RU109793U1

RU109793U1 - COMPRESSION GAS SEPARATOR ZhNSh

Info

Publication number: RU109793U1
Application number: RU2011131706/03U
Authority: RU
Inventors: Али Тельманович Нагиев; Владимир Васильевич Жеребцов
Original assignee: Али Тельманович Нагиев; Владимир Васильевич Жеребцов
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2011-10-27

Abstract

1. Компрессионный газосепаратор, содержащий цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, сепарационный узел, узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, отличающийся тем, что в узле ввода расположена подготовительная газоотделительная камера, состоящая из последовательно расположенных кавитирующих колес, с находящимся между ними подпружиненным компрессионным рабочим колесом, имеющим возможность осевого перемещения, при этом в узле отвода отсепарированного газа расположены клиновидные окна-отверстия, защищенные фильтрующим элементом, на входе в сепарационный барабан установлено бустерное мультифазное рабочее колесо, конструкция которого содержит лопасти, установленные на втулке, ступицу, установленную на валу, между ступицей и втулкой установлен диск, в котором изготовлено, по крайней мере, одно отверстие. ! 2. Компрессионный газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что во втулке бустерного мультифазного рабочего колеса или многозаходного шнека, между парой лопастей изготовлено, по крайней мере, одно сквозное отверстие. ! 3. Компрессионный газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что на его входе установлен фильтр механических примесей. ! 4. Компрессионный газосепаратор по п.1, отличающийся тем, что на его выходе установлена камера мелкодисперсного перемешивания, которая содержит последовательно расположенные в обойме винты большого (первичная диспергирующая камера) и малого (вторичная диспергирующая камера) объемов. 1. A compression gas separator comprising a cylindrical body and a shaft on which an input unit, a separation unit, a unit for removing the separated gas into the annulus are arranged sequentially in the direction of flow, characterized in that a preparation gas separation chamber consisting of cavitation wheels located in series is located , with a spring-loaded compression impeller located between them, with the possibility of axial movement, while in the unit for removing the separated ha there are wedge-shaped windows-openings protected by a filtering element; a multiphase impeller is installed at the inlet of the separation drum, the design of which contains blades mounted on the sleeve, a hub mounted on the shaft, a disk is installed between the hub and the sleeve, at least least one hole. ! 2. The compression gas separator according to claim 1, characterized in that at least one through hole is made between the pair of blades in the bushing of the booster multiphase impeller or multiple feed screw. ! 3. The compression gas separator according to claim 1, characterized in that a filter of mechanical impurities is installed at its inlet. ! 4. The compression gas separator according to claim 1, characterized in that a finely dispersed mixing chamber is installed at its outlet, which contains large (primary dispersing chamber) and small (secondary dispersing chamber) screws sequentially located in the holder.

Description

Полезная модель относится к насосостроению и может быть использована при добыче нефти с высоким содержанием газа и абразивных частиц.The utility model relates to pump engineering and can be used in oil production with a high content of gas and abrasive particles.

Известны газосепараторы, предназначенные для отделения свободного газа из откачиваемой газожидкостной смеси на входе погружного центробежного насоса (Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти". М., 1999, стр.293-319). В указанном источнике широко представлены известные газосепараторы, выпускаемые как отечественными производителями, так и зарубежными фирмами. Известные газосепараторы содержат размещенные в корпусе и последовательно установленные на валу по ходу прохождения потока откачиваемой газожидкостной смеси шнек, рабочее колесо и сепараторы. При этом шнек создает напор, рабочее колесо закручивает поток газожидкостной смеси, сепараторы производят отделение газа от жидкости с последующим выводом его в затрубное пространство и подачи жидкости на прием насоса.Known gas separators designed to separate free gas from the pumped gas-liquid mixture at the inlet of a submersible centrifugal pump (International translator "Installations of submersible centrifugal pumps for oil production". M., 1999, pp. 293-319). In the specified source, well-known gas separators produced by both domestic manufacturers and foreign firms are widely represented. Known gas separators comprise a screw, an impeller, and separators, arranged in a housing and sequentially mounted on the shaft along the passage of the flow of the pumped gas-liquid mixture. In this case, the screw creates a pressure, the impeller spins the flow of the gas-liquid mixture, the separators separate the gas from the liquid, followed by its output into the annulus and supply the liquid to the pump intake.

