RU136503U1

RU136503U1 - ADVANCED DEVICE FOR PROCESSING A GAS-LIQUID MIXTURE

Info

Publication number: RU136503U1
Application number: RU2012121652/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Пещеренко; Марина Петровна Пещеренко; Максим Олегович Перельман; Алексей Евгеньевич Кобяков; Анатолий Александрович Ивашов; Ольга Николаевна Грачева
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2014-01-10

Abstract

Предвключенное устройство погружного насоса для обработки газожидкостной смеси, включающее диспергатор в виде пакета ступеней, состоящих из статоров-втулок и роторов, имеющих на поверхностях сопряжения выступы и впадины, и установленный перед диспергатором напорный блок, выполненный из пакета осевых ступеней, каждая из которых содержит рабочее колесо, имеющее втулку со спиральными лопастями, и направляющий аппарат, отличающееся тем, что вдоль входной кромки спиральных лопастей рабочих колес выполнены сквозные отверстия, обеспечивающие дополнительную диспергацию потока.An upstream submersible pump device for processing a gas-liquid mixture, including a disperser in the form of a package of steps, consisting of stator sleeves and rotors having protrusions and depressions on the mating surfaces, and a pressure unit installed in front of the disperser made of a package of axial steps, each of which contains a working a wheel having a sleeve with spiral blades and a guiding apparatus, characterized in that through holes are made along the input edge of the spiral blades of the impellers, providing additional flow dispersion.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к насосостроению, в частности к бессепарационным предвключенным устройствам для многоступенчатых погружных насосов, и может использоваться для обеспечения устойчивой работы насоса при подъеме из скважин водонефтяных смесей с высоким содержанием нерастворенного газа.The proposed utility model relates to pump engineering, in particular to non-separating upstream devices for multistage submersible pumps, and can be used to ensure stable operation of the pump when lifting oil-water mixtures with a high content of undissolved gas.

Известна конструкция предвключенного устройства, содержащего цилиндрический корпус с размещенным на валу пакетом осевых ступеней, каждая из которых состоит из рабочего колеса, имеющего втулку с одной-четырьмя спиральными лопастями переменного шага, и направляющего аппарата с лопастями двойной кривизны (патент РФ №2368812С1, МПК F04D 13/10, опубл. 27.09.2009). Конфигурация лопастей обеспечивает течение потока с минимальной завихренностью в максимально широком диапазоне подач. За счет сжатия и частичного диснергирования газожидкостной смеси такое предвключенное устройство обеспечивает устойчивую работу основного центробежного насоса.The known design of the upstream device containing a cylindrical housing with a package of axial steps placed on the shaft, each of which consists of an impeller having a sleeve with one to four spiral blades of variable pitch, and a guiding apparatus with double curvature blades (RF patent No. 2368812C1, IPC F04D 13/10, publ. 09/27/2009). The configuration of the blades ensures the flow with minimal vortex in the widest possible range of feeds. Due to compression and partial disnergation of the gas-liquid mixture, such an upstream device ensures the stable operation of the main centrifugal pump.

Недостатком данной конструкции является существенное снижение напора, развиваемого устройством при высокой концентрации газа, что вызывает необходимость применения большого числа осевых ступеней, значительно увеличивающих длину и, соответственно, себестоимость пред включенного устройства.The disadvantage of this design is a significant decrease in the pressure developed by the device at a high gas concentration, which necessitates the use of a large number of axial stages, which significantly increase the length and, accordingly, the cost of the device turned on.

