RU2123590C1

RU2123590C1 - Gas separator

Info

Publication number: RU2123590C1
Application number: RU97103355A
Authority: RU
Inventors: А.В. Трулев; Ю.В. Трулев
Original assignee: Трулев Алексей Владимирович; Трулев Юрий Владимирович; Открытое акционерное общество "Борец"
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 1998-12-20

Abstract

FIELD: gas and oil production industry. SUBSTANCE: gas separator has shaft, body with suction holes, branching unit installed in body with holes for branching liquid and gaseous media, and divider installed in body and made in the form of thin-wall cylinder. Also provided is and auger housing. Located inside auger housing on separator shaft is auger itself with some radial clearance with respect to auger housing. Mounted on inlet part of divider is dividing disk with radial clearance relative to separator body and shaft. Mounted on shaft are blades which are so arranged that passages formed between them gradually convert into liquid branching holes. For each blade, external radius of dividing disk at back side of passage is larger than external radius at its face side. Minimal external diameter of dividing disk is larger than diameter of outlet hole in auger housing. Aforesaid embodiment of gas separator improves its operating reliability. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к газо- и нефтедобывающей промышленности и может быть применено при добыче нефти с большим газовым фактором. The invention relates to the gas and oil industry and can be used in oil production with a large gas factor.

Известен газовый сепаратор, содержащий корпус с отверстиями для отвода жидкости, шнек и втулку (см. ас. СССР N 3509576, кл. E 21 B 43/34, 1970). Known gas separator containing a housing with holes for draining the fluid, auger and sleeve (see ac. USSR N 3509576, class E 21 B 43/34, 1970).

Недостатком этого устройства является то, что при большом содержании газа в добываемой продукции скважины на его выходе невозможно получить газожидкостную смесь с допустимым содержанием газа. The disadvantage of this device is that with a high gas content in the produced well products, it is impossible to obtain a gas-liquid mixture with an acceptable gas content at its output.

Наиболее близким к предлагаемому является газовый сепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий корпус с всасывающими отверстиями. В корпусе по ходу движения продукции скважины расположены: винтовой шнек, выправляющая решетка, лопастные ступени погружного центробежного насоса высокой производительности, включающие рабочие колеса и направляющие аппараты. За ними установлена крыльчатка, перед цилиндрическим барабаном с радиальными лопатками, за которым установлено отводящее устройство, содержащее каналы для отвода отсепарированной газожидкостной смеси и жидкости. На участке выхода газожидкостной смеси из газосепаратора установлен дополнительный сепарирующий узел (см. авторское свидетельство СССР N 1161694, кл. E 21 B 43/38, 1985). Closest to the proposed gas separator is a borehole centrifugal pump containing a housing with suction openings. In the body along the course of the well’s production there are: a screw screw, a straightening grate, vane stages of a high-performance submersible centrifugal pump, including impellers and guide vanes. An impeller is installed behind them, in front of a cylindrical drum with radial blades, behind which there is a diverting device containing channels for removing the separated gas-liquid mixture and liquid. An additional separating unit is installed at the gas-liquid mixture exit section of the gas separator (see USSR author's certificate N 1161694, class E 21 B 43/38, 1985).

Недостатки этого устройства состоят в том, что применение лопастных колес диагонального типа и направляющих аппаратов приводит к диспергированию (дроблению) пузырьков газа, что снижает степень сепарации газа в центробежном разделителе. Это потребовало применения в этом газосепараторе дополнительного узла для отделения пузырьков газа от жидкости. Применить же в этой конструкции осевые колеса с большой пропускной способностью по ГЖС оказалось невозможным, так как необходимо было создать значительный напор ГЖС, чтобы обеспечить прокачивание продукции скважины через оба сепарирующих узла. The disadvantages of this device are that the use of paddle wheels of a diagonal type and guide vanes leads to the dispersion (crushing) of gas bubbles, which reduces the degree of gas separation in a centrifugal separator. This required the use of an additional unit in this gas separator to separate gas bubbles from the liquid. It turned out to be impossible to apply axial wheels with high throughput on the GHS in this design, since it was necessary to create a significant head of the GHS to ensure pumping of the well production through both separation units.

Задачей настоящего изобретения является увеличение надежности работы газового сепаратора. The present invention is to increase the reliability of the gas separator.

