого типа превышает подачу погружного насоса для добычи нефти не менее чем на 25%;
- на периферии шнека, лопастных колес и сепарационного барабана расположены гильзы с винтовыми канавками на внутренней поверхности, направление нарезки которых противоположно направлению винтовой поверхности шнека, а глубина канавок нарезки составляет 1/15-1/20 от диаметра шнека, при этом на выходе из лабиринтно-винтовых ступеней установлен лопаточный выправляющий аппарат;
- перед шнеком установлены входная неподвижная решетка и конфузор.
Достигаемый технический результат заключается в значительном снижении вредного влияния свободного газа на работу насоса при добыче нефти из скважин с высоким и сверхвысоким газовым фактором.
На чертеже представлена схема газосепаратора-диспергатора погружного насоса для добычи нефти.
Газосепаратор-диспергатор погружного насоса для добычи нефти состоит из газосепаратора 1 и диспергатора 2. Газосепаратор 1 содержит установленные на валу 3 шнек 4, лопастное колесо 5, сепарационный барабан 6 с ребрами, а также расположенный на выходе сепарационного барабана 6 узел отвода 7 отсепарированного газа в затрубное пространство 8 скважины 9 и газожидкостной смеси с остаточным газосодержанием на вход диспергатора 2. Диспергатор 2 содержит ступени лабиринтно-винтового типа 10.
Газосепаратор 1 снабжен установленным на выходе шнека 4 дополнительным узлом отвода 11 отсепарированного газа в затрубное пространство 8 и газожидкостной смеси с меньшим газосодержанием на вход лопастного колеса 5.
В варианте выполнения устройства в дополнительном узле отвода 11 каналы отвода газожидкостной смеси и отсепарированного газа выполнены в виде выправляющего лопаточного аппарата 12, составляющего вместе со шнеком 4 шнековую ступень 13, при этом между лопастным колесом 5 и сепарационным барабаном 6 установлены выправляющий аппарат 14 и дополнительное лопастное колесо 15. В расположенном на выходе сепарационного барабана 6 узле отвода 7 каналы отвода газожидкостной смеси и отсепарированного газа выполнены в виде выправляющего лопаточного аппарата 16.
В одном из вариантов устройства количество ступеней лабиринтно-винтового типа 10 в диспергаторе 2 составляет от 2 до 6 штук. В диспергаторе 2 после ступеней лабиринтно-винтового типа 10 установлены ступени центробежного или центробежно-вихревого типа 17 в количестве от 2 до 20 штук, причем номинальная подача ступеней лабиринтно-винтового 10 и центробежного или центробежно-вихревого типа 17 превышает подачу погружного насоса для добычи нефти не менее чем на 25%.
В одном из вариантов технического решения на периферии шнека 4, лопастных колес 5, 15 и сепарационного барабана 6 расположены гильзы 18, 19, 20 с винтовыми канавками на внутренней поверхности, направление нарезки которых противоположно направлению винтовой поверхности шнека 4, а глубина канавок нарезки составляет 1/15-1/20 от диаметра шнека 4. При этом на выходе из лабиринтно-винтовых ступеней 10 может быть установлен лопаточный выправляющий аппарат 21, а перед шнеком 4 могут быть установлены входная неподвижная решетка 22 и конфузор 23.
Газосепаратор-диспергатор погружного насоса для добычи нефти работает следующим образом.
Погружная насосная установка, в состав которой входит газосепаратор-диспергатор погружного насоса для добычи нефти, откачивает из нефтяного пласта смесь нефти, газа и воды в скважину 9. По мере подъема продукции пласта по стволу скважины 9 давление в потоке падает, и попутный газ выделяется из нефти, что существенно увеличивает объемную долю газа в смеси.