Известна модификация предвключенного мультифазного устройства, состоящего из осевых ступеней, рабочие колеса которых имеют сквозные щелевые отверстия, выполненные по краю входной кромки лопасти (патент РФ №242858801. MПК F04D 13/10, опубл. 10.09.2011). Отверстия на лопастях рабочего колеса измельчают газовые пузыри, попадающие в проточные каналы вместе с пластовой жидкостью и дополнительно турбулизируют ноток, обеспечивая увеличение напора при высоком газосодержании и более устойчивую работу погружного насоса. По сравнению с мультифазным осевым насосом без отверстий, такое предвключенное устройство устойчиво работает на газожидкостных смесях с большим содержанием нерастворенного газа, поэтому при одинаковой концентрации газа будет состоять из меньшего числа ступеней. Например, для устойчивой работы на смеси, содержащей 45% свободного газа, в 5А габарите вместо 13 обычных осевых ступени с общей длиной 2.0 м, потребуется 9 осевых ступеней с отверстиями (общая длина 1.8 м). Таким образом, использование осевых рабочих колес с отверстиями па лопастях уменьшает необходимое количество ступеней в устройстве, по его общая длина и себестоимость остаются высокими.A known modification of the upstream multiphase device, consisting of axial stages, the impellers of which have through slotted holes made along the edge of the input edge of the blade (RF patent No. 242858801. IPC F04D 13/10, published on 09/10/2011). The holes on the impeller blades crush the gas bubbles falling into the flow channels along with the reservoir fluid and additionally turbulent the note, providing an increase in pressure with high gas content and more stable operation of the submersible pump. Compared to a multi-phase axial pump without holes, such an upstream device works stably on gas-liquid mixtures with a high content of undissolved gas, therefore, at the same gas concentration it will consist of fewer stages. For example, for stable operation on a mixture containing 45% free gas, in 5A dimensions, instead of 13 conventional axial stages with a total length of 2.0 m, 9 axial stages with holes (total length 1.8 m) will be required. Thus, the use of axial impellers with holes on the blades reduces the required number of steps in the device, and its total length and cost remain high.

Кроме того, данное предвключенное устройство, как типичный представитель насосов осевого типа, устойчиво работает в диапазоне быстроходностей от 150 и выше, что соответствует средним и большим подачам жидкости при частоте вращения вала 2910 об/мин.In addition, this upstream device, as a typical representative of axial type pumps, stably operates in the speed range of 150 and higher, which corresponds to medium and large fluid flows at a shaft rotation speed of 2910 rpm.

Альтернативой описанной конструкции является предвключепное устройство, представляющее собой диспергатор лабиринтного типа (Ш.Р. Агеев, Б.Е. Григорян, Г.П. Макиенко. "Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение". Энциклопедический справочник. Пермь, ООО «Прогресс-Мастер», 2007, стр.288-290). Рабочими органами такого диспергатора являются статоры-втулки и расположенные внутри роторы-винты. На поверхностях сопряжения статоров и роторов выполнены выступы и впадины в виде нарезок специального профиля. Передача энергии от ротора-винта к жидкости происходит в результате обмена количествами движения жидкости, обтекающей винт-ротор, с жидкостью, обтекающей втулку-статор. Жидкость располагается в ячейках, ограниченных с одной стороны двумя нарезками ротора, и с другой - двумя нарезками статора. Положение выступов нарезок ротора и статора непрерывно изменяется, поэтому возникают значительные градиенты скорости потока газожидкостной смеси, проходящей через такие рабочие органы, и, следовательно, интенсивная диснергания потока смеси.An alternative to the described construction is a pre-switch device, which is a labyrinth type disperser (Sh. R. Ageev, B. E. Grigoryan, G. P. Makienko. "Russian installations of vane pumps for oil production and their use." Encyclopedic Handbook. Perm, LLC Progress Master, 2007, pp. 288-290). The working bodies of such a dispersant are stator sleeves and rotor screws located inside. On the mating surfaces of the stators and rotors, protrusions and depressions are made in the form of cuts of a special profile. The energy transfer from the rotor-rotor to the fluid occurs as a result of the exchange of the quantities of motion of the fluid flowing around the rotor-screw with the fluid flowing around the stator bushing. The fluid is located in cells limited on one side by two slices of the rotor, and on the other by two slices of the stator. The position of the protrusions of the cuts of the rotor and stator is constantly changing, therefore, significant gradients of the flow rate of the gas-liquid mixture passing through such working bodies arise, and, consequently, intense disruption of the mixture flow.