Для достижения технического результата газовый сепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий вал, корпус с всасывающими отверстиями, установленное в корпусе отводящее устройство с отверстиями для отвода жидкой и газообразной сред и разделителем в виде тонкостенного цилиндра, корпус шнека, внутри которого установлен шнек на валу сепаратора с некоторым радиальным зазором по отношению к корпусу шнека, снабжен установленным на входной части разделителя разделительным диском с радиальными зазорами по отношению к корпусу сепаратора и валу, с установленными на нем лопатками, такими, что образуемые между ними каналы переходят в отверстия для отвода жидкости, причем для каждой из лопаток внешний радиус разделительного диска на тыльной стороне канала больше, чем с его лицевой стороны, причем минимальный внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека. To achieve a technical result, a gas separator of a borehole centrifugal pump, comprising a shaft, a housing with suction holes, a discharge device installed in the housing with holes for discharging liquid and gaseous media and a separator in the form of a thin-walled cylinder, a screw housing, inside which a screw is mounted on the separator shaft with some radial clearance in relation to the housing of the screw, equipped with a separating disk mounted on the input part of the separator with radial clearances in relation to the housing of the separator ora and the shaft, with blades mounted on it, such that the channels formed between them pass into the holes for draining the liquid, and for each of the blades, the outer radius of the separation disk on the back of the channel is larger than on its front side, and the minimum external diameter of the separation the disk is larger than the diameter of the outlet of the auger housing.

Во всех просмотренных сепараторах разделитель жидкой и твердой сред изготовлен в виде тонкостенного цилиндра, что делает границу между фазами нечеткой. Разделительный диск, установленный на входной части разделителя, с радиальными зазорами по отношению к корпусу и валу сепаратора позволяет максимально удалить друг от друга входы в устройства для отвода жидкой и газообразной сред. Причем если минимальный внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека, из этого следует, что диаметр выходного отверстия корпуса шнека меньше диаметра сепарационной камеры. Это позволяет обеспечить требуемый градиент давления в проточной части шнека, который зависит от его диаметра, что наряду с повышенной меридиональной скоростью приводит к улучшению проходимости проточной части сепаратора для газообразной среды. Это также позволяет на входе в устройство для отвода жидкости создать устойчивое, вращающееся кольцо жидкости, опирающееся на корпус шнека, более эффективно выдавливающее газовые каверны и отдельные пузырьки газа к центру, где они будут выводиться из сепаратора, не препятствуя течению жидкости. Погружные центробежные насосы, как правило, добывают нефть, температура которой около девяноста градусов Цельсия, насыщенную газом, ряд фракций которой имеют давление насыщенного пара. Газосепаратор должен выполнять, по крайней мере, две задачи: отсепарировать свободный газ и сообщить жидкости давление, достаточное для того, чтобы центробежный насос, установленный за газосепаратором, работал без паровой и газовой кавитации. Силовая часть сепаратора, рабочие колеса, установленные на его входе, при большом газосодержании работают плохо и практически не создают давление. Напор, создаваемый цилиндрическим барабаном сепарационной камеры, используется не эффективно, так как большая часть его теряется на входе в отверстия для отвода жидкости. Не плавный вход жидкости в каналы для ее отвода с большим углом атаки приводит практически к полной потере динамического напора. Все это при достаточно большом газосодержании приводит к тому, что снижается расход жидкости через газосепаратор, давление жидкости на выходе из газосепаратора не сильно отличается от давления на его входе. Из-за этого возможен и подсос газа в насос через радиальный зазор между подшипником разделителя и валом газосепаратора, что может привести к выходу из строя этого подшипника. На входной части разделителя установлен разделительный диск с установленными на нем лопатками. Образуемые между ними каналы переходят в отверстия для отвода жидкости, для каждой из лопаток внешний радиус разделительного диска на тыльной стороне канала больше, чем с его лицевой стороны. Образованный таким образом направляющий аппарат эффективно преобразует скоростной напор на выходе из цилиндрического барабана в давление, обеспечивая плавный вход жидкости в каналы для ее отвода с минимальными углами атаки. In all viewed separators, the separator of liquid and solid media is made in the form of a thin-walled cylinder, which makes the boundary between the phases fuzzy. A separation disk mounted on the input part of the separator, with radial clearances in relation to the casing and the separator shaft, allows you to maximally remove from each other the entrances to the devices for the removal of liquid and gaseous media. Moreover, if the minimum outer diameter of the separation disk is larger than the diameter of the outlet of the screw housing, it follows that the diameter of the outlet of the screw housing is smaller than the diameter of the separation chamber. This allows you to provide the required pressure gradient in the flow part of the screw, which depends on its diameter, which, along with an increased meridional speed, leads to an improvement in the throughput of the flow part of the separator for a gaseous medium. It also allows you to create a stable, rotating ring of liquid at the inlet of the liquid drainage device, resting on the screw housing, more efficiently squeezing gas caverns and individual gas bubbles to the center, where they will be discharged from the separator, without interfering with the fluid flow. Submersible centrifugal pumps, as a rule, produce oil, whose temperature is about ninety degrees Celsius, saturated with gas, a number of fractions of which have a saturated vapor pressure. The gas separator must perform at least two tasks: to separate the free gas and give the liquid sufficient pressure to ensure that the centrifugal pump installed behind the gas separator works without steam and gas cavitation. The power part of the separator, the impellers installed at its inlet, with a large gas content, work poorly and practically do not create pressure. The pressure created by the cylindrical drum of the separation chamber is not used efficiently, since most of it is lost at the entrance to the holes for draining the liquid. Not smooth entry of fluid into the channels for its drain with a large angle of attack leads to almost complete loss of dynamic pressure. All this with a sufficiently high gas content leads to the fact that the flow rate of the liquid through the gas separator is reduced, the pressure of the liquid at the outlet of the gas separator is not much different from the pressure at its inlet. Because of this, gas suction into the pump through the radial clearance between the spacer bearing and the separator shaft is also possible, which can lead to failure of this bearing. A separator disk with blades mounted on it is installed on the input part of the separator. The channels formed between them pass into the holes for draining the liquid; for each of the blades, the outer radius of the separation disk on the back side of the channel is larger than on its front side. The guiding apparatus thus formed effectively converts the pressure head at the outlet of the cylindrical drum into pressure, providing a smooth entry of fluid into the channels for its outlet with minimal angles of attack.

