СКВАЖИННЫЙ 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 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 E21B 43/38, опубл. 03.03.2008]. Сепарационный узел выполнен в виде шнека с переменным шагом, лопасть которого образует с осью вращения в меридианальном сечении постоянный или монотонно уменьшающийся от входа к выходу угол в диапазоне от 90 до 30°, при этом лопасть шнека в сечении, перпендикулярном оси вращения, выполнена с утоньшением к периферии.
Недостаток этой конструкции состоит в том, что рабочий диапазон подач газосепаратора, в котором происходит эффективное отделение газа от жидкости, не перекрывает все рабочие диапазоны подач насосов этого габарита. Указанная конструкция работоспособна только на малых и средних дебитах. При достижении высоких значений подачи напор, создаваемый устройством, принимает отрицательные значения, что способствует подсосу отсепарированного газа основным насосом через выкидные отверстия и снижению сепарирующей способности устройства.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является скважинный вихревой газосепаратор производства Schlumberger (eets/vortex_gas_separator_ps.pdf), включающий входной модуль с отверстиями, корпус с защитной гильзой, вращающийся вал, на котором насажены шнек и осевое колесо, последнее размещено после шнека, вихревая камера, выполненная между осевым колесом и разделительным устройством, установленным на выходе сепаратора. Защитная гильза размещена на всей длине шнека.
Недостатками данного газосепаратора является высокая вероятность перерезания корпуса в области расположения шнека при наличии механических примесей в добываемой жидкости, отбрасываемых центробежными силами к стенкам защитной гильзы. Кроме этого лопасти шнека выполнены с увеличивающимся углом выхода относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения, что может быть причиной образования вихрей на выходе из шнека и разрушения достигнутого уровня сепарации.
Задачей настоящей полезной модели является разработка вихревого газосепаратора с увеличенным коэффициентом сепарации и повышенной абразивной стойкостью, способного развивать положительный напор.
Указанный технический результат достигается за счет того, что скважинный вихревой газосепаратор, включающий в себя корпус с защитной гильзой, входной модуль, вал, шнек, осевое колесо, расположенное после шнека, разделительное устройство, вихревую камеру, выполненную между осевым колесом и разделительным устройством, отличается тем, что он дополнительно снабжен рабочим осевым колесом и направляющим аппаратом, установленными на валу перед шнеком, шнек запрессован в защитную гильзу и выполнен с центральным отверстием, через которое пропущен вал, а отношение длины вихревой камеры к длине стационарного шнека составляет от 0,2 до 1,0.
Для защиты корпуса от перерезания абразивными частицами, целесообразно, чтобы защитная гильза охватывала газосепаратор от выхода из направляющего аппарата до разделительного устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. представлен общий вид заявляемого устройства.
Газосепаратор содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого закреплена защитная гильза 6, входной модуль 2, осевое рабочее колесо 3 и направляющий аппарата 4, насаженные на вращающийся вал 10 и образующие напорную ступень, стационарный шнек 5, осевое колесо 7, вихревую камеру 9 и разделительное устройство 8 для выброса газа в затрубное пространство. Стационарный шнек 5 жестко запрессован в защитную гильзу 6, закрепленную на корпусе 1. Внутри шнека 5 выполнено центральное отверстие, через которое проходит вращающийся вал 10, при этом диаметр центрального отверстия больше диаметра вала 10. Защитная гильза 6, предохраняющая корпус 1 от перерезания, размещена между направляющим аппаратом 4 и разделительным устройством 8. Осевое колесо 7 расположено после шнека 5 непосредственно перед вихревой камерой 9 и предназначено для дополнительной закрутки потока и повышения давления смеси. Вихревая камера 9, выполненная выше осевого колеса 7 в кольцевой полости между гильзой 6 и валом 10, служит для увеличения коэффициента сепарации. Отношение длины вихревой камеры 9 к длине стационарного шнека 5 составляет от 0,2 до 1,0. Вихревая камера 9 предназначена для увеличения коэффициента сепарации за счет вращения закрученного потока по инерции. При отношении длины вихревой камеры 9 к длине стационарного шнека 5 менее 0,2 поток в ней не успеет совершить достаточное количество оборотов вокруг оси для отделения газа от жидкости, т.е. уровень сепарации останется низким. При соотношении, большем 1, в вихревой камере 9 наряду с продолжающимся процессом сепарации происходит заметное падение давления, и напор газосепаратора может стать отрицательным. Геометрия лопастей осевых рабочих колес выбирается в зависимости от объема жидкости, проходящей через газосепаратор.
Газосепаратор работает следующим образом.
При включении установки газожидкостная смесь через входной модуль 2 поступает в напорную ступень, где происходит повышение давления потока газожидкостной смеси и частичная сепарация газовой фазы от жидкости за счет действия центробежных сил, создаваемых рабочим осевым колесом 3, вращающимся на валу 10 вихревого газосепаратора. Затем поток газожидкостной смеси попадает на вход в стационарный шнек 5 и продолжает движение по спирали вдоль его неподвижной лопасти, во время которого происходит перенос жидкой фазы к периферии. При попадании в стационарный шнек 5 сопротивление движению потока возрастает, поэтому давление начинает падать. Но при дальнейшем прохождении потока через осевое колесо 7, вращающееся на валу 10, напор, создаваемый вихревым газосепаратором, повышается, благодаря чему блокируется проход отсепарированного газа через выкидные отверстия в обратную сторону. Закрученный и частично отделенный от газа поток продолжает крутиться и разделяться на газовую и жидкую фазу в вихревой камере 9, откуда отделившийся газ через разделительное устройство 8 выбрасывается в затрубное пространство, а жидкость поднимается выше на прием насоса.
Таким образом, использование заявляемой конструкции позволяет повысить эффективность работы газосепаратора, в том числе при больших подачах по газожидкостной смеси, и получить положительные значения напора, предотвращающие подсасывание отсепарированного газа через выкидные отверстия основным насосом.
Минимальное количество вращающихся элементов в газосепараторе приводит к повышению надежности конструкции в целом, а также к повышению абразивной стойкости за счет снижения величины центробежных сил, отжимающих механические частицы к защитной гильзе.