Недостатком подобных устройств является низкая пропускная способность, обусловленная самой конструкцией ступеней (ступени выполнены по типу лабиринтного уплотнения), поэтому такие диспергаторы являются гидродинамическим сопротивлением для системы на больших подачах.The disadvantage of such devices is the low throughput, due to the design of the steps (the steps are made as a labyrinth seal), therefore, such dispersants are hydrodynamic resistance for the system at high feeds.

Таким образом, если мультифазные осевые насосы обеспечивают устойчивую работу основного насоса на средних и больших подачах, то диспергаторы лабиринтного типа - только на малых подачах.Thus, while multi-phase axial pumps provide stable operation of the main pump at medium and high flows, then labyrinth type dispersers - only at low flows.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является предвключенное устройство погружного насоса в виде газостабилизирующего модуля насоса, содержащего диспергатор, выполненный в виде ступеней, состоящих из статоров-втулок и роторов, имеющих на поверхностях сопряжения выступы и впадины, причем перед диспергатором установлен напорный блок, выполненный из пакета осевых ступеней (патент РФ на полезную модель №74976, МПК F04D 13/08, F04D 31/00, опубл. 20.07.2008 г.). Описанный газостабилизирующий модуль принимает скважинную жидкость, компрессирует ее в напорном блоке, удаляя нежелательные включения газообразной фазы, и, кроме того, диспергирует (дробит) газовые пузыри, создавая тем самым мультифазную среду, более благоприятную для работы центробежного насоса, чем пластовая жидкость без обработки. Использование этого модуля в составе установки перед центробежным насосом позволяет увеличить напор установки и расширить допустимый диапазон ее работы по газосодержанию.Closest to the claimed utility model is the upstream submersible pump device in the form of a gas stabilizing pump module containing a dispersant made in the form of steps consisting of stator bushings and rotors having protrusions and depressions on the mating surfaces, and a pressure unit made of package of axial stages (RF patent for utility model No. 74976, IPC F04D 13/08, F04D 31/00, publ. July 20, 2008). The described gas stabilization module receives the well fluid, compresses it in the pressure block, removing unwanted inclusions of the gaseous phase, and, in addition, disperses (crushes) gas bubbles, thereby creating a multiphase medium more favorable for the operation of a centrifugal pump than the formation fluid without treatment. Using this module as part of the installation in front of a centrifugal pump allows you to increase the pressure of the installation and expand the allowable range of its gas content.

Недостатком описанной полезной модели является незначительная степень диспергации газожидкостной смеси в описанном модуле, что демонстрируется данными графика на фиг. 3, подтверждающими эффективность газостабилизирующего модуля при существенно низких для выбранной частоты 9000 об/мин газосодержаниях (0-25%).A disadvantage of the described utility model is the insignificant degree of dispersion of the gas-liquid mixture in the described module, which is demonstrated by the graph data in FIG. 3, confirming the effectiveness of the gas stabilization module at substantially low gas contents (0-25%) for the selected frequency of 9000 rpm.

Задачей настоящей полезной модели является создание предвключенного устройства, эффективно диспергирующего газожидкостную смесь и обеспечивающего положительный напор в максимально широком диапазоне подач основных насосов.The objective of this utility model is to create an upstream device that efficiently disperses the gas-liquid mixture and provides positive pressure in the widest possible range of feeds of the main pumps.

