RU196205U1

RU196205U1 - DISPERSANT

Info

Publication number: RU196205U1
Application number: RU2019141923U
Authority: RU
Inventors: Альберт Маратович Нуриахметов; Вадим Викторович Кощеев; Евгений Юрьевич Утробин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью ПК "Ремэлектропромнефть"
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-02-19

Abstract

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным диспергаторам, предназначенным для снижения вредного влияния попутного газа за счет образования однородной газожидкостной смеси, поступающей затем на вход насоса.Диспергатор для погружного центробежного насоса, состоящий из вала, связанного с приводом насоса, корпуса и диспергирующих ступеней осевого типа, каждая диспергирующая ступень содержит установленное на валу рабочее колесо в виде шнека и закрепленный неподвижно в корпусе направляющий аппарат, имеющий как минимум одно отверстие, предельная площадь сечения которого плавно меняется от входа к выходу как минимум два раза в направлении движения диспергируемой смеси, причем каждая диспергирующая ступень заключена во втулку, не позволяющую смещаться соседним ступеням в направлении оси вала.Технический результат - повышение степени однородности газожидкостной смеси в широком диапазоне подач и увеличение срока наработки на отказ. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to oilfield equipment, in particular to submersible dispersants, designed to reduce the harmful effects of associated gas by forming a homogeneous gas-liquid mixture, which then enters the pump inlet. A disperser for a submersible centrifugal pump, consisting of a shaft connected to the pump drive, housing and axial-type dispersing steps, each dispersing step contains an impeller mounted on the shaft in the form of a screw and a guide apparatus fixedly mounted in the housing t, having at least one hole, the maximum cross-sectional area of which smoothly changes from entrance to exit at least twice in the direction of movement of the dispersible mixture, with each dispersing step enclosed in a sleeve that does not allow adjacent steps to move in the direction of the shaft axis. Technical result - increase the degree of homogeneity of the gas-liquid mixture in a wide range of feeds and an increase in MTBF. 2 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным диспергаторам, предназначенным для снижения вредного влияния попутного газа (образование газовых пробок, срывы подачи насоса и т.д.) за счет образования однородной газожидкостной смеси, поступающей затем на вход насоса.The utility model relates to oilfield equipment, in particular to submersible dispersants, designed to reduce the harmful effects of associated gas (gas plugs, pump disruptions, etc.) due to the formation of a homogeneous gas-liquid mixture, which then enters the pump inlet.

Принцип работы диспергатора основан на измельчении пузырьков газа и перемешивания их с пластовой жидкостью, тем самым смесь из нефти, воды и газа становится однородной, что благоприятно воздействует на работу электроцентробежного насоса.The principle of operation of the dispersant is based on grinding gas bubbles and mixing them with formation fluid, thereby making the mixture of oil, water and gas uniform, which favorably affects the operation of the electric centrifugal pump.

Известно использование погружного центробежного насоса с диспергирующим устройством, предназначенным для снижения вредного влияния попутного газа, состоящим, по крайней мере, из двух рабочих колес с радиальными лопатками, размещенными вдоль оси вала (см., например, Гафуров О.Г. «Исследование особенностей эксплуатации погружными центробежными насосами нефтяных скважин, содержащих в продукции газовую фазу», диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Уфа, 1972 г., с. 52-53, 128-140). Недостатком данного устройства, при его работе, является низкая степень дисперсности газовой фазы, необходимой для эффективной работы погружного центробежного насоса, а также устройство имеет значительные габаритные размеры, что создает неудобство при монтаже установки на скважине.It is known to use a submersible centrifugal pump with a dispersing device designed to reduce the harmful effects of associated gas, consisting of at least two impellers with radial blades placed along the axis of the shaft (see, for example, O. Gafurov, “Study of operating features submersible centrifugal pumps of oil wells containing a gas phase in production ”, dissertation for the degree of candidate of technical sciences, Ufa, 1972, pp. 52-53, 128-140). The disadvantage of this device, during its operation, is the low degree of dispersion of the gas phase necessary for the efficient operation of a submersible centrifugal pump, and the device also has significant overall dimensions, which creates inconvenience when installing the unit in the well.

