Устройство сепарации свободного газа из газожидкостной смеси на приеме глубинного центробежного насоса для добычи нефти

 

Предлагаемый «принцип сепарации» может быть применен для создания сепараторов к различным насосам для добычи нефти (установкам электроцентробежных, штанговых, электродиафрагменных насосов) и отличается от центробежного или гравитационного принципов сепарации тем, что в данном случае движение газожидкостной смеси к приему насоса происходит через отверстия расположенных на двух параллельных плоскостях так, что с помощью отверстии на первой плоскости на поверхности второй плоскости с фигурными отверстиями свободные пузырьки газа задерживаются и к приему насоса пропускается однородная жидкость.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к области добычи нефти электроцентробежными (штанговыми, электродиафрагменными) насосами. Как известно, попутный газ, выделяющийся в области приемных отверстии установки электроцентробежного насоса, проникая с добываемой нефтью в рабочие органы, в значительной степени снижает коэффициент полезного действия УЭЦН, приводит к преждевременному отказу насоса {И.Т.Мищенко: Скважинная добыча нефти. Из-во «Нефть и газ». М. 2003., стр.695, рис.9.36.}.

Для уменьшения вредного влияния свободного попутного газа на работу УЭЦН существуют сепараторы, устанавливаемые последовательно с насосом так, что газожидкостная смесь поступает сначала в сепаратор, где происходит отделение свободного газа от добываемой жидкости. Отделившийся газ подается в наружу УЭЦН (в кольцевое пространство между корпусом установки и эксплуатационной клоны нефтяной скважины), однородная жидкость поступает в приемные отверстия погружного насоса. Все существующие сепараторы центробежного принципа действия. Попадая внутрь газосепаратора газожидкостная смесь приводится во вращательное движение, в результате чего пузырьки свободного газа, имея малую плотность концентрируются в центре сепаратора и выводятся в наружу, а водонефтяная смесь по внутренней образующей сепаратора подается на прием центробежного насоса (например, патент РФ 2027912. Способ откачивания жидкости скважинным насосом и газосепаратор скважинного центробежного насоса /Авт. изобрет. П.Д.Ляпков, А.Н.Дроздов, В.И.Игревский, А.С.Монаенков, Р.Г.Ямлиханов, И.Т.Мищенко, В.Н.Сокорев, В.Н.Филиппов, Г.И.Богомольный. - М. кл F04D 13/10, Е21В 43/38, заявл. 28.02.1991, опубл. 27.01.1995, Б.И.3.). На таком принципе работают все сепараторы российского производства типа МНГ.

Аналогичный принцип заложен в газосепараторах иностранного производства США-фирмы «REDA» - вихревой газосепаратор VGS (Vortex Gaz Separator), «Centrilift» - сепаратор FRS, «ODI» - сепаратор вихревой RGV, KGV, китайской фирмы «TEMTEX». Сепаратор с противотоком фирмы «REDA» является гравитационным, в котором за счет двухкратного поворота газожидкостной смеси, свободный газ, под действием Архимедовой силы, должен оторваться от жидкости до поступления смеси в приемные отверстия насоса. Из-за малой величины Архимедовой силы действующей на газовые пузыри и сравнительной большой скорости движения смеси возле приема насоса (из-за малой разности плотности свободного газа от плотности жидкости), гравитационные сепараторы имеют самый низкий коэффициент сепарации (не более 5-7%) и не нашли широкого применения (в настоящее время не выпускаются).

Все эти сепараторы, дают неплохие коэффициенты сепарации в лабораторных условиях, где плотность газа меньше плотности жидкости в 750-1000 раз (пузырьки воздуха в масле). Однако в скважинных условиях, где плотность попутного газа (около 140-180 кг/м3) отличается от плотности нефти (700-800 кг/м3) около 3-4 раза сепараторы дают низкий коэффициент сепарации (около 15-18%, см. ст. «К вопросу сепарации газа», Нефтепромысловое дело, 2000. 2, стр.21, 22).

Сепараторы приводятся во вращение от вала погружного электродвигателя и потребляют мощность не менее 1-2 кВт, их длина достигает 1000-1500 мм, масса -50-60 кг., нередко собой представляют аварийно опасный элемент в конструкции УЭЦН (разрушение сепаратора из-за образивного износа механическим примесями в добываемой нефти с последующим падением оборудования на забой добывающей скважины).

