ГАЗОСЕПАРАТОР АБРАЗИВОСТОЙКИЙ

Полезная модель относится к насосостроению и может быть использована при добыче нефти с высоким содержанием газа и абразивных частиц.
Известны абразивостойкие газосепараторы, состоящие из цилиндрического корпуса и вала, на котором последовательно по направлению потока расположены винтовой шнек, лопастное колесо и сепарирующий барабан с радиальными лопастями [1].
Такие сепараторы не могут длительное время работать в абразивосодержащих жидкостях [2, 3]. Одной из причин отказа может быть гидроабразивное разрушение корпуса на входе в сепарационный барабан.
Для повышения надежности центробежных газосепараторов применяют защитное покрытие на корпусе [4] или защитную гильзу, которая имеет форму тонкостенного цилиндра и располагается между вращающимися элементами газосепаратора и корпусом [5]. Однако гидроабразивная стойкость применяемых покрытий и материалов гильз не достаточна для того, чтобы предотвратить разрушение газосепараторов, работающих длительное время.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в создание газосепаратора, способного длительное время безаварийно работать в жидкости, содержащей абразивные частицы, за счет усовершенствования конструкции сепарационного узла.
Указанный технический результат достигается тем, что газосепаратор, абразивостойкий, 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, отличается тем, что сепарационный узел выполнен в виде шнека с лопастями, наклоненными в сторону вращения, при этом лопасть расположена под углом к оси вращения, имеющим в меридиональном
сечении постоянное или монотонно убивающееся значение от входа к выходу угол в интервале от 90 до 30°.
Шнек с переменным шагом может быть размещен в цилиндрической оболочке, закрепленной на внешней поверхности лопастей.
Толщина лопасти шнека в сечении, перпендикулярном оси вращения, может быть постоянной или уменьшающейся к периферии. При этом границы поперечного сечения лопасти шнека выполнены прямолинейными.
Предпочтительно, чтобы соотношение углов между касательной к скелетной линии лопасти и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, на входе и выходе шнека было равно 1,2-4,0.
Увеличение надежности газосепаратора предлагаемой конструкции достигается благодаря применению шнека, согласованного по потоку с напорным узлом газосепаратора, на входе в сепарационный узел не создается вихревое движение жидкости, захватывающее абразивные частицы и повышающее их локальную концентрацию в месте образования вихря. Наклон лопастей способствует формирование центробежных сил, прижимающих к ним абразивные частицы, при этом силы трения, возникающие между лопастями и частицами, препятствуют перемещению последних к корпусу газосепаратора.
При применении цилиндрической оболочки, которая вращается вместе с сепарационным шнеком, жидкость, находящаяся внутри сепарационного узла, имеет малую скорость движения относительно стенок цилиндрической оболочки, поэтому малы силы взаимодействия абразивных частиц, переносимых жидкостью, со стенками цилиндрической оболочки, что предупреждает износ газосепаратора.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема расположения узлов газосепаратора, на фиг.2 - сепарационный шнек заявляемой конструкции, на фиг.3 - тот же шнек в цилиндрической оболочке, на фиг.4-5 показаны формы поперечного сечения лопасти.
Газосепаратор состоит из узла ввода, напорного, сепарационный узлов и узла отвода отсепарированного газа (фиг.1), которые насажены на вал и размещены внутри цилиндрического корпуса. В качестве сепарационного узла использован шнек 1 с переменным шагом (фиг.2, 3), состоящий из втулки 2 с винтообразными лопастями 3, к внешним сторонам которых может быть прикреплена цилиндрическая оболочка 4 (фиг.3). Лопасть 3 может иметь постоянную толщину (фиг.4) или утоньшаться к периферии (фиг.5).
Устройство работает следующим образом.
Поток газожидкостной смеси, поступающий в газосепаратор через узел ввода, проходит напорный узел и поступает в сепарационный узел, где приводится во вращение. Центробежные силы отделяют газ, который скапливается вблизи поверхности втулки 2, от жидкости и заставляют абразивные частицы двигаться в противоположном направлении. Однако лопасти 3 шнека 1 наклонены так, что частицы не могут достичь корпуса газосепаратора, не соприкоснувшись с лопастями. При контакте, центробежные силы прижимают абразивные частицы к лопастям 3, что затрудняет их перемещение к корпусу газосепаратора.
Если сепарационный узел оснащен цилиндрической оболочкой 4, которая вращается вместе с находящимся внутри ее шнеком 1, то жидкость, находящаяся внутри сепарационного узла, имеет малую скорость относительно стенок цилиндрической оболочки 4. Поэтому переносимые жидкостью абразивные частицы практически не взаимодействуют со стенками цилиндрической оболочки 4, и износа не происходит.
В отличие от традиционных газосепараторов, где сепарация осуществляется барабаном с радиальными лопастями [1], предлагаемый сепарационный узел не создает вихревого движения на входе, потому что сепарационный шнек предлагаемой конструкции согласован по направлению потока с напорным узлом газосепаратора. Отсутствие вихревого движения
препятствует захвату абразивных частиц потоком и предупреждает их локальную концентрацию, что способствует повышению надежности.
(56)Источники, принятые во внимание
1. Оборудование для добычи нефти и газа / В.Н.Ивановский, В.И.Дарищев, А.А.Сабиров. М.: ГУП Изд-во нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002. 4.1. С.449.
2. Деньгаев А.В., Дроздов А.Н., Вербицкий B.C., Маркелов Д.В. Эксплуатация скважин, оборудованных высокопроизводительными УЭЦН с газосепараторами //Бурение и нефть. 2005. №2. С.10-13.
3. Дроздов А.Н., Деньгаев А.В., Вербицкий B.C. Установки погружных насосов с газосепараторами для эксплуатации скважин с высоким газовым фактором // Территория нефтегаз. 2005. №6. С.12-20.
4. Патент №2310214 Франции, F04D 7/08, 1977.
5. Патент №5516360 США, В10D 19/00, 1996.