Центробежный газосепаратор

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным газосепараторам, предназначенным для отделения газа от пластовой жидкости, и может применяться при добыче нефти с большими значениями газового фактора. Центробежный газосепаратор содержит корпус, входной модуль, вал, головку-разделитель с отводами для сброса отсепарированного газа в затрубное пространство и сепарационный блок, имеющий внешнюю цилиндрическую гильзу и насаженное на вал сепарационное осевое колесо. Головка-разделитель выполнена из подвижной вращающейся части и неподвижных осевых спиральных каналов, связанных с выкидными отверстиями для сброса отсепарированного газа. Сепарационный блок дополнительно снабжен сепарационной камерой, которая расположена ниже головки-разделителя и окружена гильзой. Вал разделен на входной и выходной участки, размещенные за пределами сепарационной камеры. На входном участке вала выше входного модуля установлен напорный блок, состоящий из напорного органа и направляющего аппарата. Гильза соединена внизу с сепарационным осевым колесом, а вверху с вращающейся частью головки-разделителя, что обеспечивает передачу вращения с входного участка вала на выходной участок. Технический результат - обеспечение эффективного отделения газа от пластовой жидкости с постоянным во всем диапазоне подач коэффициентом сепарации. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным газосепараторам, предназначенным для отделения газа от пластовой жидкости, и может применяться при добыче нефти с большими значениями газового фактора.

Известен газосепаратор с геликоидальным шнеком, содержащий корпус, входной модуль, вращающийся вал, длинный геликоидальный шнек, заключенный в защитную гильзу и головку-разделитель [Патент на ПМ №161892 РФ, МПК Е21В 43/38, опубл. 19.04.2016].

Известен вихревой газосепаратор, содержащий корпус, входной модуль, вращающийся вал, осевое рабочее колесо, направляющий аппарат, вихревое осевое рабочее колесо и головку-разделитель [Патент №2660972 РФ, МПК Е21В 43/38, опубл. 11.07.2018].

В вышеописанных газосепараторах разделение жидкости и газа основано на разности плотностей и происходит во вращающемся потоке в поле центробежных сил, при этом с увеличением подачи газожидкостной смеси (ГЖС) уменьшается время ее нахождения внутри газосепаратора и, как следствие, снижается коэффициент сепарации устройства. Это справедливо для любых роторных и вихревых газосепараторов, их сепарационная характеристика является монотонно падающей - максимальная на малых подачах и минимальная на больших.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является центробежный газосепаратор, содержащий корпус, установленный на валу сепарационный блок, входной модуль с каналом для подвода ГЖС и головку-разделитель с отводами для разделенных газа и жидкости [Патент №2653197 РФ, МПК Е21В 43/38, опубл. 07.05.2018]. Сепарационный блок выполнен в виде набора секций. Каждая секция представляет собой сепарационное осевое колесо, выполненное в виде двух концентрично установленных цилиндров, между которыми расположены лопасти, изогнутые в форме винтовой линии. Секции плотно состыкованы друг с другом и образуют сплошную внешнюю цилиндрическую поверхность в форме гильзы. Работа газосепаратора основана на сепарации смеси в поле центробежных сил.

Недостатком данной конструкции является снижение коэффициента сепарации с ростом подачи.

Задачей настоящего изобретения является разработка газосепаратора, обеспечивающего эффективную сепарацию с постоянным во всем диапазоне подач коэффициентом сепарации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что центробежный газосепаратор, содержащий корпус, входной модуль, вал, насаженный на вал вращающийся сепарационный блок с гильзой и осевым сепарационным колесом, головку-разделитель с отводами для сброса отсепарированного газа в затрубное пространство, согласно изобретению, в сепарационном блоке сформирована сепарационная камера, представляющая собой цилиндрическое безлопаточное пространство, свободное от вала, ограниченное гильзой и расположенное ниже головки-разделителя, состоящей из подвижной вращающейся части и неподвижных осевых спиральных каналов, связанных с отводами для сброса отсепарированного газа, вал разделен на входной и выходной участки, расположенные за пределами сепарационной камеры, на входном участке вала расположен напорный блок, состоящий из напорного органа и направляющего аппарата, причем вращение с входного участка вала передается на выходной участок с помощью гильзы, которая соединена внизу с сепарационным осевым колесом, а вверху с вращающейся частью головки-разделителя.

При этом в качестве напорного органа может быть использовано осевое колесо или шнек.

Наличие сепарационной камеры увеличивает время пребывания разделяемого потока в газосепараторе, а отсутствие вала в сепарационной камере, являющегося источником неустойчивостей вращательного движения, позволяет избежать образования вихрей Тейлора и стабилизирует устойчивое вращательное движение по всей длине камеры в широком диапазоне подач, что приводит к повышению эффективности процесса сепарации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид центробежного предлагаемого газосепаратора, а на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.

