ГАЗОСЕПАРАТОР

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным газосепараторам, предназначенным для отделения попутного газа от пластовой жидкости, и может быть использована для отбора пластовой жидкости при добыче нефти с большими значениями газового фактора посредством установок электроцентробежного насоса.
Работа газосепаратора основана на использовании центробежных сил, по разному воздействующих на имеющие различные плотности компоненты пластовой жидкости, а именно, нефть, воду и газ.
Известен газосепаратор, содержащий корпус с выполненными в нем отверстиями для подвода газожидкостной смеси и для вывода отсепарированного газа и каналы для передачи дегазированной жидкости в рабочие ступени насоса, а также установленные внутри корпуса вал, винтовой шнек, сепарирующий узел (патент RU 2243416 С1, Е21В 43/38, опубл. 27.12.2004 Бюл. №36). Однако подобное устройство работает недостаточно надежно.
Известен газосепаратор, содержащий корпус с отверстиями для подвода газожидкостной смеси и каналами для подачи дегазированной жидкости в насос и отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, напорную вихревую ступень и завихритель, состоящий из лопастного колеса и направляющего аппарата (А.А. Богданов. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти, - М.: Недра, 1968 г., с. 80-82, рис. 64). Данному газосепаратору присуща низкая эффективность сепарации газожидкостной смеси, особенно, с высоким содержанием попутного газа.
Известен газожидкостный сепаратор, включающий корпус, сепарационное устройство с направляющими лопатками, расположенными между двумя торцовыми кольцевыми основаниями, и газовыпускную втулку (а.с. СССР №779573 А1, Е21В 43/44, опубл. 15.11.1980). Однако указанный сепаратор обладает низкой эффективностью вследствие поступления газожидкостной смеси из закорпусного пространства внутрь сепаратора через выпускные отверстия из-за пониженного (по отношению ко входу в устройство) давления на выпускных отверстиях.
Известен вихревой газосепаратор, содержащий корпус, входной модуль, вращающийся вал, заключенный в защитную гильзу длинный геликоидальный шнек, головку-разделитель и вихревую камеру, сформированную между торцами шнека и головки-разделителя, причем длина геликоидального шнека значительно превышает длину вихревой камеры (патент RU 161892 U1, Е21В 43/38, опубл. 19.04.2016, Бюл. №11). Данный вихревой газосепаратор обладает низким коэффициентом полезного действия, особенно заметным при его использовании на скважинах с энергоэффективными насосными установками. Кроме того, при увеличении загазованности пластовой жидкости, а также при включении в нее посторонних механических примесей заметно снижается срок эксплуатации газосепаратора.
Известен вихревой газосепаратор, содержащий корпус, входной модуль, вращающийся вал со шнеком, вихревую камеру и головку-разделитель, которая содержит газоуловитель в виде, как минимум, двух, имеющих общую продольную ось, жестко соединенных друг с другом, втулок разного диаметра, при этом на окружной поверхности втулки меньшего диаметра расположено, как минимум, одно отверстие, торцовая поверхность втулки большего диаметра, выполненная со стороны втулки меньшего диаметра и соединяющая их окружные поверхности, содержит, по меньшей мере, одно отверстие (патент RU 186850 U1, Е21В 43/38, опубл. 06.02.2019, Бюл. №4). Однако газосепаратор обладает низкой надежностью, трудоемок в изготовлении, так как для достижения жесткого соединения втулок между собой с использованием соответствующих полей допусков требуется высокая точность обработки деталей с производством дополнительных контрольных операций.
Указанный газосепаратор по основным существенным признакам, назначению и достигаемому результату является наиболее близким к заявляемому техническому решению и принят за прототип.
Перед полезной моделью была поставлена задача повышения упрощения конструкции и обеспечении технологичности изготовления газосепаратора, повышения надежности и, как следствие, увеличения срока эксплуатации.
Общие существенные признаки технического решения, используемого в прототипе, и заявляемого технического решения характеризуются наличием в газосепараторе корпуса, входного модуля, вращающегося вала со шнеком, вихревой камеры и головки-разделителя с газоуловителем в виде, имеющих общую продольную ось втулок разного диаметра, на наружной поверхности втулки меньшего диаметра расположено, как минимум, одно отверстие, торцовая поверхность втулки большего наружного диаметра со стороны втулки меньшего диаметра содержит, по меньшей мере, одно отверстие.
Технический результат полезной модели заключается в упрощении конструкции и обеспечении технологичности изготовления газосепаратора, повышения надежности и, как следствие, увеличении срока эксплуатации.
