КОМПРЕССИОННЫЙ ГАЗОСЕПАРАТОР ЖНШ

Полезная модель относится к насосостроению и может быть использована при добыче нефти с высоким содержанием газа и абразивных частиц.
Известны газосепараторы, предназначенные для отделения свободного газа из откачиваемой газожидкостной смеси на входе погружного центробежного насоса (Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти". М., 1999, стр.293-319). В указанном источнике широко представлены известные газосепараторы, выпускаемые как отечественными производителями, так и зарубежными фирмами. Известные газосепараторы содержат размещенные в корпусе и последовательно установленные на валу по ходу прохождения потока откачиваемой газожидкостной смеси шнек, рабочее колесо и сепараторы. При этом шнек создает напор, рабочее колесо закручивает поток газожидкостной смеси, сепараторы производят отделение газа от жидкости с последующим выводом его в затрубное пространство и подачи жидкости на прием насоса.
Для формирования напора в газосепараторе обычно используется шнек либо шнек совместно с установленным за ним спрямляющим аппаратом (Патент RU №2027912, дата подачи 28.02.1991 г., МПК6 F04D 13/10). Напор, создаваемый шнеком, является недостаточным для последующего эффективного отделения газа из газожидкостной смеси и удаления отсепарированного газа в затрубное пространство. Перечисленные недостатки приводят к снижению сепарирующих свойств газосепаратора.
В конструкциях газосепараторов, выполненных со спрямляющим аппаратом, расположенным за шнеком, обеспечивается частичное устранение указанных недостатков за счет выравнивания потока газожидкостной смеси в проточной части газосепаратора. Однако напор, формируемый шнеком и спрямляющим аппаратом, из-за конструктивных возможностей шнека не может быть создан достаточным для осуществления эффективного удаления отсепарированного газа. Даже использование лопастного рабочего колеса суперкаветирующего типа, описанное в патенте RU №2027912 не обеспечивает создания необходимого напора.
Вместе с тем известно, что на эффективность работы центробежного газосепаратора и, соответственно, на его сепарирующие свойства значительное влияние оказывает именно напор газожидкостной смеси, который необходим для преодоления сопротивлений, включая давление жидкости, на пути отвода газа после сепарации в затрубное пространство (см., например. Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов", стр.296).
Известен газосепаратор скважинного центробежного насоса RU 2274768 С2, содержащий размещенные в корпусе и последовательно установленные на валу по ходу прохождения потока газожидкостной смеси шнек, спрямляющий аппарат с неподвижными лопатками, рабочее лопастное колесо и разделитель потока, выход которого по жидкости связан с входом насоса, а выход по газу сообщен с затрубным пространством, отличающийся тем, что между шнеком и спрямляющим аппаратом установлено дополнительно осевое лопастное колесо, подвижные лопатки которого совместно с неподвижными лопатками спрямляющего аппарата образуют осевую ступень насоса, при этом лопатки рабочего лопастного колеса забандажированы внешним ободом.
Недостатком данного устройства является недостаточно эффективная работа по отделению свободного газа при большой подаче пластовой жидкости. За счет того, что рабочее колесо, которое подводит газожидкостную смесь непосредственно к сепарационной камере, не может эффективно закрутить поток газожидкостной смеси. Густота лопастной решетки недостаточна. При попытке увеличить число лопастей проточная часть будет перекрыта газовыми кавернами.
Известен газосепаратор [RU 2363842 С1], 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, сепарационный узел выполнен в виде шнека с лопастями, наклоненными в сторону вращения, при этом лопасть расположена под углом к оси вращения.
Недостатками вышеуказанного оборудования являются то, что при закупоривании отверстий модульной секции УЭЦН происходит перераспределение потока газожидкостной эмульсии (ГЖЭ), механические примеси с ГЖЭ попадают через газоотводные отверстия газосепаратора во внутреннюю полость и далее на прием насоса. Как следствие происходит засорение УЭЦН механическими примесями и заклинивание валов УЭЦН. В дальнейшем рабочие органы УЭЦН разрушаются.
Также недостатком газосепараторов является низкая эффективность подготовки ГЖЭ к отделению свободного газа. Наличие одной кавитирующей ступени для этого недостаточно.
Изобретение направлено на повышение надежности работы газосепаратора, повышение сепарирующих свойств. Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в создание комрессионного газосепаратора ЖНШ (где Ж-Жеребцов, Н-Нагиев, Ш-Шатский), способного длительное время безаварийно работать в жидкости, содержащей абразивные частицы, с высокими сепарирующими свойствами.
Указанный технический результат достигается тем, что компрессионный газосепаратор ЖНШ, содержащий цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, сепарационный узел, узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, согласно изобретению, в узле ввода расположена подготовительная газоотделительная камера, состоящая из последовательно расположенных кавитирующих колес, с находящимся между ними подпружиненным компрессионным рабочим колесом, имеющим возможность осевого перемещения, при этом в узле отвода отсепарированного газа расположены клиновидные окна-отверстия, защищенные фильтрующим элементом, на входе в сепарационный барабан установлено бустерное мультифазное рабочее колесо, конструкция которого содержит лопасти, установленные на втулке, ступицу, установленную на валу, между ступицей и втулкой установлен диск, в котором изготовлено, по крайней мере, одно отверстие.
