RU158194U1 - Фильтр с диспергатором для погружного центробежного электронасоса - Google Patents

Abstract

1. Фильтр с диспергатором для погружного центробежного электронасоса, выполненный в виде модуля-секции, содержащий корпус, состоящий из перфорированной части с фильтроэлементом, и неперфорированной части с диспергатором, основание и головку с отверстием для выхода жидкости, при этом перфорированная часть корпуса соединена с основанием, а неперфорированная часть корпуса соединена с головкой, в корпусе размещен вал, установленный в нижнем и верхнем подшипниках, размещенных соответственно в основании и головке, отличающийся тем, что секция входного модуля представляет собой единую систему очистки и диспергации газожидкостной смеси, при этом фильтроэлемент расположен внутри перфорированной части корпуса и выполнен в виде пружины сжатия, а диспергирующие камеры включают в себя последовательно расположенные напорный орган, выполненный в виде многозаходного шнека, измельчитель пузырьков газа, выполненный в виде лопастного колеса со сквозными отверстиями и рассекателя.2. Фильтр с диспергатором по п. 1, отличающийся тем, что перфорированная и неперфорированная части корпуса соединены между собой с помощью переводника.3. Фильтр с диспергатором по п. 2, отличающийся тем, что фильтроэлемент установлен в защитных от протекания жидкости колпачках и размещен между переводником и основанием.4. Фильтр с диспергатором по п. 1, отличающийся тем, что рассекатель выполнен в виде решетки, установленной неподвижно в головке.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающему оборудованию и может быть использована при добыче из скважин жидкости с повышенным газосодержанием посредством погружного скважинного центробежного электронасоса (ЭЦН).

Известен входной модуль тонкой фильтрации погружного центробежного насоса (патент РФ №109512, F04D 13/10, дата публикации 20.10.2011), содержащий корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и головку, вал, многосекционный щелевой каркасно-проволочный фильтр, закрепленный на корпусе, диспергирующее устройство в виде шнека, ступица которого выполнена удлиненной, шнек защищен гладким корпусом, предохранительный клапан с пружинным приводом, открывающимся при засорении фильтрующих элементов.

Недостатками известного входного модуля являются:

- сложность устройства, связанная с конструкцией многосекционного щелевого каркасно-проволочного фильтра, так как каждая его отдельная секция состоит из нескольких элементов, а именно включает в себя каркас, на который с определенным шагом намотана проволока, требующая фиксации витков от смещения вдоль оси каркаса, что повышает трудоемкость изготовления и установки фильтра на наружную поверхность корпуса входного модуля;

- низкая надежность устройства, связанная с установкой многосекционного щелевого каркасно-проволочного фильтра на наружной поверхности корпуса, что повышает вероятность механического повреждения фильтра при спуско-подъемных и транспортировочных операциях;

- низкая пропускная способность фильтра, связанная с засорением с течением времени работы, щелевых фильтрующих элементов каркасно-проволочного типа, а также пространства, находящегося между корпусом с отверстиями и многосекционным щелевым каркасно-проволочным фильтром частицами механических примесей, асфальто-смолистыми отложениями, и застрявшими газовыми пузырьками;

- низкая диспергация газовых пузырьков в жидкости, которая может привести к срыву подачи, виду того, что в качестве диспергирующего элемента использован шнек с удлиненной ступицей, установленный в корпусе входного модуля, защищенный гладким корпусом диспергатора, что не обеспечивает качественной степени дробления газовых пузырьков и их равномерного перемешивания во всем подаваемом объеме жидкости.

Известен щелевой фильтр с сепаратором и диспергатором (патент РФ №109207, E21B 43/08, дата публикации 10.10.2011), взятый в качестве прототипа, содержащий перфорированный корпус модуля, неперфорированную часть корпуса сепаратора внутри защитной гильзы, с расположенным на нем многосекционным щелевым фильтроэлементом, неперфорированный корпус диспергатора, соединенный с ним резьбовым соединением, стянутый сверху головкой с размещенным в ней верхним подшипником, а снизу - нижним основанием с размещенной в нем защитной втулкой на шлицевой муфте, при этом секция входного модуля представляет из себя единую систему очистки, сепарации и диспергации газожидкостной эмульсии, в верхней секции щелевого фильтроэлемента последовательно расположены камера сепарации с выкидными окнами, промежуточный подшипник проточного типа и диспергирующие камеры, представляющие из себя винты и обоймы диспергатора.