Указанный технический результат достигается тем, что в предвключенном устройстве для обработки газожидкостной смеси, включающем диспергатор в виде пакета ступеней, состоящих из статоров-втулок и роторов, имеющих на поверхностях сопряжения выступы и впадины, и установленный перед диспергатором напорный блок, выполненный из пакета осевых ступеней, каждая из которых содержит рабочее колесо со спиральными лопастями, и направляющий аппарат, согласно полезной модели, вдоль входной кромки спиральных лопастей рабочих колес выполнены сквозные отверстия, обеспечивающие дополнительную диспергацию газожидкостной смеси.The specified technical result is achieved by the fact that in the upstream device for processing a gas-liquid mixture, including a dispersant in the form of a package of steps, consisting of stator sleeves and rotors having protrusions and depressions on the mating surfaces, and a pressure unit installed in front of the dispersant made of a package of axial steps , each of which contains an impeller with spiral blades, and a guide apparatus, according to a utility model, through the input edge of the spiral blades of the impellers are made through e openings providing additional dispersion of the gas-liquid mixture.

Наличие сквозных отверстий вдоль входной кромки спиральных лопастей обеспечивает эффективную дисперганию газожидкостной смеси, что создает напор в максимально широком диапазоне подач основных насосов в заданном габарите.The presence of through holes along the input edge of the spiral blades provides effective dispersion of the gas-liquid mixture, which creates a pressure in the widest possible range of feeds of the main pumps in a given size.

Комбинирование в предвключенном устройстве ступеней разного типа позволяет совместить преимущество диспергаторов лабиринтного типа на малых подачах с преимуществом мультифазных осевых устройств на средних и больших подачах, перекрыв, таким образом, одним устройством максимально широкий диапазон подач, включающий в себя малые, средние и большие подачи насосов заданного габарита.The combination of different types of stages in the upstream device allows you to combine the advantage of labyrinth type dispersants at low flows with the advantage of multiphase axial devices at medium and high flows, thus covering the widest range of flows, including small, medium and large pump flows of a given pump, with one device size.

Длина напорного блока выбирается такой, чтобы обеспечить необходимую максимальную подачу устройства, длина пакета лабиринтных ступеней - такой, чтобы диспергировать газожидкостную смесь. Признаком успешной работы заявляемого устройства является напор, создаваемый устройством в широком диапазоне подач при перекачивании газожидкостной смеси.The length of the pressure unit is chosen so as to provide the required maximum flow of the device, the length of the package of labyrinth steps is such as to disperse the gas-liquid mixture. A sign of the successful operation of the inventive device is the pressure created by the device in a wide range of feeds when pumping a gas-liquid mixture.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом устройства (фиг. 1) и общим видом рабочего колеса с диспергирующими отверстиями (фиг. 2), входящего в состав осевой ступени напорной секции.The essence of the claimed utility model is illustrated by the drawing of the device (Fig. 1) and a general view of the impeller with dispersing holes (Fig. 2), which is part of the axial stage of the pressure section.

Предвключенное диспергирующее устройство (фиг. 1) содержит узел подвода жидкости 1, последовательно расположенные на валу 2 осевые ступени, состоящие из рабочих колес 3 осевого типа и направляющих аппаратов 4, представляющие собой напорный блок. Над напорным блоком на валу 2 размещен пакет ступеней диспергатора лабиринтного типа, состоящих из статоров-втулок 5 и роторов-винтов 6, имеющих на поверхностях сопряжения выступы и впадины. В верхней части устройства установлен узел отвода 7, соединяющий предвключенное устройство с насосом. Рабочие колеса 3 имеют спиральные лопасти 8, на входных кромках которых выполнены сквозные отверстия 9 для дополнительной диспергации потока смеси (фиг. 2).The upstream dispersing device (Fig. 1) contains a fluid supply unit 1, axial stages sequentially located on the shaft 2, consisting of axial impellers 3 and guide vanes 4, which are a pressure unit. Above the pressure unit on the shaft 2 there is a package of steps of the labyrinth type dispersant, consisting of stator sleeves 5 and rotor screws 6 having protrusions and depressions on the mating surfaces. In the upper part of the device there is an outlet unit 7 connecting the upstream device to the pump. The impellers 3 have spiral blades 8, at the inlet edges of which through holes 9 are made for additional dispersion of the mixture flow (Fig. 2).

