ГАЗОСЕПАРАТОР-ДИСПЕРГАТОР ДЛЯ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающему оборудованию и может быть использована при добыче нефтесодержащей пластовой жидкости из скважины с высоким газовым фактором с помощью погружного центробежного электронасоса (ЭЦН).
Известна погружная насосная установка (патент РФ №2232301, F04D 13/10, Е21В 43/38, дата публикации 2004.07.10), включающая газосепаратор и диспергатор, выполненные в виде единого модуля, в котором роторы ступеней диспергатора установлены на валу газосепаратора, при этом газосепаратор содержит установленные на валу кавернообразующее колесо и сепарационный барабан с ребрами, число которых равно или кратно числу лопастей кавернообразующего колеса, при этом выходные кромки лопастей кавернообразующего колеса расположены на осевом расстоянии от входных кромок ребер сепарационного барабана, составляющем от 0, 05 до 0, 25 наружного диаметра сепарационного барабана, а диспергатор выполнен в виде не менее двух ступеней, содержащих статоры-втулки и роторы, расположенные внутри статоров-втулок, причем на поверхностях сопряжения статоров-втулок и роторов выполнены выступы и впадины.
Недостатками известного газосепаратора-диспергатора погружной насосной установки являются:
- сложность устройства в виду его больших габаритов, в частности длины, из-за выполнения ступеней диспергатора больше двух для дробления пузырьков газа, присутствующих в жидкости;
- большое количество ступеней диспергатора приводит к повышению гидравлического сопротивления жидкости, что снижает коэффициент полезного действия устройства.
Известен газосепаратор-диспергатор погружного насоса для добычи нефти (патент РФ №2523943, F04D 13/10, дата публикации 2014.07.27), взятый в качестве прототипа, 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, а газосепаратор снабжен установленным на выходе шнека дополнительным узлом отвода отсепарированного газа в затрубное пространство и газожидкостной смеси с меньшим газосодержанием на вход лопастного колеса.
Недостатками известного газосепаратора-диспергатора являются:
- диспергатор содержит разное количество ступеней лабиринтно-винтового типа от 2 до 6 и разное количество ступеней центробежного или центробежно-вихревого типа от 2 до 20, при этом номинальная подача ступеней лабиринтно-винтового типа и ступеней центробежного или центробежно-вихревого типа превышает подачу погружного насоса для добычи нефти не менее чем на 25%, что увеличивает массогабаритную характеристику, повышает количество исполнений газосепаратора-диспергатора в зависимости от количества установленных ступеней диспергатора;
- большое гидравлическое сопротивление при применении большого количества лабиринтно-винтовых ступеней диспергатора снижает коэффициент полезного действия газосепаратора-диспергатора;
- сложность конструкции, обусловленная снабжением газосепаратора установленным на выходе шнека дополнительным узлом отвода отсепарированного газа в затрубное пространство и газожидкостной смеси с меньшим газосодержанием на вход лопастного колеса. Усложнение устройства снижает его эксплуатационную надежность.
Задача полезной модели - разработка газосепаратора-диспергатора для погружного центробежного электронасоса ЭЦН, обеспечивающего повышенную эксплуатационную надежность устройства с сохранением заданных режимов и условий применения при работе в широком диапазоне подач.
Технический результат, получаемый в результате решения задачи, состоит в уменьшении массогабаритных характеристик газосепаратора-диспергатора, в частности длины.
Технический результат достигается тем, что газосепаратор-диспергатор погружного насоса для добычи нефти, состоящий из установленных на одном валу рабочих органов 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, согласно полезной модели снабжен основанием с центральным отверстием для прохода пластовой жидкости и головкой с центральным отверстием для выхода газожидкостной смеси, при этом диспергатор со стороны входа газожидкостной смеси содержит установленный на валу шнек, а со стороны выхода потока содержит рассекатель, выполненный в виде решетки, установленной неподвижно в головке, при этом между шнеком и рассекателем на валу установлено лопастное колесо со сквозными отверстиями на лопастях для измельчения пузырьков газа, присутствующих в жидкости, а головка снабжена камерой для гомогенизации газожидкостной смеси.
Предложенное техническое решение позволяет уменьшить массогабаритные характеристики газосепаратора - диспергатора, в частности длину устройства, позволяет создать компактное законченное изделие с сохранением заданных режимов и условий применения, что в целом повышает эксплуатационную надежность газосепаратора - диспергатора.