Газожидкостная смесь из скважины 9 поступает на вход газосепаратора 1 и далее - через входную неподвижную решетку 22 и конфузор 23 в шнек 4. При прохождении через вращаемый валом 3 шнек 4 повышается давление газожидкостной смеси. Для уменьшения негативного эффекта образования обратных токов служат входная неподвижная решетка 22 - она предотвращает проникновение обратных вихрей против основного потока, и конфузор 23 - он перераспределяет поток так, что обратные токи уносятся с периферии шнека к его втулке, туда, где идет основной поток, и там рассеиваются.
Помимо этого, во вращающемся шнеке 4 при перекачке газожидкостной смеси происходит частичная сепарация газа в поле центробежных сил. После шнека 4 часть газа из области, прилегающей к втулке шнека, отводится в затрубное пространство 8 скважины 9 по дополнительному узлу отвода 11. Это повышает эффективность сепарации газа при высоких газосодержаниях смеси.
После шнека 4 закрученный поток попадает на составляющие вместе со шнеком 4 шнековую ступень 13 неподвижные профилированные решетки выправляющего лопаточного аппарата 12 дополнительного узла отвода 11 - отдельно выполненные для частично отсепарированного потока смеси и для потока, сбрасываемого в затрубное пространство 8 газа. При этом уменьшаются гидравлические потери, возникающие при попадании закрученного потока в неподвижные каналы. Поток сброса газа в результате выходит в затрубное пространство 8 без закрутки. Частично отсепарированный поток смеси подвергается меньшему перемешиванию, чем при ударном входе в каналы разделителя.
Для дальнейшего продвижения смеси в газосепараторе 1 служат лопастное колесо 5 с выправляющим аппаратом 14 и дополнительное лопастное колесо 15, которые повышают давление смеси. Кроме того, за лопастями колеса 15 происходит укрупнение части газовых пузырьков в газовые каверны.
После дополнительного лопастного колеса 15 поток смеси с газовыми пузырьками и кавернами попадает на сепарационные барабаны 6 с осевыми ребрами. Они закручивают поток и поддерживают вращение на длине для разделения газовой и жидкой фаз. В узле отвода 7 по каналам выправляющего лопаточного аппарата 16 отделенный газ сбрасывается в затрубное пространство 8, а жидкость с остаточным содержанием газа поступает к диспергатору 2.
Осуществляемая таким образом двухступенчатая сепарация позволяет увеличить степень газоотделения в газосепараторе 1 при высоких входных газосодержаниях.
При прохождении через лабиринтно-винтовые ступени 10 диспергатора 2 газожидкостная смесь с остаточным газосодержанием подвергается измельчению. Далее через лопаточный выправляющий аппарат 21 смесь идет в пакет центробежных или центробежно-вихревых ступеней 17, интенсивно диспергирующих газожидкостную смесь. Поскольку ступени диспергатора 2 имеют номинальную подачу, превышающую подачу погружного насоса для добычи нефти не менее чем на 25%, то они развивает достаточно высокое давление, сжимающее газовые пузырьки. Поэтому диспергатор 2 не только интенсивно измельчает газовые пузырьки, но и дополнительно снижает газосодержание смеси.
Это исключает возможность вредного влияния газа на работу погружного насоса. Далее мелкодисперсная смесь идет в погружной насос, который нагнетает ее по насосно-компрессорным трубам на поверхность.
Установка на периферии шнека 4, лопастных колес 5, 15 и сепарационного барабана 6 гильз 18, 19, 20 с винтовыми канавками на внутренней поверхности, направление нарезки которых противоположно направлению винтовой поверхности шнека, а глубина канавок нарезки составляет 1/15-1/20 от диаметра шнека, позволяет повысить напор устройства и эффективность работы.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет значительно снизить объемное содержание свободного газа и уменьшить размеры его пузырьков в газожидкостной смеси, поступающей на вход погружного насоса для добычи нефти.
Этим достигается эффективная защита от вредного влияния свободного газа на работу погружного оборудования в скважинах с высоким и сверхвысоким газовым фактором.