Для формирования напора в газосепараторе обычно используется шнек либо шнек совместно с установленным за ним спрямляющим аппаратом (Патент RU №2027912, дата подачи 28.02.1991 г., МПК6 F04D 13/10). Напор, создаваемый шнеком, является недостаточным для последующего эффективного отделения газа из газожидкостной смеси и удаления отсепарированного газа в затрубное пространство. Перечисленные недостатки приводят к снижению сепарирующих свойств газосепаратора.For the formation of pressure in the gas separator, a screw or a screw is usually used together with a straightening device installed behind it (Patent RU No. 2027912, filing date 02/28/1991, IPC6 F04D 13/10). The pressure generated by the screw is insufficient for the subsequent efficient separation of gas from the gas-liquid mixture and removal of the separated gas into the annulus. These disadvantages lead to a decrease in the separating properties of the gas separator.

В конструкциях газосепараторов, выполненных со спрямляющим аппаратом, расположенным за шнеком, обеспечивается частичное устранение указанных недостатков за счет выравнивания потока газожидкостной смеси в проточной части газосепаратора. Однако напор, формируемый шнеком и спрямляющим аппаратом, из-за конструктивных возможностей шнека не может быть создан достаточным для осуществления эффективного удаления отсепарированного газа. Даже использование лопастного рабочего колеса суперкаветирующего типа, описанное в патенте RU №2027912 не обеспечивает создания необходимого напора.In the designs of gas separators made with a straightening device located behind the screw, a partial elimination of these disadvantages is ensured by equalizing the flow of the gas-liquid mixture in the flow part of the gas separator. However, the pressure generated by the screw and the straightener, due to the design capabilities of the screw cannot be created sufficient to effect the effective removal of the separated gas. Even the use of a super impeller type impeller, described in patent RU No. 2027912 does not provide the necessary pressure.

Вместе с тем известно, что на эффективность работы центробежного газосепаратора и, соответственно, на его сепарирующие свойства значительное влияние оказывает именно напор газожидкостной смеси, который необходим для преодоления сопротивлений, включая давление жидкости, на пути отвода газа после сепарации в затрубное пространство (см., например. Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов", стр.296).At the same time, it is known that the efficiency of a centrifugal gas separator and, accordingly, its separating properties are significantly affected by the pressure of the gas-liquid mixture, which is necessary to overcome the resistances, including the liquid pressure, on the gas discharge path after separation into the annulus (see, for example, the international translator "Installations of submersible centrifugal pumps", p. 266).

Известен газосепаратор скважинного центробежного насоса RU 2274768 С2, содержащий размещенные в корпусе и последовательно установленные на валу по ходу прохождения потока газожидкостной смеси шнек, спрямляющий аппарат с неподвижными лопатками, рабочее лопастное колесо и разделитель потока, выход которого по жидкости связан с входом насоса, а выход по газу сообщен с затрубным пространством, отличающийся тем, что между шнеком и спрямляющим аппаратом установлено дополнительно осевое лопастное колесо, подвижные лопатки которого совместно с неподвижными лопатками спрямляющего аппарата образуют осевую ступень насоса, при этом лопатки рабочего лопастного колеса забандажированы внешним ободом.Known gas separator of a borehole centrifugal pump RU 2274768 C2, comprising a screw, a straightening apparatus with fixed vanes, an impeller and a flow separator, the fluid outlet of which is connected to the pump inlet and the outlet the gas is in communication with the annulus, characterized in that between the auger and the straightening apparatus an additional axial impeller is installed, the movable blades of which together with flow straightener moving blades form an axial pump stage, wherein the impeller blade working zabandazhirovany outer rim.

Недостатком данного устройства является недостаточно эффективная работа по отделению свободного газа при большой подаче пластовой жидкости. За счет того, что рабочее колесо, которое подводит газожидкостную смесь непосредственно к сепарационной камере, не может эффективно закрутить поток газожидкостной смеси. Густота лопастной решетки недостаточна. При попытке увеличить число лопастей проточная часть будет перекрыта газовыми кавернами.The disadvantage of this device is the lack of effective work on the separation of free gas with a large supply of reservoir fluid. Due to the fact that the impeller, which brings the gas-liquid mixture directly to the separation chamber, cannot effectively swirl the gas-liquid mixture flow. The density of the lobed lattice is insufficient. When you try to increase the number of blades, the flow part will be blocked by gas caverns.

Известен газосепаратор [RU 2363842 С1], 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 лопастями, наклоненными в сторону вращения, при этом лопасть расположена под углом к оси вращения.Known gas separator [RU 2363842 C1], comprising a cylindrical body and a shaft on which an input unit, a pressure unit, a separation unit and a unit for removing the separated gas into the annulus are arranged sequentially in the direction of flow, the separation unit is made in the form of a screw with blades tilted to the side rotation, while the blade is located at an angle to the axis of rotation.