Сравнение заявленного решения с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники показывает, что изложенная совокупность признаков не известна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о его соответствии критерию полезной модели «новизна».
Соответствие заявленной полезной модели критерию «промышленная применимость» показано на примере конкретного выполнения газосепаратора-диспергатора для погружного центробежного электронасоса.
На чертеже приведен общий вид газосепаратора-диспергатора для погружного центробежного электронасоса ЭЦН.
Газосепаратор-диспергатор для погружного центробежного электронасоса ЭЦН содержит установленные на одном валу 1 газосепаратор 2 и диспергатор 3, соответственно корпуса 4 и 5 которых соединены посредством узла 6 отвода отсепарированного газа в затрубное пространство. Газосепаратор-диспергатор содержит основание 7 с центральным отверстием 8 для прохода пластовой жидкости и головку 9 с центральным отверстием 10 для выхода газожидкостной смеси. Вал 1 установлен в устройстве с помощью подшипниковых опор 11, 12, 13, 14.
В корпусе 4 газосепаратора 2 на валу 1 установлены шнек 15, лопастное колесо 16, сепарационный барабан 17, узел 6 отвода отсепарированного газа в затрубное пространство через канал 18 и газожидкостной смеси с меньшим газосодержанием через канал 19 на вход диспергатора 3.
В корпусе 5 диспергатора 3 на валу 1 установлены элементы для диспергации газожидкостной смеси: шнек 20, лопастное колесо 21 со сквозными отверстиями 22 для дробления газовых пузырьков, камера смешивания 23, рассекатель, выполненный в виде решетки 24, установленной неподвижно в головке 9, например, с помощью винтов (не показано).
Для защиты корпуса 4 от гидроабразивного износа на периферии шнека 15 установлена гильза 25, а на периферии лопастного колеса 16 и сепарационного барабана 17 установлена гильза 26. В корпусе 5 диспергатора 3 на периферии шнека 20 и лопастного колеса 21 установлена гильза 27 для защиты корпуса 5 от гидроабразивного износа.
Гильзы 25, 26 и 27 защищены с торцев уплотнителями, выполненными в виде упругих резиновых колец 28, которые обеспечивают устранение осевых зазоров, уплотнение стыков в местах соединения деталей в цепи головка - гильза - узел отвода газа - гильза-промежуточная опора - гильза -нижняя опора, основание и исключают возможные провороты гильз 25,26 и 27 в корпусах 4 и 5 под действием вращающегося потока газожидкостной смеси.
Подшипниковые опоры 11, 12, 13, 14 и головка 9 снабжены каналами для пропуска подаваемой жидкости.
Газосепаратор-диспергатор для погружного центробежного электронасоса работает следующим образом.
Пластовая жидкость (смеси нефти, попутной воды и нефтяного газа) поступает в газосепаратор 2 через входное центральное отверстие 8 основания 7, каналы подшипниковой опоры 14 и поступает на шнек 15, который создает напор для подъема жидкости. Далее жидкость проходит через каналы промежуточной подшипниковой опоры 13 и попадает на лопасти колеса 16, при вращении которого образуются укрупненные пузырьки газа в жидкости. В сепарационном барабане 17 за счет центробежных сил происходит отделение пузырьков газа от жидкости, при этом газ располагается ближе к центру вращения вала 1 и по каналам 18 выходит в затрубное пространство скважины, а жидкость концентрируется на периферии сепаратора 17, и по пропускным каналам 19 узла 6 отвода газа газожидкостная смесь с меньшим газосодержанием поступает на прием диспергатора 3, поступает на шнек 20, который создает напор для подъема газожидкостной смеси. Далее газожидкостная смесь попадает на лопасти колеса 21, при вращении которого происходит турбулизация потока, дробление пузырьков газа о края отверстий 22, выполненных в лопастях колеса 21. Образующиеся на сходе с лопастей колеса 21 укрупненные пузырьки газа в жидкости при дальнейшем вращательно-поступательном движении дробятся о края отверстий неподвижно установленной в головке 9 решетки 24. Далее газожидкостная смесь поступает в камеру смешивания 23, в которой происходит окончательное перемешивание пузырьков газа и жидкости, с образованием мелкодиспергированной и гомогенизированной эмульсии. Далее газожидкостная смесь выходит через центральное отверстие 10 головки 9 из газосепаратора - диспергатора и поступает на прием насоса ЭЦН, который подает ее по насосно-компрессорным трубам на поверхность.