ДИСПЕРГАТОР

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным диспергаторам, предназначенным для снижения вредного влияния попутного газа (образование газовых пробок, срывы подачи насоса и т.д.) за счет образования однородной газожидкостной смеси, поступающей затем на вход насоса.
Принцип работы диспергатора основан на измельчении пузырьков газа и перемешивания их с пластовой жидкостью, тем самым смесь из нефти, воды и газа становится однородной, что благоприятно воздействует на работу электроцентробежного насоса.
Известно использование погружного центробежного насоса с диспергирующим устройством, предназначенным для снижения вредного влияния попутного газа, состоящим, по крайней мере, из двух рабочих колес с радиальными лопатками, размещенными вдоль оси вала (см., например, Гафуров О.Г. «Исследование особенностей эксплуатации погружными центробежными насосами нефтяных скважин, содержащих в продукции газовую фазу», диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Уфа, 1972 г., с. 52-53, 128-140). Недостатком данного устройства, при его работе, является низкая степень дисперсности газовой фазы, необходимой для эффективной работы погружного центробежного насоса, а также устройство имеет значительные габаритные размеры, что создает неудобство при монтаже установки на скважине.
Известно диспергирующее устройство в погружном центробежном насосе для добычи нефти из скважин, 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 (патент RU №19105, F04D 13/10, опубл. 10.08.2001, Бюл. №22). Недостатком данного диспергирующего устройства является его работа в узком диапазоне подач, что ограничивает его применение в электроцентробежных насосах с более широким диапазоном подачи жидкости.
Известен диспергатор погружной центробежной насосной установки, содержащий корпус, внутри которого размещены по крайней мере две ступени, выполненные в виде рабочих колес с лопастями и направляющих аппаратов с лопатками, при этом по крайней мере одна из ступеней выполнена в виде ступени напорного типа, обеспечивающей создание напора жидкости, и по крайней мере одна из ступеней выполнена в виде ступени перемешивающего типа, обеспечивающей перемешивание жидкости и создание напора жидкости, меньшего, чем напор жидкости, создаваемый ступенью напорного типа (патент RU №2192560, F04D 13/10, опубл. 10.11.2002, Бюл. №31). Недостатком данного диспергатора является сложность и дороговизна изготовления ступеней, так как существующими методами механической обработки (токарная, фрезерная и т.д.) изготовление экономически невыгодно, а применение литейной и порошковой металлургии может быть экономически обоснованным только при высоких объемах изготовления данных ступеней. Недостатком также является наличие антифрикционных шайб (например текстолитовых) установленных в колесе, в качестве осевого подшипника, наподобие конструкции электроцентробежного насоса, что влечет за собой скорый их износ из-за присутствия в пластовой жидкости абразива, и соответственно заклиниванию колеса в аппарате, что приведет к остановке всей установки. Недостатком также является сложность подбора ступеней напорного и перемешивающего типа в зависимости от требуемого диапазона подач жидкости.
Известен диспергатор погружного центробежного насоса состоящий из вала, связанного с приводом насоса, корпуса и диспергирующих ступеней осевого типа, каждая диспергирующая ступень содержит установленное на валу рабочее колесо с открытыми радиальными рабочими лопатками и, закрепленный неподвижно на корпусе, направляющий аппарат с радиальными направляющими лопатками, закрытыми со стороны корпуса (патент RU 61812, F04D 13/10, опубл. 10.03.2007, Бюл. №7). Недостатком данного диспергатора является сложность изготовления ступеней, а также обязательное наличие антифрикционных шайб (например текстолитовых) в местах контакта колеса с аппаратом, что отрицательно сказывается на ресурсе работы изделия, из-за низкой устойчивости шайб к абразивному износу. Недостатком также является необходимость точного соблюдения и контроля зазора между торцевыми и радиальными поверхностями колеса и аппарата.
Указанный диспергатор по основным конструктивным элементам, назначению и достигаемому результату является наиболее близким предлагаемой полезной модели и принят за прототип.
Перед полезной моделью была поставлена задача разработки эффективного, надежного, долговечного, устройства для снижения вредного влияния попутного газа.
Техническим результатом является повышение степени однородности газожидкостной смеси в широком диапазоне подач и увеличение срока наработки на отказ.
Технический результат достигается за счет того, что в диспергаторе для погружного центробежного насоса, состоящем из вала, связанного с приводом насоса, корпуса и диспергирующих ступеней осевого типа, каждая диспергирующая ступень содержит установленное на валу рабочее колесо в виде шнека и закрепленный неподвижно в корпусе направляющий аппарат, имеющий как минимум одно отверстие, предельная площадь сечения которого плавно меняется от входа к выходу как минимум два раза в направлении движения диспергируемой смеси, причем каждая диспергирующая ступень заключена во втулку, не позволяющую смещаться соседним ступеням в направлении оси вала.
Выполнение направляющего аппарата, имеющего как минимум одно отверстие, предельная площадь сечения которого плавно меняется от входа к выходу в направлении движения диспергируемой смеси, повышает эффективность работы диспергатора, в результате изменения скорости и статического давления жидкости, по мере прохождения потока через отверстие, что вызывает уменьшение размеров газовых включений, и как следствие, повышается степень однородности газожидкостной смеси.