Недостатками вышеуказанного оборудования являются то, что при закупоривании отверстий модульной секции УЭЦН происходит перераспределение потока газожидкостной эмульсии (ГЖЭ), механические примеси с ГЖЭ попадают через газоотводные отверстия газосепаратора во внутреннюю полость и далее на прием насоса. Как следствие происходит засорение УЭЦН механическими примесями и заклинивание валов УЭЦН. В дальнейшем рабочие органы УЭЦН разрушаются.The disadvantages of the above equipment are that when the holes of the ESP module are clogged, redistribution of the gas-liquid emulsion (GLC) flow occurs, mechanical impurities from the GEC pass through the gas outlet of the gas separator into the internal cavity and then to the pump intake. As a result, the ESP is clogged with mechanical impurities and the ESP shafts are jammed. In the future, the working bodies of the ESP are destroyed.

Также недостатком газосепараторов является низкая эффективность подготовки ГЖЭ к отделению свободного газа. Наличие одной кавитирующей ступени для этого недостаточно.Another disadvantage of gas separators is the low efficiency of preparing GLC for separation of free gas. The presence of one cavitating step is not enough for this.

Изобретение направлено на повышение надежности работы газосепаратора, повышение сепарирующих свойств. Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в создание комрессионного газосепаратора ЖНШ (где Ж-Жеребцов, Н-Нагиев, Ш-Шатский), способного длительное время безаварийно работать в жидкости, содержащей абразивные частицы, с высокими сепарирующими свойствами.The invention is aimed at improving the reliability of the gas separator, increasing the separating properties. The technical result achieved by the proposed utility model consists in the creation of a ZhNSh compression gas separator (where Zh-Zherebtsov, N-Nagiyev, Sh-Shatsky), capable of working trouble-free for a long time in a fluid containing abrasive particles with high separating properties.

Указанный технический результат достигается тем, что компрессионный газосепаратор ЖНШ, содержащий цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, сепарационный узел, узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, согласно изобретению, в узле ввода расположена подготовительная газоотделительная камера, состоящая из последовательно расположенных кавитирующих колес, с находящимся между ними подпружиненным компрессионным рабочим колесом, имеющим возможность осевого перемещения, при этом в узле отвода отсепарированного газа расположены клиновидные окна-отверстия, защищенные фильтрующим элементом, на входе в сепарационный барабан установлено бустерное мультифазное рабочее колесо, конструкция которого содержит лопасти, установленные на втулке, ступицу, установленную на валу, между ступицей и втулкой установлен диск, в котором изготовлено, по крайней мере, одно отверстие.The specified technical result is achieved by the fact that the ZhNSh compression gas separator comprising a cylindrical body and a shaft on which an input unit, a separation unit, a unit for removing the separated gas into the annulus are arranged sequentially in the direction of flow, according to the invention, a preparation gas separation chamber is located in the input unit from successively arranged cavitating wheels, with a spring loaded compression impeller located between them, with the possibility of axial displacement, while in the site of separation of the separated gas there are wedge-shaped windows-openings protected by a filtering element, a booster multiphase impeller is installed at the inlet of the separation drum, the structure of which contains blades mounted on the sleeve, a hub mounted on the shaft, between the hub and the sleeve is installed a disk in which at least one hole is made.

Кроме того во втулке бустерного мультифазного рабочего колеса, между парой лопастей изготовлено, по крайней мере, одно сквозное отверстие.In addition, at least one through hole is made in the hub of the booster multiphase impeller between the pair of blades.

Кроме того на входе в газосепаратор установлен фильтр механических примесей ЖНШ.In addition, at the inlet to the gas separator, a filter of mechanical impurities of the ZhNSh is installed.

Кроме того на выходе газосепаратора установлена камера мелкодисперсного перемешивания, которая содержит последовательно расположенные в обойме винты большого (первичная диспергирующая камера) и малого (вторичная диспергирующая камера) объемовIn addition, a fine-dispersed mixing chamber is installed at the outlet of the gas separator, which contains successively large screws (primary dispersing chamber) and small (secondary dispersing chamber) volumes in series

Проблема засорения газоотводных отверстий решается применением защитного фильтроэлемента и клиновидных окон-отверстий для отвода газа.The problem of clogging of gas vents is solved by the use of a protective filter element and wedge-shaped window-openings for gas exhaust.