Кроме того во втулке бустерного мультифазного рабочего колеса, между парой лопастей изготовлено, по крайней мере, одно сквозное отверстие.
Кроме того на входе в газосепаратор установлен фильтр механических примесей ЖНШ.
Кроме того на выходе газосепаратора установлена камера мелкодисперсного перемешивания, которая содержит последовательно расположенные в обойме винты большого (первичная диспергирующая камера) и малого (вторичная диспергирующая камера) объемов
Проблема засорения газоотводных отверстий решается применением защитного фильтроэлемента и клиновидных окон-отверстий для отвода газа.
Увеличение надежности газосепаратора предлагаемой конструкции и решение вопроса увеличения эффективности подготовки ГЖЭ к отделению свободного газа достигается благодаря введению в конструкцию камеры подготовки к газоотделению состоящую из последовательно расположенных компрессионных кавитирующих колес, подпружинного узла компрессионного рабочего колеса с камерой разрежения.
Бустерное мультифазное рабочее колесо позволяет эффективно подводить газожидкостную смесь к сепарационному барабану без диспергирования за счет того, что имеет достаточную густоту лопастной решетки. В конструкции колеса использован эффективный способ предотвращения акустического запирания потока газожидкостной смеси в лопастной решетке путем сепарирования фаз за счет вращения многофазного потока, и удаления отсепарированной газовой фазы к ступице.
Газовая фаза удаляется более эффективно при наличии сквозных радиальных отверстий во втулке колеса.
Фильтр механических примесей ЖНШ, установленный на входе в газосепаратор, позволяет эффективно устранять попадание механических примесей на входе в насос и газосепаратор. Увеличить ресурс работы установки при наличии в пластовой жидкости повышенной концентрации механических примесей.
Камера мелкодисперсного перемешивания, которая содержит последовательно расположенные в обойме винты большого (первичная диспергирующая камера) и малого (вторичная диспергирующая камера) объемов установленная на выходе из газосепаратора позволяет эффективно диспергировать не удаленный свободный газ и тем самым увеличить энергетические характеристики центробежного насоса повысить его надежность.
Улучшение эффекта миксирования и скорости газожидкостного потока в диспергаторе происходит за счет изменения в камере мелкодисперсного перемешивания, которая представляет из себя первичную диспергирующую камеру с расположением в обойме винтов большого объема и вторичную диспергирующую камеру с расположением в обойме винтов малого объема.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид газосепаратора. На фиг.2 представлены узел ввода, сепарационный узел, разделитель. На фиг.3 изображено бустерное мультифазное рабочее колесо, вид в изометрии.
Компрессионный газосепаратор состоит из вала 1, основания 2, шнека 3, компрессионных кавитирующих колес 4 и 6, камеры разряжения и стабилизации с подпружиненным компрессионным рабочим колесом 5, сепарационного узла 7, разделителя потока 8, клиновидных окон-отверстий 9, фильтрующего элемента 10, камеры мелкодисперсного перемешивания, которая состоит из первичной диспергирующей камеры 11 и вторичной диспергирующей камеры 12. В состав газосепаратора входит головка 13, бустерное мультифазное рабочее колесо 14 установлено на валу 1 в корпусе 15. Конструкция бустерного мультифазного рабочего колеса 14 содержит ступицу 16, диск 17 с отверстиями 18, втулку 19 с лопастями 20 и сквозными отверстиями 21. Сепарационный барабан 22 установлено на валу 1 в корпусе 15.
Устройство работает следующим образом. Газо-жидкостная эмульсия (ГЖЭ) через приемное устройство УЭЦН попадает на шнек 3, затем поступательно двигающееся ГЖЭ подает в подготовительную камеру с подпружиненным компрессионным рабочим колесом 5, проходя через компрессионное кавитирующее колесо 4, где происходит укрупнение пузырьков. В дальнейшем кавитирующее колесо 6 изменяет направление движения ГЖЭ.
Бустерное мультифазное рабочее колесо 14 позволяет эффективно подводить газожидкостную смесь к сепараторам 7 за счет того, что лопасти 20 имеют достаточную густоту лопастной решетки. В конструкции колеса 14 использован эффективный способ предотвращения акустического запирания потока газожидкостной смеси в лопастной решетке путем сепарирования фаз за счет вращения многофазного потока, и удаления отсепарированной газовой фазы к ступице 16 через сквозные радиальные отверстия 21 во втулке колеса 19. Отсепарированный газ поступает в сепараторы 7 через отверстия 18 в диске 17.
Газожидкостная эмульсия, поднимаясь вдоль вращающихся сепарационных барабанов 22, освобождается от газа через разделитель потока 8. Освобожденный газ выводится через клиновидные окна-отверстия 9, защищенные фильтрующим элементом 10. Далее частично сепарированная неоднородная ГЖЭ направляется в первичную диспергирующую камеру 11 увеличенного объема миксирования, где происходит сжатие неоднородных пузырьков газа. Затем попадая во вторичную камеру 12 происходит окончательное миксирование ГЖЭ до однородного состояния. Подготовленная, сепарированная и миксированная ГЖЭ попадает на прием насоса УЭЦН.