ДИСПЕРГАТОР ДЛЯ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающему оборудованию и может быть использована при добыче из скважин жидкости с повышенным газосодержанием посредством погружного скважинного центробежного электронасоса (ЭЦН).
Известен диспергатор погружной центробежной насосной установки (патент РФ №2192560, F04D 13/10, дата публикации 2002.11.10) с расположенными внутри корпуса, по крайней мере, двумя ступенями, выполненными в виде рабочих колес с лопастями и направляющих аппаратов с лопатками. По крайней мере, одна из ступеней выполнена в виде ступени напорного типа и одна - перемешивающего типа. Ступени выполнены по принципу ступеней насоса ЭЦН.
Недостатками известного диспергатора являются:
- сложность устройства, связанная с подбором количества и последовательностью расположения ступеней напорного и перемешивающего типа в зависимости от конкретного диапазона подачи газожидкостной смеси, что также ограничивает функциональные возможности работы диспергатора в широком диапазоне подач;
- сложность диспергатора, связанная также с выполнением конструкции самих ступеней, созданных по принципу ступеней насоса ЭЦН;
- низкая надежность устройства в виду снижения наработки на отказ, так как рабочие колеса напорных ступеней включают в себя текстолитовые шайбы, воспринимающие осевую нагрузку, возникающую при работе от создаваемого колесом напора, и подвергаются при этом быстрому износу.
Известно диспергирующее устройство в погружном центробежном насосе для добычи нефти из скважин (патент РФ №19105, F04D 13/10, дата публикации 2001.08.10), взятое в качестве прототипа, выполненное в виде модуля - секции, включающее корпус, основание с отверстием для входа жидкости, головку с отверстием для выхода жидкости, вал с расположенными на нем, по меньшей мере, двумя рабочими органами, при этом один из рабочих органов, выполненный в виде колеса, закреплен на валу, а другой, выполненный в виде аппарата-рассекателя, установлен неподвижно относительно корпуса. В корпусе диспергирующего устройства со стороны входа потока газожидкостной смеси на валу установлено шнековое колесо, а со стороны выхода потока газожидкостной смеси неподвижно относительно корпуса установлен рассекатель.
Недостатками известного диспергирующего устройства являются:
- низкие функциональные возможности диспергатора ввиду невозможности работы в широком диапазоне подач, так как углы установки лопаток и количество лопаток аппарата - рассекателя, колеса и рассекателя определяют экспериментально для конкретного расхода перекачиваемой жидкости;
- при прохождении потока газожидкостной смеси через модуль-секцию происходит изменение направления движения среды в виду выполнения лопаток под углом, не более 60°, относительно оси на каждой диспергирующей ступени, состоящей из аппарата-рассекателя и колеса, с возможностью создания осевой составляющей скорости потока газожидкостной смеси. Это требует дополнительных затрат энергии на продвижение среды в диспергаторе и снижает кпд установки ЭЦН в целом;
- диспергирующее устройство, а также его детали, например корпус и вал, рассчитанные для разных подач пластовой жидкости, из-за разного количества диспергирующих ступеней будут разной длины, что увеличивает номенклатуру входящих в устройство деталей и повышает себестоимость диспергирующего устройства.
Задача полезной модели - упрощение диспергатора, работоспособного в широком диапазоне подач.
Технический результат, получаемый в результате решения задачи, состоит в упрощении устройства, повышении надежности работы и повышение ремонтопригодности диспергатора.
Технический результат достигается тем, что в диспергаторе для погружного центробежного электронасоса, выполненном в виде модуля - секции, включающем корпус, основание с отверстием для входа жидкости, головку с отверстием для выхода жидкости, вал с расположенными на нем рабочими органами, со стороны входа потока газожидкостной смеси на валу установлен напорный орган, а со стороны выхода потока газожидкостной смеси установлен рассекатель, согласно полезной модели, напорный орган выполнен в виде многозаходного шнека, между шнеком и рассекателем на валу установлено лопастное колесо со сквозными отверстиями на лопастях для измельчения пузырьков газа, присутствующих в жидкости, головка снабжена камерой для гомогенизации газожидкостной смеси, расположенной перед выходным отверстием диспергатора, при этом рассекатель выполнен в виде решетки, установленной неподвижно в головке диспергатора.