Указанные меры позволяют повысить надежность работы сепаратора. These measures can improve the reliability of the separator.

В просмотренных источниках информации указанные отличительные признаки не обнаружены, следовательно, предложенное решение отвечает критерию существенности отличий. In the reviewed sources of information, these distinguishing features were not found, therefore, the proposed solution meets the criterion of materiality of differences.

На фиг. 1 изображен общий вид газового сепаратора в разрезе, на фиг. 2 изображен разделительный диск с установленными на нем лопатками. In FIG. 1 is a sectional perspective view of a gas separator; FIG. 2 shows a spacer disc with blades mounted on it.

Газовый сепаратор содержит корпус 1, в котором имеются всасывающие отверстия 2, в корпусе установлен вал 3, на корпусе сепаратора установлено отводящее устройство 4 с отверстиями для отвода жидкой 5 и газообразной 6 сред и разделителем в виде тонкостенного цилиндра 7, на входной части которого установлен разделительный диск 8 с установленными на нем лопатками 9, на входе в сепаратор установлен корпус шнека 10, внутри которого установлен шнек 11, между корпусом шнека 10 и разделительным диском 8 образована сепарационная камера, внутри которой на валу сепаратора установлен сепарирующий узел в виде цилиндрического барабана 12. The gas separator comprises a housing 1, in which there are suction openings 2, a shaft 3 is installed in the housing, a discharge device 4 is installed on the separator housing with holes for discharging liquid 5 and gaseous 6 media and a separator in the form of a thin-walled cylinder 7, on the input part of which there is a separation a disk 8 with blades 9 mounted on it, at the entrance to the separator a screw housing 10 is installed, inside of which a screw 11 is installed, between the housing of the screw 10 and the separation disk 8 a separation chamber is formed, inside of which lu separator separating assembly is mounted in a cylindrical drum 12.