Недостатками известного щелевого фильтра с сепаратором и диспергатором являются:

- сложность устройства, связанная с конструкцией многосекционного щелевого фильтроэлемента, включающего в себя щелевую решетку, состоящую из нескольких, равномерно расположенных по окружности, стержней-ребер, на которые установлены и неподвижно закреплены кольца, образующие между собой щели фильтрующего элемента, что повышает трудоемкость изготовления фильтроэлемента. Фильтр, как правило, содержит несколько секций для создания необходимой пропускной способности, при этом необходима фиксация секций фильтра от перемещений на корпусе, что повышает трудоемкость изготовления устройства;

- низкая надежность устройства, связанная с установкой многосекционного щелевого фильтроэлемента на наружной поверхности корпуса, что повышает вероятность механического повреждения фильтра при спуско-подъемных и транспортировочных операциях;

- низкая пропускная способность фильтра, связанная с засорением пространства, находящегося между корпусом с отверстиями и щелевым фильтроэлементом частицами механических примесей, асфальто-смолистыми отложениями и застрявшими газовыми пузырьками. А также засорение пропускных каналов неизменных щелей фильтроэлемента из-за застрявших в них частиц механических примесей при низкой способности щелевого фильтроэлемента к самоочистке, ввиду невозможности изменения размера щелей при работе установки. Все это приводит к увеличению гидравлического сопротивления фильтра и последующему отказу работы установки УЭЦН;

- установка колец с пазами под силовой кабель, разделяющих каждую секцию щелевого фильтроэлемента, приводит к увеличению диаметрального габарита в средней части фильтра, что повышает износ рабочих органов насоса при нахождении УЭЦН в зоне повышенной кривизны скважины, а также затрудняет проведение спуско-подъемных операций оборудования.

Задача полезной модели - разработка конструкции фильтра с диспергатором для погружного центробежного электронасоса в виде отдельного входного модуля с единой системой очистки и диспергации, позволяющего обеспечить работу ЭЦН в скважинах при добыче жидкости с повышенным газовым фактором.

Технический результат, получаемый в результате решения задачи, состоит в упрощении устройства, повышении надежности работы и повышение ремонтопригодности фильтра с диспергатором.

Технический результат достигается тем, что в фильтре с диспергатором для погружного центробежного электронасоса, выполненном в виде модуля-секции, содержащем корпус, состоящий из перфорированной части с фильтроэлементом, и неперфорированной части с диспергатором, основание и головку с отверстием для выхода жидкости, при этом перфорированная часть корпуса соединена с основанием, а неперфорированная часть корпуса соединена с головкой, в корпусе размещен вал, установленный, в нижнем и верхнем подшипниках, размещенных соответственно в основании и головке, согласно полезной модели, секция входного модуля представляет собой единую систему очистки и диспергации газожидкостной смеси, при этом фильтроэлемент расположен внутри перфорированной части корпуса и выполнен в виде пружины сжатия, а диспергирующие камеры включают в себя последовательно расположенные напорный орган, выполненный в виде многозаходного шнека, измельчитель пузырьков газа, выполненный в виде лопастного колеса со сквозными отверстиями и рассекателя.

Технический результат достигается также тем, что перфорированная и неперфорированная части корпуса соединены между собой с помощью резьбовой детали - переводника, что упрощает сборку/разборку устройства, повышает его ремонтопригодность.

Технический результат достигается также тем, что фильтроэлемент установлен в защитных колпачках и размещен между переводником и основанием, что защищает торцы фильтроэлемента от протекания жидкости, повышает надежность устройства и его ремонтопригодность.

Размещение фильтрующего элемента внутри перфорированного корпуса предохраняет фильтрующий элемент от засорения, повреждения и износа, а также обеспечивает высокий ресурс работы устройства в целом. Кроме того, винтовая щель фильтрующего элемента при вибрации работающей установки ЭЦН самоочищается от прилипших частиц механических примесей, что положительно влияет на ресурс работы фильтрующего элемента.

Расширение эксплуатационных свойств устройства обеспечивается возможностью по желанию потребителя производить замену фильтрующего элемента с различными значениями щелевых (межвитковых) зазоров.

Выполнение напорного органа в виде многозаходного шнека позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет его работы в широком диапазоне подач жидкости, повысить напор газожидкостной смеси, что уменьшает объем содержащегося газа в жидкости на выходе диспергатора.

Выполнение лопастного колеса со сквозными отверстиями на лопастях, установленного на валу между шнеком и рассекателем позволяет повысить качество дробления и распределение пузырьков газа в газожидкостной смеси, повысить интенсивность перемешивания смеси. Выполнение диспергирующего органа для измельчения пузырьков в виде лопастного колеса с отверстиями позволяет упростить устройство, повысить надежность изделия.

Выполнение рассекателя в виде решетки, неподвижно установленной в головке диспергатора, позволяет повысить степень дробления газовых пузырьков в скоростном поступательно-вращательном потоке жидкости, проходящем через отверстия решетки, что повышает качество диспергирования газожидкостной смеси.

Закрепление решетки в головке с помощью винтов повышает ремонтопригодность устройства.

Технический результат достигается также тем, что в диспергаторе установлена износостойкая гильза между рабочими органами и корпусом. Гильза закреплена своими торцами между головкой и переводником. Наличие гильзы позволяет защитить корпус диспергатора от гидроабразивного износа, тем самым повысить наработку на отказ устройства.

Сравнение заявленного решения с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники показывает, что изложенная совокупность признаков не известна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о его соответствии критерию полезной модели «новизна».

Соответствие заявленной полезной модели критерию «промышленная применимость» показано на примере конкретного выполнения фильтра с диспергатором для погружного центробежного электронасоса.

На чертеже приведен общий вид фильтра с диспергатором.

Фильтр с диспергатором, выполненный в виде модуля-секции, содержит корпус, состоящий из перфорированной части 1 и неперфорированной части 2, которые соединены между собой с помощью резьбовой детали - переводника 3. Фильтр с диспергатором содержит основание 4 и головку 5 с отверстием 6 для выхода газожидкостной смеси. Перфорированная часть 1 корпуса соединена с основанием 4, а неперфорированная часть 2 корпуса соединена с головкой 5. В корпусе модуля-секции установлен вал 7 с помощью нижнего и верхнего подшипников 8 и 9, размещенных в основании 4 и головке 5 соответственно. В перфорированной части 1 корпуса установлен фильтроэлемент, выполненный в виде пружины 10 сжатия. В неперфорированной части 2 корпуса последовательно на валу 7 установлены рабочие органы диспергатора: многозаходный шнек 11 для создания напора газожидкостной смеси, измельчитель пузырьков газа, выполненный в виде лопастного колеса 12 со сквозными отверстиями 13,

рассекатель потока жидкости и дробления газовых пузырьков, выполненный в виде решетки 14. Решетка 14 установлена неподвижно с помощью винтов 15 в головке 5. В неперфорированной части 2 корпуса размещена гильза 16 для защиты корпуса от гидроабразивного износа. Гильза 16 закреплена своими торцами между переводником 3 и головкой 5. На переводнике 3 установлен проточный промежуточный подшипник 17 для закрепления вала 7. Торцы фильтрующей пружины 10 размещены в защитных от протекания жидкости колпачках 18. Пружина 10 установлена свободно между основанием 4 и переводником 3.

Фильтр с диспергатором работает следующим образом.

Пластовая жидкость (смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа) поступает в фильтр с диспергатором через входные щелевые отверстия перфорированной части 1 корпуса. Далее жидкость проходит через щелевой канал фильтрующего элемента - пружины 10, где происходит отделение крупных частиц механических примесей и предварительная сепарация и диспергация пузырьков газа в жидкости.

Так как каждый виток пружины 10 не имеет ограничений для перемещений, кроме крайних витков, размещенных, в колпачках 18, то при работе установки УЭЦН вибрация передается через корпус на каждый виток пружины 10, что заставляет пружину 10 вибрировать. При этом происходит изменение значения межвитковых зазоров пружины 10, обеспечивающее возможность свободного прохождения мелких пузырьков газа, а также проталкивания пузырьков газа, имеющих размеры больше, чем номинальное значение межвитковых зазоров пружины 10, под действием скорости потока движущейся жидкости. При этом газовые пузырьки подвергаются деформации (сплющиваются), происходит разрушение части пузырьков о препятствия щели пружины 10 с образованием более мелких пузырьков, которые попадают внутрь фильтрующего элемента для их последующего движения к насосу ЭЦН. При увеличении перепада давления, на участках входных щелей

перфорированной части 1 корпуса - межвитковых зазоров пружины 10, происходит повышение скорости прохождения пузырьков газа через щелевой канал пружины 10, а также увеличение силового воздействия на пузырьки газа, что повышает эффективность диспергирования пузырьков газа в газожидкостной смеси. Пузырьки газа, не прошедшие через щели пружины 10, отталкиваются от постоянно вибрирующей пружины 10, и как более легкие, чем пластовая жидкость, всплывают на поверхность жидкости в скважине, освобождая тем самым место другим пузырькам, движущимся к щели пружины 10 в потоке жидкости из скважины, для прохождения внутрь фильтра. Таким образом, из-за совокупности воздействия вибрации работающей установки, способности пружины 10 подвергаться автоколебаниям, сопровождающихся резонансом отдельных ее частей (витков) с изменением межвитковых зазоров, и перепада давления, происходит самоочищение пружины 10. Все газовые пузырьки, не прошедшие внутрь пружины 10, а также пузыри газа, имеющие размер более ширины щелей перфорированной части 1 корпуса, всплывают вверх, не перекрывая поступление газожидкостной смеси внутрь фильтра.

Таким образом, на участках движущегося потока скважинной жидкости из скважины в щели перфорированной части 1 корпуса происходит отделение от жидкости наиболее крупных пузырьков газа с одновременным уменьшением концентрации газа в потоке смеси, движущемся к щели, образованной межвитковыми зазорами пружины 10. Данный процесс сопровождается качественным измельчением пузырьков газа в жидкости, изменением состава жидкостной смеси, прошедшей через щель пружины 10. При этом осуществляется предварительная подготовка смеси и предварительная диспергация пузырьков газа в жидкости, что позволяет при высоком газовом факторе скважинной жидкости подавать полученную смесь на вход диспергатора с последующим диспергированием и приготовлением более гомогенизированной смеси для подачи смеси на вход насоса ЭЦН.

Прошедшая через пружину 10 жидкость поступает через отверстия проточного подшипника 17 на многозаходный шнек 11, который создает напор газожидкостной смеси. Далее газожидкостная смесь попадает на лопасти колеса 12, при вращении которого происходит измельчение пузырьков газа, проходящих через отверстия 13, выполненных в лопастях колеса 12. Происходит интенсивное перемешивание газожидкостной смеси. Далее газожидкостная смесь при дальнейшем вращательно-поступательном движении проходит через отверстия решетки 14, где происходит дополнительное дробление газовых пузырьков о ребра решетки 14 и дальнейшее измельчение пузырьков газа в жидкости с образованием мелкодисперсной, гомогенизированной эмульсии. Далее через отверстия подшипника 9 и выходное отверстие 6 головки 5 газожидкостная смесь в виде гомогенизированной эмульсии выходит из фильтра с диспергатором и поступает на прием насоса ЭЦН.

Claims (4)

1. Фильтр с диспергатором для погружного центробежного электронасоса, выполненный в виде модуля-секции, содержащий корпус, состоящий из перфорированной части с фильтроэлементом, и неперфорированной части с диспергатором, основание и головку с отверстием для выхода жидкости, при этом перфорированная часть корпуса соединена с основанием, а неперфорированная часть корпуса соединена с головкой, в корпусе размещен вал, установленный в нижнем и верхнем подшипниках, размещенных соответственно в основании и головке, отличающийся тем, что секция входного модуля представляет собой единую систему очистки и диспергации газожидкостной смеси, при этом фильтроэлемент расположен внутри перфорированной части корпуса и выполнен в виде пружины сжатия, а диспергирующие камеры включают в себя последовательно расположенные напорный орган, выполненный в виде многозаходного шнека, измельчитель пузырьков газа, выполненный в виде лопастного колеса со сквозными отверстиями и рассекателя.

2. Фильтр с диспергатором по п. 1, отличающийся тем, что перфорированная и неперфорированная части корпуса соединены между собой с помощью переводника.

3. Фильтр с диспергатором по п. 2, отличающийся тем, что фильтроэлемент установлен в защитных от протекания жидкости колпачках и размещен между переводником и основанием.

4. Фильтр с диспергатором по п. 1, отличающийся тем, что рассекатель выполнен в виде решетки, установленной неподвижно в головке.

Images