АБРАЗИВОСТОЙКИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГАЗОСЕПАРАТОР

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано при добыче нефти с высоким содержанием газа и абразивных частиц.
Известен центробежный газосепаратор, состоящий из цилиндрического корпуса, вала, в котором сепарационный узел выполнен в виде шнека RU 2149990C1, МПК Е21В 43/38.
При высоком содержании механических примесей он работает недостаточно надежно, так как механические примеси недостаточно эффективно отводятся из сепарационной камеры. Они могут отбрасываться центробежными силами к корпусу газосепаратора, и лопасти шнека не могут воспрепятствовать попаданию примесей в радиальный зазор между шнеком и корпусом газосепаратора.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является абразивостойкий газосепаратор RU 2319500, МПК Е21В 43/38, 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, 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, а границы сечения вогнуты в сторону вращения с образованием угла между касательной к границе сечения и нормалью к оси вращения, не превышающего 90°. По варианту исполнения, шнек заключен в цилиндрическую оболочку, закрепленную на внешней поверхности лопастей.
Однако при высоком содержании механических примесей он также работает недостаточно надежно, так как механические примеси могут отбрасываться центробежными силами к корпусу, и лопасти шнека не достаточно эффективно препятствуют попаданию примесей в радиальный зазор между шнеком и корпусом газосепаратора. При наличии цилиндрической оболочки создается перепад давления между входом и выходом из шнека с цилиндрической оболочкой в сепарационной камере. Это приводит к возникновению перетока жидкости с абразивными частицами с выхода на вход сепарационной камеры между корпусом газосепаратора и цилиндрической оболочкой шнека, и соответственно к абразивному износу в местах сопряжения и диспергированию газожидкостной смеси, что ухудшает сепарирующие свойства.
Настоящее изобретение направлено на создание газосепаратора, способного длительное время безаварийно работать в жидкости, содержащей абразивные частицы, за счет усовершенствования конструкции сепарационного узла.
Технической задачей изобретения является повышение надежности работы газосепаратора.
Для решения поставленной задачи в газосепараторе скважинного погружного насоса, содержащим корпус, основание, в котором выполнены входные отверстия для подвода газожидкостной смеси, головку с выходными отверстиями для вывода отсепарированного газа и выходными каналами для передачи дегазированной жидкости в рабочие ступени насоса, установленный в корпусе вал, сепарационную камеру, согласно изобретению, в сепарационной камере на валу установлен шнек, на периферии лопастей которого выполнен наклонный участок, длина шнека, на которой лопасти имеют наклонный участок, составляет не менее пятнадцати процентов от общей длины шнека.
Кроме того, ширина наклонного участка составляет не менее десяти процентов от высоты лопасти шнека, на которой этот участок изготовлен.
Кроме того, на входе в сепарационную камеру установлена конусообразная втулка, минимальный внутренний диаметр которой меньше диаметра сепарационной камеры.
Кроме того, внутри конусообразной втулки установлен дополнительный шнек.
Благодаря применению шнека, на периферии лопастей которого выполнен наклонный участок, абразивные частицы под действием центробежных сил отбрасываются к наклонному участку. Это препятствует перемещению абразивных частиц к корпусу газосепаратора и соответственно предотвращает гидроабразивное разрезание корпуса газосепаратора, работающего длительное время. Наклонный участок, выполненный на периферии лопасти шнека, и лопасть шнека по предпочтительному варианту конструктивного исполнения образуют угол около 90 градусов. Наклонный участок может иметь криволинейную форму с целью эффективного удержания твердых частиц.
Монтажная высота шнека должна составлять не менее 20 процентов от длины сепарационной камеры. Шнек может эффективно отводить механические примеси из области течения газожидкостной смеси при высоте области шнека, на которой на периферии лопастей расположен наклонный участок, составляющей не менее пятнадцати процентов от монтажной высоты шнека.
Если высота области шнека, на которой лопасти на периферии имеют наклонный участок, составляет менее пятнадцати процентов от монтажной высоты шнека, эффективность отвода механических примесей снижается.
Наклонный участок на периферии лопастей шнека следует размещать в наиболее проблемной зоне сепарационной камеры, например, на входе.