Газовый сепаратор работает следующим образом. Газожидкостная смесь через всасывающие отверстия 2 в корпусе 1 поступает на вход шнека 11, установленного в корпусе шнека 10, диаметр выходного отверстия которого меньше минимального внешнего диаметра разделительного диска и, следовательно, меньше диаметра сепарационной камеры. Это позволяет обеспечить требуемый (вплоть до отрицательного) градиент давления в проточной части шнека, который зависит от его диаметра, что наряду с повышенной меридиональной скоростью приводит к улучшению проходимости проточной части сепаратора для газообразной среды. Пройдя через шнек 11, газожидкостная смесь закручивается в цилиндрическом барабане 12, который обеспечивает разделение жидкой и газообразной сред с последующим отводом разделенных компонентов через установленное на корпусе 1 отводящее устройство 4 с разделителем в виде тонкостенного цилиндра 7 и отверстия для отвода жидкой 5 и газообразной 6 сред. На входной части разделителя 7 установлен разделительный диск 8 с установленными на нем лопатками 9, позволяющий максимально удалить друг от друга входы в отводящие отверстия 5 и 6. Минимальный внешний диаметр разделительного диска 8 больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека 10, это позволяет на входе в устройство для отвода жидкости создать устойчивое, вращающееся кольцо жидкости, опирающееся на корпус шнека, выдавливающее газовые каверны и отдельные пузырьки газа к центру, где они будут выводиться из сепаратора, не препятствуя течению жидкости. Лопатки 9, установленные на разделительном диске 8, образуют каналы, переходящие в отверстия для отвода жидкости, для каждой из лопаток внешний радиус разделительного диска на тыльной стороне канала больше, чем с его лицевой стороны. Это позволяет обеспечить плавный вход жидкости в отверстия для ее отвода, эффективно преобразовав динамический напор жидкости в давление. Дополнительный прирост давления позволит избежать паровой и газовой кавитации в рабочих колесах насоса, установленного на выходе из газосепаратора, подсоса газа в насос через радиальный зазор между подшипником разделителя и валом газосепаратора и вследствие этого избежать выхода из строя этого подшипника. The gas separator operates as follows. The gas-liquid mixture through the suction holes 2 in the housing 1 enters the inlet of the screw 11 installed in the housing of the screw 10, the diameter of the outlet of which is less than the minimum outer diameter of the separation disk and, therefore, less than the diameter of the separation chamber. This allows you to provide the required (up to a negative) pressure gradient in the flow part of the screw, which depends on its diameter, which, along with an increased meridional speed, leads to an improvement in the throughput of the flow part of the separator for a gaseous medium. After passing through the screw 11, the gas-liquid mixture is twisted in a cylindrical drum 12, which provides the separation of liquid and gaseous media with subsequent removal of the separated components through a discharge device 4 mounted on the housing 1 with a separator in the form of a thin-walled cylinder 7 and an opening for the removal of liquid 5 and gaseous 6 media . A separating disk 8 with blades 9 mounted on it is installed on the input part of the separator 7, which allows maximally removing the entrances to the outlet holes 5 and 6 from each other. The minimum external diameter of the separating disk 8 is larger than the diameter of the outlet of the screw housing 10, which allows to drain the liquid, create a stable, rotating ring of liquid, resting on the auger body, squeezing gas caverns and individual gas bubbles to the center, where they will be discharged from the separator, without interfering with flow fluid The blades 9 mounted on the separation disk 8 form the channels passing into the holes for draining the liquid, for each of the blades the outer radius of the separation disk on the back side of the channel is larger than on its front side. This allows you to ensure a smooth entry of fluid into the holes for its removal, effectively converting the dynamic pressure of the fluid into pressure. An additional increase in pressure will allow avoiding steam and gas cavitation in the impellers of the pump installed at the outlet of the gas separator, the suction of gas into the pump through the radial clearance between the separator bearing and the gas separator shaft and, as a result, the failure of this bearing.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить надежность работы газосепаратора. Thus, in comparison with the prototype, the invention allows to increase the reliability of the gas separator.

Claims

A gas separator of a borehole centrifugal pump, comprising a shaft, a housing with suction holes, a discharge device installed in the housing with holes for discharging liquid and gaseous media and a separator in the form of a thin-walled cylinder, a screw housing, inside which a screw is mounted on the separator shaft with some radial clearance to the housing auger, characterized in that on the input part of the separator there is a separation disk with radial clearances to the separator body and the shaft, with blades mounted on it, such that brazuemye therebetween channels pass through the holes for discharging liquid, wherein for each of the blades of the outer radius of the separation disc at the rear side of the channel ahead of its front side, wherein the minimum outer diameter greater than the diameter of the separation disc the outlet of the screw housing.