Выполнение рабочего колеса в виде шнека позволяет повысить эффективность работы диспергатора, создавая необходимый напор для гомогенизации жидкости в широком диапазоне подач.
Выполнение диспергирующей ступени в виде заключенной во втулку, не позволяет смещаться соседним ступеням, тем самым повышается надежность диспергатора, так как исключается контакт вращающихся рабочих колес о неподвижные направляющие аппараты, исключая вероятность их заклинивания, также увеличивается срок эксплуатации изделия в результате уменьшения количества трущихся поверхностей. Так как все детали собираются и размыкаются между собой, без каких либо вспомогательных устройств, и не имеют быстроизнашивающихся частей, в результате снижаются затраты на обслуживание и ремонт.
На фиг. 1 условно изображен диспергатор; на фиг. 2 условно изображены две диспергирующие ступени в корпусе и отдельно аппарат направляющий, стрелками указано направление движения потока газожидкостной смеси.
Диспергатор содержит цилиндрический корпус 1, основание 2, вращающийся вал 3 с рабочим колесом в виде шнека 4, аппарат направляющий 5, втулку 6 и головку 7. Аппарат направляющий 5 содержит как минимум одно отверстие, предельная площадь сечения которого плавно меняется от входа к выходу как минимум два раза, в направлении движения диспергируемой смеси.
Диспергатор работает следующим образом. В составе установки электроцентробежного насоса диспергатор опускают в скважину. После запуска электродвигателя и начала вращения вала 3 с рабочим колесом в виде шнека 4 из нефтяного пласта к диспергатору начинает поступать пластовая жидкость в виде газожидкостной смеси. Поток газожидкостной смеси через отверстия в основании 2 поступает в область вращающегося вала 3 с рабочим колесом в виде шнека 4, которое дробит и перемешивает газовые включения с жидкостью, создавая первый этап диспергации смеси, дополнительно, рабочее колесо в виде шнека 4 создает перемещение потока вдоль оси вала 3 к аппарату направляющему 5, где происходит второй этап диспергации смеси.
За счет напора, создаваемого электроцентробежным насосом (не показан) установки электроцентробежного насоса (не показана) и рабочего колеса в виде шнека 4, газожидкостная смесь поступает к аппарату направляющему 5, в котором происходит второй этап диспергации смеси, суть заключается в следующем, с плавным уменьшением площади поперечного сечения отверстий в аппарате направляющем 5 от предельной максимальной (сечение А-А) до предельной минимальной (сечение Б-Б) скорость движения потока газожидкостной смеси будет возрастать, далее площадь поперечного сечения отверстий плавно увеличивается от предельной минимальной (сечение Б-Б) до предельной максимальной (сечение А-А), вследствие этого, будет происходить торможение потока, более плотные частицы потока будут соударяться с менее плотными, тем самым создавая однородность, параллельно с этим будет расти статическое давление, газовые включения будут уменьшаться в объеме, повышая однородность газожидкостной смеси. При прохождении аппарата направляющего 5 поток газожидкостной смеси попадает на рабочее колесо в виде шнека 4, где газовые включения, уменьшенные в объеме, снова дробятся и перемешиваются с жидкостью, повторяя первый этап диспергации, соответственно однородность газожидкостной смеси возрастает, далее поток проходит через аппарат направляющий 5, повторяя второй этап диспергации.
Каждая диспергирующая ступень, состоящая из рабочего колеса в виде шнека 4 и аппарата направляющего 5, заключена во втулку 6, не позволяющую смещаться соседним ступеням в направлении оси вала, тем самым, исключая их контакт.
Газожидкостная смесь, пройдя все диспергирующие ступени, и имея однородную структуру, движется к головке 7, через отверстия в которой, направляется на вход первой насосной секции (не показана).
Количество ступеней подбирается в зависимости от требуемого уровня однородности газожидкостной смеси, экспериментально получена высокая эффективность диспергации в широком диапазоне подач при монтажной длине диспергатора от 1 до 1,5 метров и количестве ступеней от 4 до 12 шт., что позволяет не увеличивать длину всей электроцентробежной установки, а использовать данный диспергатор наравне с существующими аналогами по монтажной длине, но с более эффективной диспергацией газожидкостной смеси в широком диапазоне подач, что расширяет потребительские свойства изделия. Данный диспергатор обладает высокой надежностью в виду того, что рабочее колесо и аппарат направляющий заключены во втулку, не позволяющую контактировать им между собой, что полностью исключает вероятность заклинивания рабочего колеса на примере известных конструкций подобных электроцентробежным насосам. Также благодаря отсутствию контакта между рабочим колесом и аппаратом нет необходимости в наличии антифрикционных шайб, которые периодически требуют замены, что увеличивает срок эксплуатации и снижает затраты на обслуживание и ремонт.
Предлагаемая полезная модель соответствует не только критерию «новизна», но и критерию «промышленная применимость», поскольку реализацию устройства можно осуществить с использованием известных материалов и технологических процессов.