Повышение надежности работы газосепаратора также связано с шириной наклонного участка лопасти шнека. Если она составляет более десяти процентов от высоты лопасти шнека, то твердые абразивные частицы, отбрасываемые к этим участкам лопастей шнека, смогут эффективно удаляться из газосепаратора. При использовании шнека с наклонным участком меньшей ширины абразивные частицы будут достигать корпуса газосепаратора, что может привести к его абразивному разрушению.
Шнек может быть выполнен постоянного или переменного шага. Втулка шнека может быть переменного радиуса. Лопасти шнека и наклонный участок могут иметь наклон под различным углом к оси вращения.
Установка на входе в сепарационную камеру конусообразной втулки, минимальный внутренний диаметр которой меньше диаметра сепарационной камеры, позволяет устранить обратные токи на входе в шнек, так как вращающееся кольцо отсепарированной жидкости давит на неподвижную опору в виде конусообразной втулки. Вращающееся кольцо жидкости в сепарационной камере имеет более высокое давление, чем давление жидкости на входе в шнек. При отсутствии неподвижной опоры жидкость будет двигаться из зоны с большим давлением в зону с меньшим давлением, из шнека обратно на вход в сепарационную камеру. Это вызовет образование обратных токов, которые удерживают твердые частицы. Концентрация механических примесей в зоне обратных токов существенно превышает их концентрацию в основном потоке, что приводит к гидроабразивному разрезанию корпуса.
Неподвижная опора позволяет устранить причины образования обратных токов и, как следствие, абразивный износ в этой части газосепаратора, соответственно, повысить надежность работы газосепаратора.
Размещение внутри конусообразной втулки дополнительного шнека позволяет предварительно закрутить поток газожидкостной смеси, и тем самым обеспечить на малых подачах плавный вход потока газожидкостной смеси в основной шнек, и благодаря этому снизить износ лопастей основного шнека.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид газосепаратора, на фиг.2 вид газосепаратора с дополнительным шнеком. На фиг.3 шнек в изометрии в увеличенном масштабе, на фиг.4 изображен шнек в разрезе в увеличенном масштабе.
Газосепаратор скважинного погружного насоса содержит корпус 1, основание 2, в котором выполнены входные отверстия 3 для подвода газожидкостной смеси, головку 4 с выходными отверстиями 5 для вывода отсепарированного газа и выходными каналами 6 для передачи дегазированной жидкости в рабочие ступени насоса, установленный корпусе 1 вал 7, сепарационную камеру 8, согласно изобретению, на валу 7 установлен шнек 9, на периферии лопастей 10 которого выполнен наклонный участок 11. По варианту исполнения длина шнека 9, на которой лопасти 10 имеют наклонный участок 11, составляет не менее пятнадцати процентов от общей длины шнека 9. По варианту исполнения ширина наклонного участка 11 составляет не менее десяти процентов от высоты лопастей 10 шнека 9.
По варианту исполнения на входе в сепарационную камеру 8 установлена конусообразная втулка 12, минимальный внутренний диаметр которой меньше диаметра сепарационной камеры 8. Внутри конусообразной втулки 12 установлен дополнительный шнек 13.
Устройство работает следующим образом.
Поток газожидкостной смеси, поступающий в газосепаратор через входные отверстия 3, поступает в сепарационную камеру 8, где приводится во вращение. Под действием центробежных сил газ отделяется от жидкости, скапливаясь в центре сепарационной камеры 8, и отводится в затрубное пространство через выходные отверстия 5. Центробежные силы заставляют жидкость и абразивные частицы двигаться в противоположном направлении к периферии сепарационной камеры 8. Однако лопасти 10 шнека 9 имеют наклонный участок 11, и поэтому абразивные частицы не могут достичь корпуса 1 газосепаратора, не соприкоснувшись с ними. При контакте центробежные силы прижимают абразивные частицы к наклонным участкам 11, что устраняет их перемещение к корпусу 1 газосепаратора и приводит к удалению абразивных частиц из газосепаратора.
Поэтому переносимые жидкостью абразивные частицы практически не взаимодействуют со стенками корпуса 1, и износа не происходит. В отличие от традиционных газосепараторов, где сепарация осуществляется барабаном с радиальными лопастями, сепарационный шнек предлагаемой конструкции за счет наклонного участка на периферии лопастей шнека удаляет абразивные частицы путем «транспортирования», устраняет возможность их локальной концентрации, что способствует повышению надежности работы газосепаратора.