ГАЗОСЕПАРАТОР 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).
Известен газосепаратор скважинного центробежного насоса (патент РФ №2027912, FO4D 13/10, дата публикации 1995.01.27), содержащий размещенные в корпусе последовательно по ходу потока скважинной жидкости лопастное колесо, установленное на валу, и центробежный разделитель, выход которого по газу сообщен с затрубным пространством, а выход по жидкости - с входом насоса, лопастное колесо выполнено суперкавитирующего типа и служит средством для укрупнения пузырьков свободного газа.
Недостатками известного газосепаратора являются возможность повреждения (перерезания) корпуса газосепаратора подаваемой пластовой жидкостью, на участке центробежный разделитель - лопастное колесо, где осуществляется непосредственный контакт жидкости и абразивных частиц, отжимаемых центробежными силами к стенке корпуса, возникающих при вращении совместно с валом, колесом и центробежным разделителем. Все это вызывает эрозионный износ внутренней поверхности стенки корпуса, вплоть до ее разрушения и «полета» нижерасположенного оборудования на забой скважины, что ведет к отказу устройства в работе, остановке процесса добычи жидкости и подъему из скважины погружной насосной установки.
Известен газосепаратор погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти (патент РФ №84480, F04D 13/10, дата публикации 10.07.2009), взятый в качестве прототипа, содержащий корпус, головку, основание с отверстиями для входа жидкости, расположенными под углом к основной оси, вал с размещенными на нем рабочими органами: шнеком, рабочими колесами и сепаратором. В корпусе размещены защитные гильзы, промежуточная опора вала и компенсатор, предназначенный для закрепления гильзы без возможного осевого перемещения, выполненный из упругого материала, обладающего повышенной стойкостью к гидрообразивному износу.
Недостатками известного газосепаратора являются:
- выполнение компенсатора из упругого материала в виде кольца с прямоугольной в поперечном сечении боковой стенкой, образующей часть внутренней поверхности газосепаратора, контактирующей с перекачиваемой средой, приводит к его гидрообразивному износу, набуханию, выдавливанию с потерей упругости, а также к разъеданию, например, хлорсодержащими веществами вплоть до растворения компенсатора и уноса потоком частиц на прием насоса ЭЦН. При работе в скважинах, например, с температурой перекачиваемой среды выше 80 градусов, происходит снижение химической устойчивости материала компенсатора - модифицированного полиуретана на основе форполимера, что приводит к разрушению компенсатора и отказу работы газосепаратора;
- при длительном нахождении в нагруженном упруго-деформированном состоянии, материал компенсирующего кольца в виду свойства ползучести эластомеров, имеющий слабую объемную сжимаемость, будет с течением времени перераспределяться в направлении свободном для перемещения, то есть к валу. При этом упругое усилие, передаваемое на защитную гильзу, уменьшится, что может привести к проворачиванию гильзы в корпусе и снижению надежности устройства;
- размещение компенсатора в одном месте между гильзой и головкой не защищает зазоры торцов защитных гильз с промежуточной опорой и основанием, неизбежные при изготовлении деталей с определенной точностью от контакта с вращающейся жидкостью и находящимися в ней абразивными частицами. В данные зазоры неизбежно поступление пластовой жидкости, что приведет к гидрообразивному износу деталей и снизит наработку на отказ известного устройства;
- размещение нижней подшипниковой опоры вала в основании газосепаратора усложняет конструкцию основания;
- выполнение входных отверстий в основании газосепаратора под углом к основной оси усложняет конструкцию основания, повышает трудоемкость его изготовления, снижает прочность конструкции, а также увеличивает диаметры отверстий в процессе эксплуатации ввиду износа проточного канала абразивными частицами, присутствующими в пластовой жидкости, что снижает надежность устройства в целом.
Задача полезной модели - разработка конструкции простого газосепаратора для погружного центробежного электронасоса ЭЦН, обеспечивающего повышенную эксплуатационную надежность.
Технический результат, получаемый в результате решения задачи, состоит в упрощении устройства, повышении эксплуатационной надежности газосепаратора.
