ВИХРЕВОЙ ГАЗОСЕПАРАТОР

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным газосепараторам, предназначенным для отделения газа от пластовой жидкости, и может быть применено при добыче нефти с большими значениями газового фактора и дебита.
Известен газовый сепаратор, 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 [патент №2379500 РФ, МПК Е21В 43/38, опубл. 03.03.2008]. Сепарационный узел выполнен в виде шнека с переменным шагом, лопасть которого образует с осью вращения в меридиональном сечении постоянный или монотонно уменьшающийся от входа к выходу угол а в диапазоне от 90 до 30°.
При больших значениях подачи, когда внутри газосепаратора зарождаются большие скорости потока, в длинном сепарационном шнеке описанной конструкции неизбежно возникают вихри внутри проточных каналов, приводящие к частичному перемешиванию компонентов, разделенных полем центробежных сил, и, как следствие, снижению сепарирующей способности и потере напора всего устройства. Поэтому такая конструкция газосепаратора при больших значениях подачи становится малоэффективной, что и является ее основным недостатком.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является вихревой газосепаратор производства Schlumberger [http://www.slb.eom/~/media/Files/artificial_lift/product_sheets/vortex_gas_separator_ps.pdf], включающий входной модуль с отверстиями, корпус с защитной гильзой, вращающийся вал, на который насажены осевое колесо и шнек постоянного шага с постепенным переходом его лопастей на выходе из спиральных в радиальные с сохранением
перпендикулярности между боковой поверхностью лопасти и внутренней цилиндрической поверхностью защитной гильзы, и вихревую камеру, расположенную между торцами осевого колеса и головки-разделителя, установленной на выходе. Защитная гильза размещена по всей длине шнека и вихревой камеры.
Недостатками данного газосепаратора является высокая вероятность перерезания защитной гильзы и корпуса в области расположения шнека при наличии механических примесей в добываемой жидкости, поскольку примеси в поле центробежных сил, создаваемом лопастями шнека, не встречают никаких препятствий при своем движении от центра к периферии устройства и отбрасываются прямо к гильзе. Кроме того, эффективность сепарации падает после прохождения потока газожидкостной смеси через осевое колесо, которое создает вихри и нарушает струйное течение потока, тем самым частично снижая не только достигнутый уровень сепарации, но и существенно ограничивая величину подачи, при которой устройство имеет коэффициент сепарации, обеспечивающий устойчивую работу основного насоса.
Задачей настоящей полезной модели является разработка вихревого газосепаратора с увеличенным коэффициентом сепарации, повышенной абразивной стойкостью и возможностью эффективно отделять газ при высоких значениях скорости потока.
Указанный технический результат получен за счет того, что в вихревом газосепараторе, содержащим корпус, входной модуль, вращающийся вал, шнек, заключенный в защитную гильзу, головку-разделитель, согласно полезной модели шнек имеет геликоидальную форму и выполнен с переменным шагом, при этом лопасть шнека образует с осью вращения в меридиональном сечении постоянный или монотонно уменьшающийся от входа к выходу угол в диапазоне от 90 до 30°, а вихревая камера расположена между торцами шнека и головки-разделителя.
Применение шнека геликоидальной формы в конструкции позволит снизить вероятность перерезания гильзы и корпуса газосепаратора. Действительно, вращающийся на валу шнек постоянного шага создает поле центробежных сил, в котором абразивные частицы переносятся по радиусу от центра к периферии (защитной гильзе), при этом многократное воздействие абразива на гильзу приводит к ее износу и, в дальнейшем, к перерезанию. В отличие от этого шнек геликоидальной формы предохраняет гильзу от воздействия абразивных частиц, так как его лопасти, выполненные под углом к оси вращения от 90 до 30°, являются препятствием для абразива при его движении от центра к периферии. Кроме того, переменный шаг геликоидального шнека позволяет компенсировать возможные потери напора, связанные с износом лопастей. Тем самым геликоидальный шнек, сохраняя ту же напорную способность, снижает возможность перерезания газосепаратора. Размещение вихревой камеры непосредственно после геликоидального шнека увеличивает коэффициент сепарации устройства, и диапазон подач, в котором может работать газосепаратор. Закрученный газожидкостный поток, выходя из геликоидального шнека, продолжает вращение в вихревой камере по инерции и отделение газа от жидкости продолжается. В вихревой камере не происходит срыва струйного течения, что способствует повышению коэффициента сепарации.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид с половиной разреза заявляемого устройства, а на фиг. 2 - общий вид геликоидального шнека с аналогичным разрезом.
Газосепаратор содержит цилиндрический корпус 1, входной модуль 2, геликоидальный шнек 3 со спиральной лопастью 8, насаженный на вал 7, вихревую камеру 5 и головку-разделитель 6 на выходе (фиг. 1). Геликоидальный шнек 3 выполнен с переменным шагом, его спиральная лопасть 8 образует с осью вращения в меридиональном сечении постоянный или монотонно уменьшающийся от входа к выходу угол а в диапазоне от 90 до 30 (фиг. 2). Вихревая камера 5 расположена между торцами шнека 3 и головки-разделителя 6 (фиг. 1). Геликоидальный шнек 3 окружен защитной гильзой 4, которая размещена вдоль корпуса 1 по всей длине газосепаратора между входным модулем 2 и головкой-разделителем 6. Защитная гильза 4 предохраняет корпус 1 от перерезания.
Геликоидальный шнек 3, вихревая камера 5 и защитная гильза 4 образуют сепарационный узел. Головка-разделитель 6 установлена после вихревой камеры 5 и предназначена для выброса газа в затрубное пространство. Вихревая камера 5, находящаяся выше шнека 3, представляет собой кольцевую полость между гильзой 4 и валом 7 и служит для увеличения коэффициента сепарации.
Вихревой газосепаратор работает следующим образом.
При включении установки поток газожидкостной смеси через входной модуль 2 поступает в геликоидальный шнек 3, в котором во время движения по спиральной лопасти 8 происходит повышение давления потока газожидкостной смеси и начальное разделение газовой и жидкой фаз в поле центробежных сил, создаваемом вращающимся на валу 7 шнеком 3. Затем закрученный поток газожидкостной смеси поступает в вихревую камеру 5, где по инерции продолжает двигаться по спирали с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру. После вихревой камеры 5 с помощью головки-разделителя 6 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 повысить эффективность работы газосепаратора, в том числе при высоких значениях скорости потока газожидкостной смеси.
Наклон спиральной лопасти к втулке шнека газосепаратора защищает корпус газосепаратора от перерезания абразивом, т.е. увеличивает ресурс работы и надежность конструкции в целом.