Известно диспергирующее устройство в погружном центробежном насосе для добычи нефти из скважин, выполненное в виде модуля-секции, включающее корпус, основание с отверстием для входа жидкости, головку с отверстием для выхода жидкости, вал с расположенными на нем, по меньшей мере, двумя рабочими органами, при этом один из рабочих органов, выполненный в виде колеса, закреплен на валу, а другой, выполненный в виде аппарата-рассекателя, установлен неподвижно относительно корпуса. В корпусе диспергирующего устройства со стороны входа потока газожидкостной смеси на валу установлено шнековое колесо, а со стороны выхода потока газожидкостной смеси неподвижно относительно корпуса установлен рассекатель (патент RU №19105, F04D 13/10, опубл. 10.08.2001, Бюл. №22). Недостатком данного диспергирующего устройства является его работа в узком диапазоне подач, что ограничивает его применение в электроцентробежных насосах с более широким диапазоном подачи жидкости.Known dispersing device in a submersible centrifugal pump for oil production from wells, made in the form of a module section, including a housing, a base with a hole for liquid inlet, a head with a hole for liquid outlet, a shaft with at least two working bodies located on it , while one of the working bodies, made in the form of a wheel, is mounted on the shaft, and the other, made in the form of an apparatus-divider, is fixedly mounted relative to the housing. In the housing of the dispersing device, a screw wheel is mounted on the shaft on the inlet side of the gas-liquid mixture flow, and on the outlet side of the gas-liquid mixture flow, a divider is installed motionless relative to the housing (patent RU No. 19105, F04D 13/10, publ. 10.08.2001, Bull. No. 22) . The disadvantage of this dispersing device is its operation in a narrow supply range, which limits its use in electric centrifugal pumps with a wider range of fluid supply.

Известен диспергатор погружной центробежной насосной установки, содержащий корпус, внутри которого размещены по крайней мере две ступени, выполненные в виде рабочих колес с лопастями и направляющих аппаратов с лопатками, при этом по крайней мере одна из ступеней выполнена в виде ступени напорного типа, обеспечивающей создание напора жидкости, и по крайней мере одна из ступеней выполнена в виде ступени перемешивающего типа, обеспечивающей перемешивание жидкости и создание напора жидкости, меньшего, чем напор жидкости, создаваемый ступенью напорного типа (патент RU №2192560, F04D 13/10, опубл. 10.11.2002, Бюл. №31). Недостатком данного диспергатора является сложность и дороговизна изготовления ступеней, так как существующими методами механической обработки (токарная, фрезерная и т.д.) изготовление экономически невыгодно, а применение литейной и порошковой металлургии может быть экономически обоснованным только при высоких объемах изготовления данных ступеней. Недостатком также является наличие антифрикционных шайб (например текстолитовых) установленных в колесе, в качестве осевого подшипника, наподобие конструкции электроцентробежного насоса, что влечет за собой скорый их износ из-за присутствия в пластовой жидкости абразива, и соответственно заклиниванию колеса в аппарате, что приведет к остановке всей установки. Недостатком также является сложность подбора ступеней напорного и перемешивающего типа в зависимости от требуемого диапазона подач жидкости.Known dispersant of a submersible centrifugal pump installation, comprising a housing, inside of which at least two stages are arranged, made in the form of impellers with vanes and guide vanes with vanes, while at least one of the stages is made in the form of a pressure-type stage, which provides a pressure head liquid, and at least one of the stages is made in the form of a mixing type stage, which provides mixing of the liquid and the creation of a pressure of the liquid smaller than the pressure of the liquid created by the stupa Strongly pressure type (patent RU №2192560, F04D 13/10, publ. 10.11.2002, Bul. №31). The disadvantage of this dispersant is the complexity and high cost of manufacturing steps, since existing methods of mechanical processing (turning, milling, etc.) are economically disadvantageous, and the use of foundry and powder metallurgy can be economically justified only at high volumes of manufacturing these steps. The disadvantage is the presence of anti-friction washers (for example textolite) installed in the wheel, as an axial bearing, similar to the design of an electric centrifugal pump, which entails their early wear due to the presence of abrasive in the formation fluid and, accordingly, jamming of the wheel in the apparatus, which will lead to stop the entire installation. The disadvantage is the difficulty in selecting the stages of the pressure and mixing type, depending on the required range of fluid flow.