Увеличение надежности газосепаратора предлагаемой конструкции и решение вопроса увеличения эффективности подготовки ГЖЭ к отделению свободного газа достигается благодаря введению в конструкцию камеры подготовки к газоотделению состоящую из последовательно расположенных компрессионных кавитирующих колес, подпружинного узла компрессионного рабочего колеса с камерой разрежения.An increase in the reliability of the gas separator of the proposed design and a solution to the problem of increasing the efficiency of preparing GLC for separation of free gas is achieved by introducing into the design of the chamber for preparation for gas separation consisting of sequentially located compression cavitation wheels, a spring-loaded unit of the compression impeller with a rarefaction chamber.

Бустерное мультифазное рабочее колесо позволяет эффективно подводить газожидкостную смесь к сепарационному барабану без диспергирования за счет того, что имеет достаточную густоту лопастной решетки. В конструкции колеса использован эффективный способ предотвращения акустического запирания потока газожидкостной смеси в лопастной решетке путем сепарирования фаз за счет вращения многофазного потока, и удаления отсепарированной газовой фазы к ступице.The multi-phase booster impeller makes it possible to efficiently supply the gas-liquid mixture to the separation drum without dispersion due to the fact that it has sufficient paddle density. The wheel design used an effective way to prevent acoustic locking of the gas-liquid mixture flow in the paddle by separating the phases by rotating the multiphase flow and removing the separated gas phase to the hub.

Газовая фаза удаляется более эффективно при наличии сквозных радиальных отверстий во втулке колеса.The gas phase is removed more efficiently when there are through radial holes in the wheel hub.

Фильтр механических примесей ЖНШ, установленный на входе в газосепаратор, позволяет эффективно устранять попадание механических примесей на входе в насос и газосепаратор. Увеличить ресурс работы установки при наличии в пластовой жидкости повышенной концентрации механических примесей.The ZhNSh mechanical impurity filter installed at the inlet to the gas separator can effectively eliminate the ingress of mechanical impurities at the inlet to the pump and gas separator. To increase the service life of the installation if there is an increased concentration of mechanical impurities in the reservoir fluid.

Камера мелкодисперсного перемешивания, которая содержит последовательно расположенные в обойме винты большого (первичная диспергирующая камера) и малого (вторичная диспергирующая камера) объемов установленная на выходе из газосепаратора позволяет эффективно диспергировать не удаленный свободный газ и тем самым увеличить энергетические характеристики центробежного насоса повысить его надежность.The fine-mixing chamber, which contains screws of large (primary dispersing chamber) and small (secondary dispersing chamber) volumes sequentially located in the cage installed at the outlet of the gas separator, allows efficiently dispersing undisturbed free gas and thereby increasing the energy characteristics of a centrifugal pump to increase its reliability.

Улучшение эффекта миксирования и скорости газожидкостного потока в диспергаторе происходит за счет изменения в камере мелкодисперсного перемешивания, которая представляет из себя первичную диспергирующую камеру с расположением в обойме винтов большого объема и вторичную диспергирующую камеру с расположением в обойме винтов малого объема.Improving the mixing effect and the gas-liquid flow rate in the dispersant occurs due to a change in the fine-mixing chamber, which is a primary dispersing chamber with a large volume of screws in the holder and a secondary dispersing chamber with small volume screws in the holder.

Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид газосепаратора. На фиг.2 представлены узел ввода, сепарационный узел, разделитель. На фиг.3 изображено бустерное мультифазное рабочее колесо, вид в изометрии.The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the gas separator. Figure 2 presents the input node, separation unit, separator. Figure 3 shows a booster multiphase impeller, an isometric view.

Компрессионный газосепаратор состоит из вала 1, основания 2, шнека 3, компрессионных кавитирующих колес 4 и 6, камеры разряжения и стабилизации с подпружиненным компрессионным рабочим колесом 5, сепарационного узла 7, разделителя потока 8, клиновидных окон-отверстий 9, фильтрующего элемента 10, камеры мелкодисперсного перемешивания, которая состоит из первичной диспергирующей камеры 11 и вторичной диспергирующей камеры 12. В состав газосепаратора входит головка 13, бустерное мультифазное рабочее колесо 14 установлено на валу 1 в корпусе 15. Конструкция бустерного мультифазного рабочего колеса 14 содержит ступицу 16, диск 17 с отверстиями 18, втулку 19 с лопастями 20 и сквозными отверстиями 21. Сепарационный барабан 22 установлено на валу 1 в корпусе 15.A compression gas separator consists of a shaft 1, a base 2, a screw 3, compression cavitation wheels 4 and 6, a vacuum and stabilization chamber with a spring-loaded compression impeller 5, a separation unit 7, a flow divider 8, wedge-shaped openings 9, a filter element 10, a chamber fine mixing, which consists of a primary dispersing chamber 11 and a secondary dispersing chamber 12. The gas separator includes a head 13, a multi-phase booster impeller 14 is mounted on the shaft 1 in the housing 15. Ktsia multiphase boost impeller 14 comprises a hub 16, a disk 17 with apertures 18, the sleeve 19 with the blades 20 and the through holes 21. The separation drum 22 is mounted on the shaft 1 in the housing 15.

