ВИХРЕВОЙ ГАЗОСЕПАРАТОР

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным газосепараторам, предназначенным для отделения газа от пластовой жидкости, и может быть применена при добыче нефти с большими значениями газового фактора.
Известен газожидкостный сепаратор [авт. свид-во №779573 СССР, МПК Е21В 43/34, опубл. 15.11.1980], содержащий корпус, сепарационное устройство с направляющими лопатками, расположенными между двумя торцевыми кольцевыми основаниями, и газовыпускную втулку. Сепарационное устройство выполнено в форме усеченного конуса, направляющие лопатки имеют кривизну, увеличивающуюся в направлении потока газожидкостной смеси, под сепарирующим устройством между проточкой в корпусе и газовыпускной втулкой образована полость, сообщенная посредством тангенциально расположенных и направленных под углом вверх выпускных отверстий с закорпусным пространством, а наружная поверхность газовыпускной втулки со стороны сепарирующего устройства снабжена кольцевым буртиком.
Основным недостатком описанного газосепаратора является отсутствие напорного блока в его составе, что приводит к пониженному (по отношению к входу в устройство) давлению на выпускных отверстиях, вызывает поступление газожидкостной смеси из закорпусного пространства внутрь сепаратора через выпускные отверстия и тем самым снижает его эффективность.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вихревой газосепаратор [патент №161892 РФ, МПК Е21В 43/38 опубл. 19.04.2016], 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 заметно превышает длину вихревой камеры.
Наличие в конструкции длинного шнека, вращающегося на валу, приводит к высокой потребляемой мощности. В современных условиях экономии природных ресурсов указанная особенность может расцениваться как недостаток устройства, тем более заметный при внедрении на скважины энергоэффективных насосных установок, обеспечивающих добычу нефти с минимальными затратами электроэнергии.
Задачей настоящей полезной модели является разработка энергоэффективного газосепаратора с низким значением потребляемой мощности.
Указанный технический результат получен за счет того, что в вихревом газосепараторе, содержащем корпус, входной модуль, вращающийся вал с ротором, защитную гильзу, вихревую камеру и головку-разделитель, согласно полезной модели, в качестве ротора установлено осевое рабочее колесо, состоящее из цилиндрической или конической втулки, на которой закреплены от двух до четырех лопастей, причем каждая лопасть представляет собой отрезок спирали переменного шага, совершающей не более одного оборота вокруг оси, а длина вихревой камеры превышает длину осевого колеса как минимум в 2 раза.
Применение ротора меньшей длины и массы позволяет сократить потребляемую мощность. Использование осевого колеса с малым числом спиральных лопастей и широкими проточными каналами обеспечивает устойчивую прокачку газожидкостной смеси с высокой концентрацией нерастворенного газа через устройство, т.е. создает положительный напор в широком диапазоне подач и газосодержаний. Вихревая камера предоставляет возможность первоначально закрученному осевым колесом потоку продолжить вращательное движение в безлопаточном пространстве камеры, и увеличивает время воздействия центробежной силы на газожидкостную смесь. Длина вихревой камеры подобрана таким образом, чтобы обеспечить максимальные значения коэффициента сепарации при положительном напоре. Таким образом, за счет эффекта сепарации в свободном вихре повышается коэффициент сепарации газосепаратора, наличие напорного блока в составе устройства сохраняет его эффективность (предотвращает подсос газа из затрубного пространства через выкидные отверстия), а применение короткого ротора снижает потребляемую мощность.
Сущность полезной модели поясняется чертежом общего вида энергоэффективного вихревого газосепаратора.
Энергоэффективный вихревой газосепаратор содержит входной модуль 1, цилиндрический корпус 2, осевое рабочее колесо 3, состоящее из спиральных лопастей 4 и цилиндрической либо конической втулки 5, насаженное на вал 6, вихревую камеру 7, ограниченную торцами осевого рабочего колеса 3, и головки-разделителя 8 на выходе из устройства. Каждая лопасть 4 представляет собой отрезок спирали переменного шага, совершающей не более одного оборота вокруг оси. Осевое рабочее колесо 3 и вихревая камера 7 размещены внутри защитной гильзы 9, которая расположена внутри корпуса 2 по всей длине газосепаратора между входным модулем 1 и головкой-разделителем 8. Вихревая камера 7 представляет собой кольцевую полость, ограниченную внутренней поверхностью гильзы 9 снаружи и наружной поверхностью вала 6 изнутри.
Вихревой энергоэффективный газосепаратор работает следующим образом.
При включении установки поток газожидкостной смеси через входной модуль 1 поступает в осевое рабочее колесо 3, вращающееся на валу 6, и приобретает энергию за счет закрутки лопастями 4. Спиральная форма лопастей 4 осевого рабочего колеса 3 и широкие поточные каналы позволяют избежать образования крупных вихрей, являющихся ловушками для газовых пузырьков и перекрывающих собой весь канал, что исключает возможность образования неподвижных газовых пробок и срыва подачи.
Движение потока в поле центробежных сил вращающегося колеса 3 порождает начальное разделение газовой и жидкой фаз.
Далее закрученный поток газожидкостной смеси поступает в вихревую камеру 7, где по инерции продолжает двигаться по спирали с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру. После вихревой камеры 7 с помощью головки-разделителя 8 отсепарированный газ из центра газосепаратора сбрасывается через выкидные отверстия в затрубное пространство скважины, а дегазированная жидкость с периферии подается на вход первой насосной секции.
Таким образом, использование заявляемой конструкции позволяет отсепарировать газ от жидкости при низких значениях потребляемой мощности.