Известен диспергатор погружного центробежного насоса состоящий из вала, связанного с приводом насоса, корпуса и диспергирующих ступеней осевого типа, каждая диспергирующая ступень содержит установленное на валу рабочее колесо с открытыми радиальными рабочими лопатками и, закрепленный неподвижно на корпусе, направляющий аппарат с радиальными направляющими лопатками, закрытыми со стороны корпуса (патент RU 61812, F04D 13/10, опубл. 10.03.2007, Бюл. №7). Недостатком данного диспергатора является сложность изготовления ступеней, а также обязательное наличие антифрикционных шайб (например текстолитовых) в местах контакта колеса с аппаратом, что отрицательно сказывается на ресурсе работы изделия, из-за низкой устойчивости шайб к абразивному износу. Недостатком также является необходимость точного соблюдения и контроля зазора между торцевыми и радиальными поверхностями колеса и аппарата.Known dispersant of a submersible centrifugal pump consisting of a shaft associated with a pump drive, a housing and axial-type dispersing steps, each dispersing step comprises an impeller mounted on the shaft with open radial impellers and fixedly mounted on the housing, a guiding apparatus with radial guide vanes closed from the side of the case (patent RU 61812, F04D 13/10, publ. 10.03.2007, Bull. No. 7). The disadvantage of this dispersant is the complexity of the manufacture of steps, as well as the mandatory presence of anti-friction washers (e.g. textolite) at the points of contact of the wheel with the apparatus, which negatively affects the service life of the product, due to the low resistance of the washers to abrasive wear. The disadvantage is the need for strict observance and control of the gap between the end and radial surfaces of the wheel and the apparatus.

Указанный диспергатор по основным конструктивным элементам, назначению и достигаемому результату является наиболее близким предлагаемой полезной модели и принят за прототип.The specified dispersant for the main structural elements, purpose and achieved result is the closest to the proposed utility model and adopted as a prototype.

Перед полезной моделью была поставлена задача разработки эффективного, надежного, долговечного, устройства для снижения вредного влияния попутного газа.The utility model was tasked with developing an effective, reliable, durable device for reducing the harmful effects of associated gas.

Техническим результатом является повышение степени однородности газожидкостной смеси в широком диапазоне подач и увеличение срока наработки на отказ.The technical result is to increase the degree of homogeneity of the gas-liquid mixture in a wide range of feeds and increase the MTBF.

Технический результат достигается за счет того, что в диспергаторе для погружного центробежного насоса, состоящем из вала, связанного с приводом насоса, корпуса и диспергирующих ступеней осевого типа, каждая диспергирующая ступень содержит установленное на валу рабочее колесо в виде шнека и закрепленный неподвижно в корпусе направляющий аппарат, имеющий как минимум одно отверстие, предельная площадь сечения которого плавно меняется от входа к выходу как минимум два раза в направлении движения диспергируемой смеси, причем каждая диспергирующая ступень заключена во втулку, не позволяющую смещаться соседним ступеням в направлении оси вала.The technical result is achieved due to the fact that in the disperser for a submersible centrifugal pump, consisting of a shaft connected to the pump drive, the housing and the dispersing steps of the axial type, each dispersing step contains an impeller mounted on the shaft in the form of a screw and a guide apparatus fixed in the housing having at least one hole, the maximum cross-sectional area of which changes smoothly from entrance to exit at least two times in the direction of movement of the dispersible mixture, with each giruyuschaya stage enclosed in the sleeve, does not allow an adjacent shift stages in the direction of the shaft axis.

Выполнение направляющего аппарата, имеющего как минимум одно отверстие, предельная площадь сечения которого плавно меняется от входа к выходу в направлении движения диспергируемой смеси, повышает эффективность работы диспергатора, в результате изменения скорости и статического давления жидкости, по мере прохождения потока через отверстие, что вызывает уменьшение размеров газовых включений, и как следствие, повышается степень однородности газожидкостной смеси.The implementation of the guide apparatus having at least one hole, the maximum cross-sectional area of which smoothly changes from entrance to exit in the direction of movement of the dispersible mixture, increases the efficiency of the dispersant, as a result of changes in the speed and static pressure of the liquid, as the flow passes through the hole, which causes a decrease sizes of gas inclusions, and as a result, the degree of homogeneity of the gas-liquid mixture increases.

Выполнение рабочего колеса в виде шнека позволяет повысить эффективность работы диспергатора, создавая необходимый напор для гомогенизации жидкости в широком диапазоне подач.The execution of the impeller in the form of a screw allows you to increase the efficiency of the dispersant, creating the necessary pressure for the homogenization of fluid in a wide range of feeds.

Выполнение диспергирующей ступени в виде заключенной во втулку, не позволяет смещаться соседним ступеням, тем самым повышается надежность диспергатора, так как исключается контакт вращающихся рабочих колес о неподвижные направляющие аппараты, исключая вероятность их заклинивания, также увеличивается срок эксплуатации изделия в результате уменьшения количества трущихся поверхностей. Так как все детали собираются и размыкаются между собой, без каких либо вспомогательных устройств, и не имеют быстроизнашивающихся частей, в результате снижаются затраты на обслуживание и ремонт.The implementation of the dispersing stage in the form of a prisoner in the sleeve does not allow the adjacent steps to be displaced, thereby increasing the reliability of the dispersant, since the contact of rotating impellers with fixed guiding devices is excluded, eliminating the possibility of their jamming, the product life is also increased as a result of a decrease in the number of friction surfaces. Since all the parts are assembled and opened together, without any auxiliary devices, and do not have wearing parts, as a result, the cost of maintenance and repair is reduced.