Технический результат достигается за счет того, что в газосепараторе, содержащим корпус, входной модуль, вращающийся вал со шнеком, вихревую камеру и головку-разделитель с газоуловителем в виде имеющих общую продольную ось втулок разного диаметра, на наружной поверхности втулки меньшего диаметра расположено, как минимум, одно отверстие, торцовая поверхность втулки большего наружного диаметра со стороны втулки меньшего диаметра содержит, по меньшей мере, одно отверстие, втулки выполнены как одно целое.
На фиг. 1 условно изображен газосепаратор; на фиг. 2 - газоуловитель.
Газоуловитель содержит цилиндрический корпус 1, входной модуль 2, вращающийся вал 3 со шнеком 4, вихревую камеру 5 и головку-разделитель 6.
Газоуловитель 7 включает втулки 8, 9 и 10 с наружными диаметрами D1, D2, D3, соответственно. При этом D1>D2>D3. На торцовой поверхности втулки 8 расположены отверстия 11. На окружной поверхности втулки 9 выполнены отверстия 12. На окружной поверхности втулки 10 расположены отверстия 13. Сплошными стрелками показано направление потока пластовой жидкости в газосепаратор, пунктирными - направление движения отсепарированных газов в затрубное паространство.
Газосепаратор работает следующим образом.
Газоуловитель 7 в виде втулок 8, 9 и 10, составляющих одно целое и изготовленных металлообработкой на станочном оборудовании из одной заготовки без проведения сборочных операций, закрепляют в корпусе 1 газосепаратора. Газосепаратор в составе установки электроцентробежного насоса (не показана) опускают в скважину. После запуска электродвигателя установки электроцентробежного насоса и начала вращения вала 3 со шнеком 4, предназначенным для перемещения пластовой жидкости из нефтяного пласта, к газосепаратору начинает поступать пластовая жидкость в виде газожидкостной смеси. Поток газожидкостной смеси через входной модуль 2 поступает в область вращающегося вала 3, где за счет центробежных сил нефть отбрасывается на стенки корпуса 1, а газ, как более легкий, сосредотачивается в его центральной части. Движение потока в поле центробежных сил вращающегося вала 3 способствует возникновению вблизи его пониженного давления, следствием чего является начальное разделение газовой и жидкой фаз.
За счет напора, создаваемого электроцентробежным насосом установки электроцентробежного насоса, газожидкостная смесь поступает в вихревую камеру 5, сформированную между торцами шнека 4 и головки-разделителя 6. В вихревой камере 5 закрученный поток газожидкостной смеси по инерции продолжает двигаться по спирали с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру.
Далее в головке-разделителе 6 с газоуловителем 7 под действием центробежных сил газ продолжает отделяться от жидкости, которая отбрасывается к периферии.
Наличие в головке-разделителе 6 двух групп противоположно-наклонных каналов (не показаны) обеспечивает выпуск газов в затрубное пространство и отсепарированной (дегазированной) жидкости в установку электроцентробежного насоса на вход первой насосной секции (не показана).
Расположение отверстий 12, 13 на окружных поверхностях втулок 9 и 10 и отверстий 11 на торцовой поверхности втулки 8 со стороны втулки 9 при вращении газожидкостной смеси приводит к созданию в центральной части головки-разделителя 6 пониженного давления.
Снижение давления в центральной части головки-разделителя 6 создает дополнительное сопротивление для входа газа в электроцентробежный насос и уменьшает вероятность повторного смешивания отсепарированного газа с потоком жидкости за головкой-разделителем 6 (на входе в насос), что особенно важно при увеличении отбора жидкости насосом или увеличении газосодержания на входе в установку электроцентробежного насоса.
Сепарация газожидкостной смеси, когда часть ее сбрасывается в обсадную колонну, а остальная поступает в электроцентробежный насос, осуществляется традиционным способом.
Замена трех сборочных единиц в виде втулок 8, 9, 10 газоуловителя 7, входящего в состав газосепаратора 6, на одну сборочную единицу, выполненную из одной заготовки, упрощает конструкцию газосепаратора, обеспечивает технологичность его изготовления, уменьшает вероятность выхода газосепаратора из строя, повышает его надежность и увеличивает срок эксплуатации.
Заявляемая полезная модель обеспечивает технический результат, объективно проявляющий себя как при изготовлении, так и при использовании полезной модели.
Таким образом, признаки изложенной совокупности существенных признаков взаимосвязаны, находятся в причинно-следственной связи с техническим результатом и являются необходимыми и достаточными для его достижения.
Предлагаемое техническое решение обладает новизной, промышленно применимо.