Центробежный газосепаратор содержит входной модуль 1 с каналом для подвода ГЖС, цилиндрический корпус 2 с головкой-разделителем 11 в верхней части, гильзу 7 и сепарационный блок, включающий напорный блок 3 и сепарационное осевое колесо 6. В состав напорного блока 3 входит напорный орган 4 и направляющий аппарат 5. В качестве напорного органа 4 может быть использовано осевое рабочее колесо или как альтернативный вариант - шнек. Сепарационное осевое колесо 6 выполнено в виде цилиндрической втулки 9 с размещенными на ней цилиндрическими радиальными лопастями 8, выходные кромки которых закреплены на нижней части гильзы 7 с образованием монолитной конструкции (фиг.2). Для удобства изготовления и сборки гильза может быть выполнена сборной, в частности, узел соединения с лопастями 8 может представлять самостоятельную часть гильзы. Отдельные части гильзы соединены посредством шлицевого соединения.

Ниже головки-разделителя 11 сформирована сепарационная камера 17, представляющая собой цилиндрическое безлопаточное пространство, окруженное гильзой 7.

Вал газосепаратора разделен на две отдельных части, разнесенные по оси корпуса 2: входной участок 10 и выходной участок 13, расположенные за пределами сепарационной камеры 17 в нижней и верхней части газосепаратора, соответственно. Напорный блок 3 установлен на входном участке вала 10 выше входного модуля 1, при этом его напорный орган 4 насажен на входной участок 10 с помощью шпоночного соединения. Расположенное выше сепарационное осевое колесо 6 закреплено на входном участке вала 10 с помощью шлицев.

Головка-разделитель 11 имеет подвижную вращающуюся часть 12, соединенную с выходным участком вала 13 с помощью шлицев, и неподвижную часть 14, закрепленную в корпусе 2. Неподвижная часть 14 головки-разделителя 11 представляет собой неподвижные осевые спиральные каналы 16, связанные с выкидными отверстиями 15 для выброса отсепарированного газа в затрубное пространство. Подвижная вращающаяся часть 12 головки-разделителя 11 предназначена для передачи вращения на выходной участок вала 13 и расположена со стороны верхнего конца сепарационной камеры 17 с присоединением к гильзе 7.

Сепарационная камера 17, представляющая цилиндрическую область между сепарационным осевым колесом 6 и головкой-разделителем 11, свободную от вала, обеспечивает устойчивое вращение потока жидкости независимо от величины подачи и, как следствие, улучшает качество сепарации.

Присоединенные к гильзе 7 сепарационное осевое колесо 6 снизу и головка-разделитель 11 сверху выполняют функцию передаточных механизмов (муфт), через них вращающий момент с входного участка вала 10 передается на гильзу 7, а с нее на выходной участок вала 13, который связан с расположенным выше добывающим насосом.

Центробежный газосепаратор работает следующим образом.

При включении установки входной участок вала 10 приводится во вращение и ГЖС поступает через проточные каналы входного модуля 1 в напорный блок 3, где происходит передача энергии от входного участка вала 10 потоку, который первоначально закручивается напорным органом 4 (шнеком или осевым колесом), а затем попадает в проточные каналы направляющего аппарата 5, где радиальная составляющая скорости преобразуется в осевую.

Осевой поток из направляющего аппарата 5 поступает в сепарационное осевое колесо 6, в котором смесь вновь раскручивается радиальными цилиндрическими лопастями 8 и переходит в сепарационную камеру 17. Вращающиеся лопасти 8, закрепленные на гильзе 7, приводят последнюю во вращение. Соединенная с верхней частью гильзы 7 подвижная часть 12 головки-разделителя 11 раскручивается и передает крутящий момент с гильзы 7 на выходную часть вала 13, приводя ее в движение.

В поле центробежных сил в сепарационной камере 17 происходит сепарация ГЖС с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру. На выходе из гильзы 7 с помощью подвижной вращающейся части 12 головки-разделителя газовая фаза направляется в неподвижную часть 14, движется по спиральным каналам 16 и сбрасывается в затрубное пространство через выкидные отверстия 15. Жидкая фаза с периферии сепарационной камеры 17 подается на вход первой секции добывающего насоса.

Таким образом, использование заявляемой конструкции позволяет отсепарировать газ от жидкости с высокой эффективностью, в связи с отсутствием центробежной неустойчивости на всем диапазоне подач.

1. Центробежный газосепаратор, включающий корпус, входной модуль, вал, головку-разделитель с отводами для сброса отсепарированного газа в затрубное пространство и сепарационный блок, имеющий внешнюю цилиндрическую гильзу и насаженное на вал сепарационное осевое колесо, отличающийся тем, что сепарационный блок дополнительно снабжен сепарационной камерой, расположенной ниже головки-разделителя, выполненной из подвижной вращающейся части и неподвижных осевых спиральных каналов, связанных с отводами - выкидными отверстиями для сброса отсепарированного газа, вал разделен на входной и выходной участки, размещенные за пределами сепарационной камеры, на входном участке вала выше входного модуля установлен напорный блок, состоящий из напорного органа и направляющего аппарата, гильза установлена вокруг сепарационной камеры и соединена внизу с сепарационным осевым колесом, а вверху с вращающейся частью головки-разделителя с передачей вращения с входного участка вала на выходной участок.