На фиг. 1 условно изображен диспергатор; на фиг. 2 условно изображены две диспергирующие ступени в корпусе и отдельно аппарат направляющий, стрелками указано направление движения потока газожидкостной смеси.In FIG. 1 conventionally depicted dispersant; in FIG. 2 conventionally depicts two dispersing steps in the housing and a separate apparatus, the guide, arrows indicate the direction of flow of the gas-liquid mixture.

Диспергатор содержит цилиндрический корпус 1, основание 2, вращающийся вал 3 с рабочим колесом в виде шнека 4, аппарат направляющий 5, втулку 6 и головку 7. Аппарат направляющий 5 содержит как минимум одно отверстие, предельная площадь сечения которого плавно меняется от входа к выходу как минимум два раза, в направлении движения диспергируемой смеси.The dispersant comprises a cylindrical housing 1, a base 2, a rotating shaft 3 with an impeller in the form of a screw 4, a guiding device 5, a sleeve 6 and a head 7. The guiding device 5 contains at least one hole, the maximum cross-sectional area of which changes smoothly from input to output as at least twice in the direction of movement of the dispersible mixture.

Диспергатор работает следующим образом. В составе установки электроцентробежного насоса диспергатор опускают в скважину. После запуска электродвигателя и начала вращения вала 3 с рабочим колесом в виде шнека 4 из нефтяного пласта к диспергатору начинает поступать пластовая жидкость в виде газожидкостной смеси. Поток газожидкостной смеси через отверстия в основании 2 поступает в область вращающегося вала 3 с рабочим колесом в виде шнека 4, которое дробит и перемешивает газовые включения с жидкостью, создавая первый этап диспергации смеси, дополнительно, рабочее колесо в виде шнека 4 создает перемещение потока вдоль оси вала 3 к аппарату направляющему 5, где происходит второй этап диспергации смеси.Dispersant works as follows. As part of the installation of the electric centrifugal pump, the dispersant is lowered into the well. After starting the electric motor and starting the rotation of the shaft 3 with the impeller in the form of a screw 4 from the oil reservoir, formation fluid in the form of a gas-liquid mixture begins to flow to the dispersant. The flow of the gas-liquid mixture through the holes in the base 2 enters the region of the rotating shaft 3 with the impeller in the form of a screw 4, which crushes and mixes the gas inclusions with the liquid, creating the first stage of dispersion of the mixture, in addition, the impeller in the form of a screw 4 creates a flow movement along the axis shaft 3 to the apparatus guide 5, where the second stage of dispersion of the mixture.

За счет напора, создаваемого электроцентробежным насосом (не показан) установки электроцентробежного насоса (не показана) и рабочего колеса в виде шнека 4, газожидкостная смесь поступает к аппарату направляющему 5, в котором происходит второй этап диспергации смеси, суть заключается в следующем, с плавным уменьшением площади поперечного сечения отверстий в аппарате направляющем 5 от предельной максимальной (сечение А-А) до предельной минимальной (сечение Б-Б) скорость движения потока газожидкостной смеси будет возрастать, далее площадь поперечного сечения отверстий плавно увеличивается от предельной минимальной (сечение Б-Б) до предельной максимальной (сечение А-А), вследствие этого, будет происходить торможение потока, более плотные частицы потока будут соударяться с менее плотными, тем самым создавая однородность, параллельно с этим будет расти статическое давление, газовые включения будут уменьшаться в объеме, повышая однородность газожидкостной смеси. При прохождении аппарата направляющего 5 поток газожидкостной смеси попадает на рабочее колесо в виде шнека 4, где газовые включения, уменьшенные в объеме, снова дробятся и перемешиваются с жидкостью, повторяя первый этап диспергации, соответственно однородность газожидкостной смеси возрастает, далее поток проходит через аппарат направляющий 5, повторяя второй этап диспергации.Due to the pressure created by the electric centrifugal pump (not shown) of the installation of the electric centrifugal pump (not shown) and the impeller in the form of a screw 4, the gas-liquid mixture flows to the guide device 5, in which the second stage of dispersion of the mixture occurs, the essence is as follows, with a smooth decrease the cross-sectional area of the holes in the apparatus guide 5 from the maximum maximum (section A-A) to the minimum minimum (section BB), the velocity of the gas-liquid mixture flow will increase, then the area the cross-section of the holes increases smoothly from the maximum minimum (section B-B) to the maximum maximum (section A-A), as a result of this, flow will slow down, more dense particles of the flow will collide with less dense, thereby creating uniformity, in parallel with this static pressure will increase, gas inclusions will decrease in volume, increasing the uniformity of the gas-liquid mixture. When passing through the apparatus of the guide 5, the gas-liquid mixture flows onto the impeller in the form of a screw 4, where the gas inclusions, reduced in volume, are again crushed and mixed with the liquid, repeating the first stage of dispersion, respectively, the homogeneity of the gas-liquid mixture increases, then the flow passes through the guide 5 repeating the second stage of dispersion.