Для устранения вышеуказанных недостатков сепараторов, в эксплуатации УЭЦН из-за присутствия свободного газа в добываемой жидкости, предлагаем изменить принцип сепарации. Для этого на приеме электроцентробежного насоса создаем при помощи калиброванных и направленных своими осями к геометрическому центру вала насоса, ряд цилиндрических отверстий, создающих на расстоянии d от корпуса насоса, «цилиндрическую эквипотенциальную поверхность» равных малых скоростей движения газожидкостной смеси. На расстоянии d от корпуса насоса устанавливаем цилиндрическую поверхность с продольными щелями шириной менее диаметра газовых пузырей. На каждой щели с равными размерами создается небольшой перепад давления, под действием которого газожидкостная смесь устремится во внутрь. Газовые пузыри, достигая щели, из-за своих размеров и действия сил поверхностных натяжений не смогут пройти внутрь. Постепенно накапливаясь на поверхности с щелями, пузыри газа под действием поверхностных сил постепенно будут сливаться, укрупняются и под действием Архимедовой силы начнут всплывать. В результате, за цилиндрической поверхности с щелями остается однородная жидкость, которая затем поступает в приемные отверстия насоса. При этом способе исключается дополнительное потребление мощности УЭЦН, явление образивного износа. Созданный на этом принципе сепаратор применим при любом способе добычи, является менее материалоемким (массой не более 1 кг) и безаварийным элементом, прост в конструкций, изготовлений и монтаже; не требует переделки приема стандартного насосного оборудования.

На рисунке «Принцип сепарации» приведен процесс работы сепаратора. Газожидкостная смесь поднимается с линейной скоростью V1 до «эквипотенциальной поверхности» 2 и под действием равных градиентов, создаваемых отверстиями 3 направляется в фигурные щели. Ширина щели f1, сопоставимая с диаметром свободных газовых пузырей, непроходимая для пузырьков из-за действия сил поверхностного натяжения. Газовые пузыри, скапливаются на «эквипотенциальной поверхности», коагулируют и под действием Архимедовой силы направляются вверх, в межтрубное пространство. Однородная жидкость проходит через отверстия 3 и направляется вверх, к приемным отверстиям электроцентробежного насоса. Общая пропускная площадь щелей должна обеспечивать скорости w, сравниваемые со скоростью всплытия газовых пузырей. Расстояние между поверхностями 1 и 2 определяется исходя из площади щелей. Диаметры d1, d2 и количество отверстий 3 подбираются так, что при движении через них однородной жидкости, в щелях на поверхности 2 должны устанавливаться одинаковые перепады давления. Расстояние g больше диаметра газовых пузырей. Расстояние f3 между рядами щелей составляет 3-4 диаметра газовых пузырей. Толщина пластинки «эквипотенциальной поверхности» около 1,5 диаметра газовых пузырей. Толщина поверхности 1 не ограничена в размерах, но учитывается при расчете диаметров отверстий d1, d2.

Устройство сепарации свободного газа из газожидкостной смеси на приеме глубинного центробежного насоса для добычи нефти, отличающееся тем, что на расстоянии от корпуса насоса установлена цилиндрическая поверхность с продольными щелями, шириной менее диаметра газовых пузырей газожидкостной смеси, обеспечивающая возможность задержки этих пузырей под действием поверхностных сил натяжения, проникновение однородной жидкости внутрь цилиндрической поверхности и направление ее к приемным отверстиям электроцентробежного насоса, где установлена цилиндрическая поверхность с цилиндрическими отверстиями для обеспечения одинаковых перепадов давления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области насосостроения и касается конструкции центробежно-вихревой ступени погружного многоступенчатого насоса, используемого при добыче нефти и других текучих сред из скважин

Описаный в полезной модели способ утилизации отходов производства относится к оборудованию для эфиромасличной промышленности и может быть использована для переработки растительного сырья с целью получения фосфолипидов для разных отраслей промышленности. Технический результат полезной модели состоит в возможности получать продукт более высокого качества (без остаточных растворителей) и более низкой себестоимости.

Полезная модель относится к области нефтяного машиностроению, фильтр может быть использован в штанговых глубинных насосах для добычи воды и нефти из скважин, служит для тонкой очистки пластовой жидкости на входе в насос от крупных и мелких механических примесей (от фракций от 1,2 до 0,2 мм)
Наверх