Устройство работает следующим образом. Газо-жидкостная эмульсия (ГЖЭ) через приемное устройство УЭЦН попадает на шнек 3, затем поступательно двигающееся ГЖЭ подает в подготовительную камеру с подпружиненным компрессионным рабочим колесом 5, проходя через компрессионное кавитирующее колесо 4, где происходит укрупнение пузырьков. В дальнейшем кавитирующее колесо 6 изменяет направление движения ГЖЭ.The device operates as follows. The gas-liquid emulsion (GLC) passes through the ESP unit to the screw 3, then the progressively moving GEC moves into the preparation chamber with a spring-loaded compression impeller 5, passing through the compression cavitation wheel 4, where the bubbles are enlarged. Subsequently, the cavitating wheel 6 changes the direction of motion of the GLC.

Бустерное мультифазное рабочее колесо 14 позволяет эффективно подводить газожидкостную смесь к сепараторам 7 за счет того, что лопасти 20 имеют достаточную густоту лопастной решетки. В конструкции колеса 14 использован эффективный способ предотвращения акустического запирания потока газожидкостной смеси в лопастной решетке путем сепарирования фаз за счет вращения многофазного потока, и удаления отсепарированной газовой фазы к ступице 16 через сквозные радиальные отверстия 21 во втулке колеса 19. Отсепарированный газ поступает в сепараторы 7 через отверстия 18 в диске 17.The booster multiphase impeller 14 allows you to effectively bring the gas-liquid mixture to the separators 7 due to the fact that the blades 20 have a sufficient density of the blade grid. In the design of the wheel 14, an effective method has been used to prevent acoustic blocking of the gas-liquid mixture flow in the paddle by separating the phases by rotating the multiphase flow and removing the separated gas phase to the hub 16 through the through radial holes 21 in the wheel hub 19. The separated gas is supplied to the separators 7 through holes 18 in the disk 17.

Газожидкостная эмульсия, поднимаясь вдоль вращающихся сепарационных барабанов 22, освобождается от газа через разделитель потока 8. Освобожденный газ выводится через клиновидные окна-отверстия 9, защищенные фильтрующим элементом 10. Далее частично сепарированная неоднородная ГЖЭ направляется в первичную диспергирующую камеру 11 увеличенного объема миксирования, где происходит сжатие неоднородных пузырьков газа. Затем попадая во вторичную камеру 12 происходит окончательное миксирование ГЖЭ до однородного состояния. Подготовленная, сепарированная и миксированная ГЖЭ попадает на прием насоса УЭЦН.The gas-liquid emulsion, rising along the rotating separation drums 22, is freed of gas through the flow separator 8. The released gas is discharged through wedge-shaped openings 9, protected by the filter element 10. Then, the partially separated inhomogeneous GLC is sent to the primary dispersing chamber 11 with an increased mixing volume, where compression of heterogeneous gas bubbles. Then, getting into the secondary chamber 12, the final mixing of the GLC to a uniform state occurs. Prepared, separated and mixed GLC gets to the reception of the ESP pump.

Claims

1. A compression gas separator comprising a cylindrical body and a shaft on which an input unit, a separation unit, a unit for removing the separated gas into the annulus are arranged sequentially in the direction of flow, characterized in that a preparation gas separation chamber consisting of cavitation wheels located in series is located , with a spring-loaded compression impeller located between them, with the possibility of axial movement, while in the unit for removing the separated ha there are wedge-shaped windows-openings protected by a filtering element; a multiphase impeller is installed at the inlet of the separation drum, the design of which contains blades mounted on the sleeve, a hub mounted on the shaft, a disk is installed between the hub and the sleeve, at least least one hole.

2. The compression gas separator according to claim 1, characterized in that at least one through hole is made between the pair of blades in the bushing of the booster multiphase impeller or multiple feed screw.

3. The compression gas separator according to claim 1, characterized in that a filter of mechanical impurities is installed at its inlet.

4. The compression gas separator according to claim 1, characterized in that a fine-dispersed mixing chamber is installed at its outlet, which contains large (primary dispersing chamber) and small (secondary dispersing chamber) screws sequentially arranged in a holder.