Заявляемое предвключенное устройство работает следующим образом. Газожидкостная смесь через узел подвода 1 поступает в рабочее колесо 3 напорного блока, сжимается и диспергируется в каждой из его осевых ступеней. В результате объем газа уменьшается, происходит увеличение его упругости и измельчение газовых пузырьков, что повышает устойчивость работы следующей ступени. Спиральная форма лопастей 8 осевых ступеней позволяет избежать образования неподвижных вихрей, являющихся ловушками для газовых пузырьков, что исключает возможность образования неподвижных газовых пробок и срыва подачи. Наличие отверстий 9 на лопастях 8 рабочего колеса 3 способствует дополнительному измельчению газовых пузырьков, попадающих в проточные каналы вместе с пластовой жидкостью. Далее поток поступает в направляющий аппарат 4, неподвижные лопасти которого спрофилированы так, чтобы минимизировать потери энергии на их обтекание и одновременно максимально погасить закрутку потока перед входом в следующую ступень, конструкция которой полностью повторяет предыдущую.The inventive upstream device operates as follows. The gas-liquid mixture through the supply unit 1 enters the impeller 3 of the pressure unit, is compressed and dispersed in each of its axial stages. As a result, the volume of the gas decreases, there is an increase in its elasticity and grinding of gas bubbles, which increases the stability of the next stage. The spiral shape of the blades of 8 axial steps allows you to avoid the formation of fixed vortices, which are traps for gas bubbles, which eliminates the possibility of the formation of stationary gas plugs and disruption of supply. The presence of holes 9 on the blades 8 of the impeller 3 contributes to the additional grinding of gas bubbles falling into the flow channels along with the reservoir fluid. Next, the flow enters the guiding apparatus 4, the fixed blades of which are profiled so as to minimize the energy loss on their flow and at the same time to extinguish the maximum swirl of the flow before entering the next stage, the design of which repeats the previous one.

После прохождения через напорный блок газожидкостная смесь под давлением подается па ступени диспергатора, где подвергается более интенсивному измельчению. За счет полукруглой формы винтовых канавок, образованных выступами и впадинами статоров-втулок 5 и роторов-винтов 6, происходит дополнительное повышение давления в газожидкостной смеси, что приводит к еще более сильному уменьшению размера газовых пузырьков, а также к уменьшению объемного содержания газа в смеси. Далее смесь с измельченными газовыми пузырьками через узел отвода 7 попадает на прием погружного насоса, не оказывая негативного влияния на его работу.After passing through the pressure unit, the gas-liquid mixture is fed under pressure to the dispersant stage, where it is subjected to more intensive grinding. Due to the semicircular shape of the helical grooves formed by the protrusions and depressions of the stator sleeves 5 and rotor screws 6, there is an additional increase in pressure in the gas-liquid mixture, which leads to an even stronger reduction in the size of gas bubbles, as well as to a decrease in the volumetric gas content in the mixture. Next, the mixture with crushed gas bubbles through the outlet 7 enters the intake of the submersible pump, without adversely affecting its operation.

Предлагаемая конструкция предвключенного устройства позволяет существенно расширить рабочий диапазон подач, в котором устройство обеспечивает устойчивую работу основного насоса, а также увеличить входное предельное содержание нерастворенного газа.The proposed design of the upstream device can significantly expand the operating range of flows, in which the device provides stable operation of the main pump, as well as increase the input limit content of undissolved gas.

Claims

An upstream submersible pump device for processing a gas-liquid mixture, including a disperser in the form of a package of steps, consisting of stator sleeves and rotors having protrusions and depressions on the mating surfaces, and a pressure unit installed in front of the disperser made of a package of axial steps, each of which contains a working a wheel having a sleeve with spiral blades and a guiding apparatus, characterized in that through holes are made along the input edge of the spiral blades of the impellers, providing additional flow dispersion.