Каждая диспергирующая ступень, состоящая из рабочего колеса в виде шнека 4 и аппарата направляющего 5, заключена во втулку 6, не позволяющую смещаться соседним ступеням в направлении оси вала, тем самым, исключая их контакт.Each dispersing stage, consisting of an impeller in the form of a screw 4 and a guide device 5, is enclosed in a sleeve 6, which does not allow adjacent steps to move in the direction of the shaft axis, thereby eliminating their contact.

Газожидкостная смесь, пройдя все диспергирующие ступени, и имея однородную структуру, движется к головке 7, через отверстия в которой, направляется на вход первой насосной секции (не показана).The gas-liquid mixture, having passed all the dispersing steps, and having a homogeneous structure, moves to the head 7, through the openings in which it is directed to the inlet of the first pump section (not shown).

Количество ступеней подбирается в зависимости от требуемого уровня однородности газожидкостной смеси, экспериментально получена высокая эффективность диспергации в широком диапазоне подач при монтажной длине диспергатора от 1 до 1,5 метров и количестве ступеней от 4 до 12 шт., что позволяет не увеличивать длину всей электроцентробежной установки, а использовать данный диспергатор наравне с существующими аналогами по монтажной длине, но с более эффективной диспергацией газожидкостной смеси в широком диапазоне подач, что расширяет потребительские свойства изделия. Данный диспергатор обладает высокой надежностью в виду того, что рабочее колесо и аппарат направляющий заключены во втулку, не позволяющую контактировать им между собой, что полностью исключает вероятность заклинивания рабочего колеса на примере известных конструкций подобных электроцентробежным насосам. Также благодаря отсутствию контакта между рабочим колесом и аппаратом нет необходимости в наличии антифрикционных шайб, которые периодически требуют замены, что увеличивает срок эксплуатации и снижает затраты на обслуживание и ремонт.The number of steps is selected depending on the required level of homogeneity of the gas-liquid mixture, experimentally obtained high dispersion efficiency in a wide range of feeds with a mounting length of the dispersant from 1 to 1.5 meters and the number of steps from 4 to 12 pcs, which allows not to increase the length of the entire electric centrifugal installation and use this dispersant on a par with existing analogues in the installation length, but with a more efficient dispersion of the gas-liquid mixture in a wide supply range, which expands the demand property properties of the product. This dispersant has high reliability in view of the fact that the impeller and the guide vanes are enclosed in a sleeve that does not allow them to contact each other, which completely eliminates the likelihood of jamming of the impeller by the example of known designs like electric centrifugal pumps. Also, due to the lack of contact between the impeller and the apparatus, there is no need for anti-friction washers, which periodically require replacement, which increases the operating life and reduces the cost of maintenance and repair.

Предлагаемая полезная модель соответствует не только критерию «новизна», но и критерию «промышленная применимость», поскольку реализацию устройства можно осуществить с использованием известных материалов и технологических процессов.The proposed utility model meets not only the criterion of "novelty", but also the criterion of "industrial applicability", since the implementation of the device can be carried out using well-known materials and technological processes.

Claims

1. Dispersant for a submersible centrifugal pump, consisting of a shaft connected to the pump drive, a housing and axial-type dispersing steps, characterized in that each dispersing step comprises a guide apparatus fixedly mounted in the housing, having at least one hole, the maximum cross-sectional area of which is smooth varies from entrance to exit at least twice in the direction of movement of the dispersible mixture.

2. The dispersant according to claim 1, characterized in that each dispersing stage contains an impeller mounted on the shaft in the form of a screw.

3. The dispersant according to claim 1 or 2, characterized in that each dispersing step is enclosed in a sleeve that does not allow adjacent steps to move in the direction of the shaft axis.