Технический результат достигается тем, что в газосепараторе для погружного центробежного электронасоса, содержащем корпус, головку, основание с отверстием для входа жидкости, вал с расположенными на нем рабочими органами, опоры вала, гильзу для защиты корпуса от гидроабразивного износа, компенсатор для устранения осевых зазоров стыкуемых деталей, согласно полезной модели, компенсатор выполнен в виде упругих колец, установленных в закрытых от перекачиваемой среды посадочных местах соединения гильзы с головкой, промежуточной и нижней опорами вала, а также между основанием и нижней опорой вала, установленной в корпусе, при этом отверстие для входа жидкости выполнено центральным.
Технический результат достигается тем, что упругие кольца, находящиеся в замкнутых посадочных местах, не подвержены гидроабразивному износу абразивными частицами, находящимися во вращающемся потоке пластовой жидкости, а также не подвержены разрушению от химического воздействия агрессивных веществ, что обеспечивает повышенную надежность устройства.
Находясь в нагруженном упруго-деформированном состоянии, материал кольца, например, резина, имеющий слабую объемную сжимаемость, равномерно перераспределяется в местах соединения деталей, создавая при этом необходимое прижимное усилие с высоким коэффициентом трения в паре резина - металл, препятствуя провороту соединяемых деталей относительно корпуса, обеспечивая герметизацию всех зазоров, что повышает надежность работы газосепаратора.
Для работы газосепаратора в условиях повышенных температур возможно применение марок резин, удовлетворяющих данному требованию.
Технический результат достигается тем, что нижняя опора вала размещена в корпусе газосепаратора, что позволяет упростить конструкцию основания, по сравнению с прототипом, а также компенсировать осевые зазоры в цепочке гильза - нижняя опора - основание, обеспечить центрирование нижней опоры вала относительно корпуса, что снизит уровень вибрации вала при работе, повысит надежность устройства.
Технический результат достигается также тем, что входной канал для жидкости выполнен в основании в виде центрального отверстия, что уменьшает длину основания и газосепаратора в целом.
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 для погружного центробежного электронасоса.
На чертеже приведен общий вид газосепаратора для погружного центробежного электронасоса ЭЦН.
Газосепаратор содержит корпус 1, основание 2 с центральным отверстием 3 для прохода пластовой жидкости, головку 4 с разделителем потока 5, вал 6 с расположенными на нем рабочими органами: шнеком 7, лопастным колесом 8 и сепаратором 9. Вал 6 установлен с возможностью вращения в верхней подшипниковой опоре 10, размещенной в разделителе потока 5, промежуточной и нижней подшипниковых опорах 11 и 12 соответственно, установленных в корпусе 1. Подшипниковые опоры снабжены каналами для пропуска подаваемой жидкости.
Разделитель потока 5 снабжен каналами 13 для отвода газа в затрубное пространство скважины и каналами 14 для подачи дегазированной жидкости на прием насоса ЭЦН.
В корпусе 1 размещены защитные гильзы 15 и 16, компенсирующие кольца 17. Кольца 17 установлены в закрытых, посадочных местах соединения гильз 15 и 16 с головкой 4, промежуточной и нижней подшипниковыми опорами 11 и 12, а также между нижней подшипниковой опорой 12 и основанием 2. Компенсатор, выполненный в виде колец 17, обеспечивает устранение осевых зазоров в цепи головка - гильза - промежуточная опора - гильза - нижняя опора, основание. За счет упругих свойств колец 17, выполненных, например, из резины, обеспечивается не только устранение зазоров, но и уплотнение стыков в местах соединения деталей, что исключает внутренние перетечки перекачиваемой среды.
Газосепаратор работает следующим образом.
Пластовая жидкость (смеси нефти, попутной воды и нефтяного газа) поступает в газосепаратор через входное центральное отверстие 3 основания 2, пропускные отверстия (не показаны) подшипниковой опоры 12 и поступает на шнек 7, который создает напор для подъема жидкости. Далее жидкость проходит через пропускные отверстия подшипниковой опоры 11 и попадает на лопасти колеса 8, при вращении которого образуются укрупненные пузырьки газа в жидкости. В сепараторе 9 за счет центробежных сил происходит отделение пузырьков газа от жидкости, при этом жидкость концентрируется на периферии сепаратора, а газ располагается ближе к центру вращения вала 6. Далее по пропускным каналам 14 разделителя потока 5 дегазированная жидкость поступает на прием насоса ЭЦН, газ по каналам 13 выходит в затрубное пространство скважины.