2. Центробежный газосепаратор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве напорного органа использовано осевое колесо.

3. Центробежный газосепаратор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве напорного органа использован шнек.

4. Центробежный газосепаратор по п. 1, отличающийся тем, что гильза выполнена сборной.



 

Похожие патенты:

Заявлено входное устройство глубинного скважинного насоса. Техническим результатом является эффективное отделения механических примесей не зависимо от вязкости скважинной жидкости за счет наличия фильтра на входе и минимизирование попадания газа на вход насоса за счет его отделения и отвода в скважину.

Группа изобретений относится к способу откачивания пластовой жидкости с повышенным содержанием газа и абразивных частиц и погружной установке с лопастным насосом и газосепаратором для осуществления способа. Техническим результатом группы изобретений является повышение надежности и эффективности работы установки с газосепаратором и лопастным насосом.

Предложена система очистки от механических примесей для добывающих скважин. Техническим результатом является повышение надежности и срока эксплуатации системы.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для разделения продукции скважин на нефтяных месторождениях поздней стадии разработки. Блочная установка кустовой сепарации включает систему подачи водонефтяной эмульсии (ВНЭ) из сборного коллектора скважин или АГЗУ, блок сепарации, систему отвода воды из блока сепарации в систему ППД, систему отвода обезвоженной водонефтяной эмульсии из блока сепарации, систему подачи реагента, систему сбора и подачи газа.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности для освоения и эксплуатации добывающих скважин на месторождениях нефти с высоким газовым фактором. Технический результат – повышение эффективности способа.

Изобретение относится к системам очистки добывающих скважин с применением гравитационного фильтра. Технический результат заключается в возможности эксплуатации в агрессивных средах, упрощении монтажа системы, возможности автономного, независимого от погружной насосной установки, монтирования, возможности достаточно легкого извлечения и очистки системы, долговечности фильтра.

Изобретение относится к добыче метана из подводных залежей гидрата метана. Установка содержит подводную скважину, проходящую от морского дна до пласта гидрата метана, включающую обсадную колонну, проходящую в подводную скважину, узел управления подводной скважиной, имеющий канал с клапаном управления скважиной.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в установках погружных электроцентробежных насосов с погружными электродвигателями в кожухе, перекачивающих из скважин газожидкостные смеси с высоким содержанием газа. Обеспечивает повышение эффективности и надежности эксплуатации погружного электроцентробежного насоса с погружным электродвигателем в кожухе для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа за счет разделения газожидкостной смеси и эффективного охлаждения погружного электродвигателя.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для добычи нефти, и может быть использовано при эксплуатации насосного оборудования для очистки жидкостей от механических примесей при их подаче в подземные скважины. Техническим результатом является повышение эффективности очистки жидкости от механических примесей.

Изобретение относится к устройствам для применения в нефтяной промышленности и водном хозяйстве, в частности в электропогружных насосных агрегатах для добычи жидкости из скважин. Технический результат заключается в обеспечении эффективного отделения из перекачиваемой жидкости механических примесей в широком диапазоне размеров, а также в повышении надежности и долговечности погружного скважинного насоса без существенного усложнения существующих сепарирующих устройств.

Группа изобретений относится к способу откачивания пластовой жидкости с содержанием газа и абразивных частиц, а также к погружной установке. Техническим результатом является повышение надежности и эффективности работы погружной установки с газосепаратором и лопастным насосом. Способ заключается в подводе газожидкостной смеси в газосепаратор через основание, повышении напора газожидкостной смеси в шнековом узле, закручивании и разделении потока газожидкостной смеси в сепарационной камере с последующим отводом через головку большей части отсепарированного газа в затрубное пространство и дегазированной жидкости в лопастной насос с последующим сжатием и растворением оставшегося газа. Газожидкостную смесь направляют через конусообразный диффузорный участок основания в шнековый узел, подводя газожидкостную смесь в сепарационную камеру с градиентом давления. Газожидкостную смесь направляют в установленную в головке разделительную втулку, установленную с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности сепарационной камеры. С помощью разделительной втулки формируют две области: отвода дегазированной жидкости и отвода отсепарированного газа, удаленные друг от друга. Область отвода дегазированной жидкости приближена к периферии сепарационной камеры, а область отвода отсепарированного газа приближена к валу. Дегазированную жидкость отбирают с периферии сепарационной камеры, отсепарированный газ – из области сепарационной камеры, близкой к валу. Разделительную втулку выполняют с конусообразным конфузорным участком на внутренней поверхности, образованным минимальным внутренним диаметром, расположенным до области отвода отсепарированного газа по ходу потока, и максимальным внутренним диаметром, равным внешнему диаметру разделительной втулки. Указанный минимальный внутренний диаметр разделительной втулки меньше указанного внешнего, по крайней мере, на 25%. На входе в шнековый узел основание выполняют с конусообразным диффузорным участком, образованным минимальным внутренним диаметром, расположенным на пересечении с подводящими каналами, и максимальным внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру защитной гильзы. Указанный минимальный внутренний диаметр диффузорного участка, по крайней мере, на 9% меньше внутреннего диаметра защитной гильзы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх