RU173966U1

RU173966U1 - VORTEX GAS SEPARATOR

Info

Publication number: RU173966U1
Application number: RU2017120961U
Authority: RU
Inventors: Артем Николаевич Мусинский; Марина Петровна Пещеренко; Сергей Николаевич Пещеренко
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2017-09-22

Abstract

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным газосепараторам, и может быть применена при добыче нефти с большими значениями газового фактора. Технический результат - сепарирование газа от жидкости при низких значениях потребляемой мощности. Вихревой газосепаратор содержит корпус, входной модуль, вращающийся вал с ротором, защитную гильзу, вихревую камеру и головку-разделитель. В качестве ротора установлено осевое рабочее колесо, состоящее из цилиндрической или конической втулки, на которой закреплены от двух до четырех лопастей. Каждая лопасть представляет собой отрезок спирали переменного шага, совершающей не более одного оборота вокруг оси, а длина вихревой камеры превышает длину осевого колеса как минимум в 2 раза. 1 ил.The utility model relates to oilfield equipment, in particular to submersible gas separators, and can be used in oil production with large values of the gas factor. The technical result is the separation of gas from a liquid at low values of power consumption. The vortex gas separator contains a housing, an input module, a rotating shaft with a rotor, a protective sleeve, a vortex chamber and a separator head. As the rotor, an axial impeller is installed, consisting of a cylindrical or conical sleeve, on which two to four blades are fixed. Each blade is a segment of a spiral of variable pitch, making no more than one revolution around the axis, and the length of the vortex chamber exceeds the length of the axial wheel by at least 2 times. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным газосепараторам, предназначенным для отделения газа от пластовой жидкости, и может быть применена при добыче нефти с большими значениями газового фактора.The utility model relates to oilfield equipment, in particular to submersible gas separators designed to separate gas from the formation fluid, and can be used in oil production with large values of the gas factor.

Известен газожидкостный сепаратор [авт. свид-во №779573 СССР, МПК Е21В 43/34, опубл. 15.11.1980], содержащий корпус, сепарационное устройство с направляющими лопатками, расположенными между двумя торцевыми кольцевыми основаниями, и газовыпускную втулку. Сепарационное устройство выполнено в форме усеченного конуса, направляющие лопатки имеют кривизну, увеличивающуюся в направлении потока газожидкостной смеси, под сепарирующим устройством между проточкой в корпусе и газовыпускной втулкой образована полость, сообщенная посредством тангенциально расположенных и направленных под углом вверх выпускных отверстий с закорпусным пространством, а наружная поверхность газовыпускной втулки со стороны сепарирующего устройства снабжена кольцевым буртиком.Known gas-liquid separator [ed. certificate No. 779573 of the USSR, IPC Е21В 43/34, publ. November 15, 1980], comprising a housing, a separation device with guide vanes located between two end annular bases, and a gas outlet sleeve. The separation device is made in the form of a truncated cone, the guide vanes have a curvature increasing in the direction of flow of the gas-liquid mixture, a cavity is formed under the separating device between the groove in the housing and the gas outlet sleeve, communicated by means of outlet openings tangentially located and angled upward, and the outer the surface of the gas outlet sleeve on the side of the separating device is provided with an annular flange.

Основным недостатком описанного газосепаратора является отсутствие напорного блока в его составе, что приводит к пониженному (по отношению к входу в устройство) давлению на выпускных отверстиях, вызывает поступление газожидкостной смеси из закорпусного пространства внутрь сепаратора через выпускные отверстия и тем самым снижает его эффективность.The main disadvantage of the described gas separator is the absence of a pressure block in its composition, which leads to a lower (relative to the input to the device) pressure at the outlet openings, causes the gas-liquid mixture to flow from the housing inside the separator through the outlet openings and thereby reduces its efficiency.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вихревой газосепаратор [патент №161892 РФ, МПК Е21В 43/38 опубл. 19.04.2016], содержащий корпус, входной модуль, вращающийся вал, длинный геликоидальный шнек, заключенный в защитную гильзу, головку-разделитель и вихревую камеру, сформированную между торцами шнека и головки-разделителя, причем длина шнека заметно превышает длину вихревой камеры.Closest to the claimed invention in technical essence and the achieved result is a vortex gas separator [patent No. 161892 of the Russian Federation, IPC EV 43/38 publ. 04/19/2016], comprising a housing, an input module, a rotating shaft, a long helicoidal screw enclosed in a protective sleeve, a separator head and a vortex chamber formed between the ends of the screw and the separator head, the screw being noticeably longer than the vortex chamber.

Наличие в конструкции длинного шнека, вращающегося на валу, приводит к высокой потребляемой мощности. В современных условиях экономии природных ресурсов указанная особенность может расцениваться как недостаток устройства, тем более заметный при внедрении на скважины энергоэффективных насосных установок, обеспечивающих добычу нефти с минимальными затратами электроэнергии.The presence in the design of a long screw rotating on the shaft leads to high power consumption. In modern conditions of saving natural resources, this feature can be regarded as a device flaw, all the more noticeable when energy-efficient pumping units are introduced into wells, which ensure oil production with minimal energy consumption.

Задачей настоящей полезной модели является разработка энергоэффективного газосепаратора с низким значением потребляемой мощности.The objective of this utility model is to develop an energy-efficient gas separator with low power consumption.

Указанный технический результат получен за счет того, что в вихревом газосепараторе, содержащем корпус, входной модуль, вращающийся вал с ротором, защитную гильзу, вихревую камеру и головку-разделитель, согласно полезной модели, в качестве ротора установлено осевое рабочее колесо, состоящее из цилиндрической или конической втулки, на которой закреплены от двух до четырех лопастей, причем каждая лопасть представляет собой отрезок спирали переменного шага, совершающей не более одного оборота вокруг оси, а длина вихревой камеры превышает длину осевого колеса как минимум в 2 раза.The specified technical result was obtained due to the fact that in the vortex gas separator comprising a housing, an input module, a rotating shaft with a rotor, a protective sleeve, a vortex chamber and a separator head, according to a utility model, an axial impeller consisting of a cylindrical or a conical sleeve, on which from two to four blades are fixed, each blade being a segment of a spiral of variable pitch, making no more than one revolution around the axis, and the length of the vortex chamber exceeds d axle wheel length at least 2 times.

Применение ротора меньшей длины и массы позволяет сократить потребляемую мощность. Использование осевого колеса с малым числом спиральных лопастей и широкими проточными каналами обеспечивает устойчивую прокачку газожидкостной смеси с высокой концентрацией нерастворенного газа через устройство, т.е. создает положительный напор в широком диапазоне подач и газосодержаний. Вихревая камера предоставляет возможность первоначально закрученному осевым колесом потоку продолжить вращательное движение в безлопаточном пространстве камеры, и увеличивает время воздействия центробежной силы на газожидкостную смесь. Длина вихревой камеры подобрана таким образом, чтобы обеспечить максимальные значения коэффициента сепарации при положительном напоре. Таким образом, за счет эффекта сепарации в свободном вихре повышается коэффициент сепарации газосепаратора, наличие напорного блока в составе устройства сохраняет его эффективность (предотвращает подсос газа из затрубного пространства через выкидные отверстия), а применение короткого ротора снижает потребляемую мощность.The use of a rotor of shorter length and mass reduces power consumption. The use of an axial wheel with a small number of spiral blades and wide flow channels provides a stable pumping of a gas-liquid mixture with a high concentration of undissolved gas through the device, i.e. creates a positive pressure in a wide range of flows and gas contents. The vortex chamber makes it possible for the stream originally spun by the axial wheel to continue rotational movement in the space without a chamber, and increases the time the centrifugal force acts on the gas-liquid mixture. The length of the vortex chamber is selected in such a way as to ensure maximum values of the separation coefficient at positive pressure. Thus, due to the separation effect in a free vortex, the separation coefficient of the gas separator increases, the presence of a pressure unit in the device retains its effectiveness (prevents gas from sucking from the annulus through the discharge openings), and the use of a short rotor reduces the power consumption.

Сущность полезной модели поясняется чертежом общего вида энергоэффективного вихревого газосепаратора.The essence of the utility model is illustrated by a drawing of a general view of an energy-efficient vortex gas separator.

Энергоэффективный вихревой газосепаратор содержит входной модуль 1, цилиндрический корпус 2, осевое рабочее колесо 3, состоящее из спиральных лопастей 4 и цилиндрической либо конической втулки 5, насаженное на вал 6, вихревую камеру 7, ограниченную торцами осевого рабочего колеса 3, и головки-разделителя 8 на выходе из устройства. Каждая лопасть 4 представляет собой отрезок спирали переменного шага, совершающей не более одного оборота вокруг оси. Осевое рабочее колесо 3 и вихревая камера 7 размещены внутри защитной гильзы 9, которая расположена внутри корпуса 2 по всей длине газосепаратора между входным модулем 1 и головкой-разделителем 8. Вихревая камера 7 представляет собой кольцевую полость, ограниченную внутренней поверхностью гильзы 9 снаружи и наружной поверхностью вала 6 изнутри.The energy-efficient vortex gas separator contains an input module 1, a cylindrical housing 2, an axial impeller 3, consisting of spiral blades 4 and a cylindrical or conical sleeve 5, mounted on a shaft 6, a vortex chamber 7, limited by the ends of the axial impeller 3, and a separator head 8 at the exit of the device. Each blade 4 represents a segment of a spiral of variable pitch, making no more than one revolution around the axis. The axial impeller 3 and the vortex chamber 7 are placed inside the protective sleeve 9, which is located inside the housing 2 along the entire length of the gas separator between the input module 1 and the separator head 8. The vortex chamber 7 is an annular cavity bounded by the inner surface of the sleeve 9 from the outside and the outer surface shaft 6 from the inside.

Вихревой энергоэффективный газосепаратор работает следующим образом.Vortex energy-efficient gas separator works as follows.

При включении установки поток газожидкостной смеси через входной модуль 1 поступает в осевое рабочее колесо 3, вращающееся на валу 6, и приобретает энергию за счет закрутки лопастями 4. Спиральная форма лопастей 4 осевого рабочего колеса 3 и широкие поточные каналы позволяют избежать образования крупных вихрей, являющихся ловушками для газовых пузырьков и перекрывающих собой весь канал, что исключает возможность образования неподвижных газовых пробок и срыва подачи.When you turn on the installation, the flow of gas-liquid mixture through the input module 1 enters the axial impeller 3, rotating on the shaft 6, and acquires energy by twisting the blades 4. The spiral shape of the blades 4 of the axial impeller 3 and the wide flow channels to avoid the formation of large vortices, which are traps for gas bubbles and blocking the entire channel, which eliminates the possibility of the formation of stationary gas plugs and disruption of supply.

Движение потока в поле центробежных сил вращающегося колеса 3 порождает начальное разделение газовой и жидкой фаз.The movement of the flow in the field of centrifugal forces of the rotating wheel 3 generates the initial separation of the gas and liquid phases.

Далее закрученный поток газожидкостной смеси поступает в вихревую камеру 7, где по инерции продолжает двигаться по спирали с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру. После вихревой камеры 7 с помощью головки-разделителя 8 отсепарированный газ из центра газосепаратора сбрасывается через выкидные отверстия в затрубное пространство скважины, а дегазированная жидкость с периферии подается на вход первой насосной секции.Next, the swirling flow of the gas-liquid mixture enters the vortex chamber 7, where by inertia it continues to move in a spiral with the transfer of the liquid phase to the periphery and the displacement of the gas phase to the center. After the vortex chamber 7, with the help of the separator head 8, the separated gas from the center of the gas separator is discharged through the flow openings into the annulus of the well, and the degassed liquid from the periphery is fed to the inlet of the first pump section.

Таким образом, использование заявляемой конструкции позволяет отсепарировать газ от жидкости при низких значениях потребляемой мощности.Thus, the use of the claimed design allows you to separate the gas from the liquid at low values of power consumption.

Claims

A vortex gas separator comprising a housing, an input module, a rotating shaft with a rotor, a protective sleeve, a vortex chamber and a separator head, characterized in that an axial impeller consisting of a cylindrical or conical sleeve is mounted on the rotor, from which two to four are mounted blades, each blade being a segment of a spiral of variable pitch, making no more than one revolution around the axis, and the length of the vortex chamber exceeds the length of the axial wheel by at least 2 times.