Выполнение напорного органа в виде многозаходного шнека позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет его работы в широком диапазоне подач жидкости, повысить напор газожидкостной смеси, что уменьшает объем содержащегося газа в жидкости на выходе диспергатора.
Выполнение лопастного колеса со сквозными отверстиями на лопастях, установленного на валу между шнеком и рассекателем позволяет повысить качество дробления и распределение пузырьков газа в газожидкостной смеси, повысить интенсивность перемешивания смеси. Выполнение диспергирующего органа для измельчения пузырьков в виде лопастного колеса с отверстиями позволяет упростить устройство, повысить надежность изделия.
Выполнение рассекателя в виде решетки, неподвижно установленной в головке диспергатора, позволяет повысить степень дробления газовых пузырьков в скоростном поступательно-вращательном потоке жидкости, проходящем через отверстия решетки, что повышает качество диспергирования газожидкостной смеси.
Закрепление решетки в головке с помощью разъемного соединения повышает ремонтопригодность диспергатора.
Выполнение камеры гомогенизации в головке диспергатора позволяет снизить скорость вращения потока газожидкостной смеси на выходе диспергатора, а также повысить однородность состава смеси.
Технический результат достигается также тем, что в диспергаторе установлена износостойкая гильза между рабочими органами и корпусом. Гильза закреплена своими торцами между головкой и основанием. Наличие гильзы позволяет защитить корпус диспергатора от гидроабразивного износа, тем самым повысить наработку на отказ диспергатора.
Выполнение устройства в виде отдельного модуля позволяет его использовать в установках ЭЦН различной комплектации.
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 диспергатора для погружного центробежного электронасоса.
На чертеже приведен общий вид диспергатора.
Диспергатор содержит корпус 1, основание, выполненное, например, в виде переводника 2 с центральным отверстием 3 для прохода пластовой жидкости, головку 4 с выходным отверстием 5, вал 6 с расположенными на нем рабочими органами: шнеком 7 для создания напора жидкости, лопастным колесом 8. Вал 6 установлен с возможностью вращения в верхней подшипниковой опоре 9, размещенной в головке 4, и нижней подшипниковой опоре 10, установленной в переводнике 2. Головка 4 и переводник 2 снабжены каналами 11 и 12 соответственно для пропуска жидкости. В головке 4 размещен рассекатель, выполненный в виде решетки 13, закрепленной посредством, например винтов 14. В решетке 13 выполнены отверстия 15. На лопастях колеса 8 выполнены сквозные отверстия 16 для дробления пузырьков газа. В головке 4 образована камера 17 для гомогенизации, равномерного смешивания пузырьков газа с жидкостью. В корпусе 1 размещена гильза 18 для защиты корпуса от гидроабразивного износа. Гильза 18 закреплена своими торцами между переводником 2 и головкой 4.
Диспергатор работает следующим образом.
Пластовая жидкость (смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа) поступает в диспергатор через входное центральное отверстие 3 переводника 2, каналы 12 на шнек 7, который создает напор для подъема жидкости. Далее жидкость попадает на лопасти колеса 8, при вращении которого происходит измельчение пузырьков газа, проходящих через отверстия 16, выполненных в лопастях колеса 8, интенсивное перемешивание газожидкостной смеси. Далее газожидкостная смесь при дальнейшем вращательно-поступательном движении проходит через отверстия 15, неподвижно установленной в головке 4 решетки 13, где происходит дальнейшее измельчение пузырьков газа в жидкости. Затем газожидкостная смесь поступает в камеру смешивания 17, в которой происходит окончательное перемешивание пузырьков газа в жидкости, с образованием мелкодисперсной, гомогенизированной эмульсии. По пропускным каналам 11 газожидкостная смесь под напором, создаваемым шнеком 7 и колесом 8, через отверстие 5 выходит из диспергатора и поступает на прием насоса ЭЦН.