ГАЗОСЕПАРАТОР

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности, к погружным газосепараторам, предназначенным для отделения попутного газа от пластовой жидкости, и может быть использована для отбора пластовой жидкости при добыче нефти с большими значениями газового фактора посредством установок электроцентробежного насоса.
Принцип работы газосепаратора основан на использовании центробежной силы, по разному воздействующей на имеющие различные плотности компоненты пластовой жидкости, а именно, нефть, воду и газ.
Известен газосепаратор, включающий в себя корпус с отверстиями для подвода газожидкостной смеси и каналами для подачи дегазированной жидкости в насос и отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, напорную вихревую ступень и завихритель, состоящий из лопастного колеса и направляющего аппарата (А.А. Богданов. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти, - М.: Недра, 1968 г., с. 80-82, рис. 64). Недостатком данного газосепаратора является небольшая эффективность сепарации газожидкостной смеси, особенно с высоким содержанием газа. Известен газожидкостный сепаратор, содержащий корпус, сепарационное устройство с направляющими лопатками, размещенными между двумя торцевыми кольцевыми основаниями, и газовыпускную втулку (а.с. СССР №779573, Е21В 43/34, опубл. 15.11.1980). Однако сепаратор обладает пониженным (по отношению ко входу в устройство) давлением на выпускных отверстиях, что вызывает поступление газожидкостной смеси из закорпусного пространства внутрь сепаратора через выпускные отверстия и снижает его эффективность.
Известен вихревой газосепаратор, содержащий корпус, входной модуль, вращающийся вал, длинный геликоидальный шнек, заключенный в защитную гильзу, головку-разделитель и вихревую камеру, сформированную между торцами шнека и головки-разделителя, причем длина шнека значительно превышает длину вихревой камеры (патент RU 161892, Е21В 43/38, опубл. 19.04.2016, Бюл. №11). Недостатком вихревого сепаратора является высокая потребляемая мощность и, соответственно, низкий коэффициент полезного действия, особенно заметный при его внедрении на скважины энергоэффективных насосных установок, обеспечивающих добычу нефти с минимальными затратами. Кроме того, срок эксплуатации сепаратора заметно снижается при увеличении загазованности пластовой жидкости и, особенно, при включении в нее посторонних механических примесей, в том числе абразивных материалов.
Указанный вихревой сепаратор 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 надежного энергоэффективного газосепаратора с низким значением потребляемой мощности и увеличенной эффективностью сепарации за счет интенсификации фазного разделения газожидкостной смеси.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности и энергоэффективности, расширении потребительских свойств за счет работы на скважинах с высокой загазованностью пластовой жидкости, увеличении срока эксплуатации, а также расширении арсенала технических средств указанного назначения.
Технический результат достигается за счет того, что в вихревом газосепараторе, содержащим корпус, входной модуль, вращающийся вал со шнеком, вихревую камеру и головку-разделитель, головка-разделитель содержит газоуловитель в виде, как минимум, двух, имеющих общую продольную ось, жестко соединенных друг с другом втулок разного диаметра, при этом на окружной поверхности втулки меньшего диаметра расположено, как минимум, одно отверстие, торцовая поверхность втулки большего диаметра, выполненная со стороны втулки меньшего диаметра и соединяющая их окружные поверхности, содержит, по меньшей мере, одно отверстие. В предлагаемой полезной модели головка-разделитель, дополненная газоуловителем, повышает сепарирующие свойства газосепаратора.
На фиг. 1 условно изображен газосепаратор; на фиг. 2 - газоуловитель.
Газосепаратор содержит цилиндрический корпус 1, входной модуль 2, вращающийся вал 3 со шнеком 4, вихревую камеру 5 и головку-разделитель 6 с газоуловителем 7. Газоуловитель 7 включает втулки 8, 9 и 10 с наружными диаметрами, соответственно, D1, D2 и D3, при этом, D1>D2>D3. На торцовой поверхности втулки 8 расположены отверстия 11, на окружной поверхность втулки 9 отверстия 12, на окружной поверхности втулки 10 выполнены отверстия 13.
Газосепаратор работает следующим образом.
В составе установки электроцентробежного насоса газосепаратор опускают в скважину. После запуска электродвигателя и начала вращения вала 3 со шнеком 4 из нефтяного пласта к газосепаратору начинает поступать пластовая жидкость в виде газожидкостной смеси. Поток газожидкостной смеси через входной модуль 2 поступает в область вращающегося вала 3, где за счет центробежной силы нефть отбрасывается на стенки корпуса 1, а газ, как более легкий, сосредоточивается в центральной части. Движение потока в поле центробежных сил вращающегося вала 3 способствует возникновению пониженного давления вблизи вращающегося вала, следствием чего является начальное разделению газовой и жидкой фаз.
За счет напора, создаваемого электроцентробежным насосом установки электроцентробежного насоса (не показана), газожидкостная смесь поступает в вихревую камеру 5, в которой закрученный поток газожидкостной смеси по инерции продолжает двигаться по спирали с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру.
Далее в головке - разделителе 6 с газоуловителем 7 под действием центробежных сил газ продолжает отделяться от жидкости, которая отбрасывается к периферии.
Дегазированная жидкость с периферии головки - разделителя 6 поступает в установку электроцентробежного насоса на вход первой насосной секции (не показана).
Наличие отверстий 12, 13 на окружных поверхностях втулок 9 и 10 и отверстий 11 на торцовой поверхности втулки 8 со стороны втулки 9 при вращении газожидкостной смеси приводит к созданию в центральной части головки-разделителя 6 пониженного давления. Пониженное давление газа в центральной части, создаваемое за счет газоуловителя 7 головки-разделителя 6, увеличивает разность давления в разных ее частях и повышает, таким образом, эффективность сепарации газожидкостной смеси. Кроме того, снижение давления газа в центральной части головки-разделителя 6 создает дополнительное сопротивление для входа газа в электроцентробежный насос и уменьшает, таким образом, вероятность повторного смешивания отсепарированного газа с потоком жидкости за головкой-разделителем 6 (на входе в насос), что особенно важно при увеличении отбора жидкости насосом или увеличении газосодержания на входе в установку электроцентробежного насоса.
Проведенные испытания показали стабильную работу установки электроцентробежного насоса с газосепаратором, содержащим предлагаемую головку-разделитель 6 с газоуловителем 7 при увеличении предельного содержания газа в пластовой жидкости до 10% по сравнению с установкой электроцентробежного насоса, использующей газосепаратор известной конструкции.
Таким образом, способ отбора пластовой жидкости заключается в подводе газожидкостной смеси в газосепаратор, повышении ее напора посредством вращающегося шнека, закручивании потока газожидкостной смеси в вихревой камере, разделении потока в головке-разделителе с последующим отводом отсепарированного газа в затрубное пространство скважины и подачу дегазированной жидкости в установку электроцентробежного насоса.
За счет предлагаемой конструкции газосепаратора, содержащего головку-разделитель с газоуловителем, повышается эффективность сепарации газа.
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.