RU218123U1 - Submersible installation of a vane pump with a downhole separator of mechanical impurities - a gas phase enlarger - Google Patents

Submersible installation of a vane pump with a downhole separator of mechanical impurities - a gas phase enlarger Download PDF

Info

Publication number
RU218123U1
RU218123U1 RU2023106915U RU2023106915U RU218123U1 RU 218123 U1 RU218123 U1 RU 218123U1 RU 2023106915 U RU2023106915 U RU 2023106915U RU 2023106915 U RU2023106915 U RU 2023106915U RU 218123 U1 RU218123 U1 RU 218123U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
separator
screw
coupling
hollow
mechanical impurities
Prior art date
Application number
RU2023106915U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович Трулев
Александр Валерьевич Клипов
Евгений Мстиславович Шмидт
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "РИМЕРА-АЛНАС"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "РИМЕРА-АЛНАС" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "РИМЕРА-АЛНАС"
Application granted granted Critical
Publication of RU218123U1 publication Critical patent/RU218123U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при добыче нефти из скважин с высоким содержанием свободного газа и абразивных частиц посредством установок электроцентробежных насосов. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и эффективности работы установки лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы за счет сепарации части свободного газа и механических примесей, абразивных частиц до входа в насос, снижение энергопотребления и себестоимости. Заявленный технический результат достигается за счет того, что в погружной установке лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, содержащей лопастной насос с входными отверстиями, погружной двигатель, в нижней части которого установлен скважинный сепаратор механических примесей - укрупнитель газовой фазы, содержащий корпус разделителя, установленный на нем разделитель, вход в сепаратор механических примесей изготовлен ниже, а выход из сепаратора и вход в лопастной насос – выше разделителя, муфту, которая соединяет корпус разделителя и цилиндрический корпус, внутри которого соосно с образованием кольцевого канала установлен полый цилиндрический патрубок, в нижней части которого установлен полый шнек, отводящий канал, образованный внутренними диаметрами полого шнека и полого цилиндрического патрубка, спиральный канал, образованный между лопастями шнека и внутренним диаметром корпуса, присоединенную к нижней части корпуса цилиндрическую вихревую камеру с конусообразной частью внизу, к которой присоединен отстойник для сбора механических примесей, цилиндрические корпус и патрубок с полым шнеком установлены в муфте, между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка образован кольцевой канал в муфте, который соединен с кольцевым каналом между внутренним диаметром цилиндрического корпуса и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека, площадь проточной части входных каналов более, чем на двадцать процентов превышает площадь проточной части каналов шнека, при этом толщина лопастей полого шнека составляет от двух до восьми миллиметров, количество лопастей полого шнека – от одного до пяти, проточная часть сепаратора, состоящая из муфты, цилиндрического корпуса и отстойника для сбора механических примесей герметична, соединяется с затрубным пространством только посредством входных каналов. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Figure 00000001
The utility model relates to the oil industry and can be used in the extraction of oil from wells with a high content of free gas and abrasive particles by means of electric submersible pumps. The technical result of the utility model is to increase the reliability and efficiency of the installation of a vane pump with a downhole separator of mechanical impurities - a gas phase enlarger due to the separation of a part of free gas and mechanical impurities, abrasive particles before entering the pump, reducing energy consumption and cost. The claimed technical result is achieved due to the fact that in a submersible installation of a vane pump with a downhole mechanical impurities separator - a gas phase enlarger, containing a vane pump with inlets, a submersible motor, in the lower part of which a downhole mechanical impurities separator is installed - a gas phase enlarger, containing a housing the separator, the separator installed on it, the inlet to the separator of mechanical impurities is made below, and the outlet from the separator and the inlet to the vane pump are above the separator, a coupling that connects the separator housing and a cylindrical housing, inside which a hollow cylindrical pipe is installed coaxially with the formation of an annular channel, in the lower part of which a hollow screw is installed, a discharge channel formed by the inner diameters of the hollow screw and a hollow cylindrical pipe, a spiral channel formed between the screw blades and the inner diameter of the housing, a cylindrical vortex chamber attached to the lower part of the housing with a cone-shaped part at the bottom, to which a settler is attached to collect mechanical impurities, a cylindrical body and a branch pipe with a hollow screw are installed in the coupling, between the inner diameter of the coupling and the outer diameter of the hollow cylindrical branch pipe an annular channel is formed in the coupling, which is connected to the annular channel between the inner diameter of the cylindrical body and the outer diameter of the hollow cylindrical branch pipe, inlet the channels connecting the annular space with the annular channel of the coupling are made in the coupling in such a way that the distance between the inlet channels and the screw is no more than one screw diameter, the area of the flow part of the inlet channels is more than twenty percent larger than the area of the flow part of the screw channels, while the thickness of the hollow auger blades is from two to eight millimeters, the number of hollow auger blades is from one to five, the flow part of the separator, consisting of a coupling, a cylindrical body and a sump for collecting mechanical impurities, is hermetic, connected to the annulus only through inlet channels. 6 w.p. f-ly, 4 ill.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при добыче нефти из скважин с высоким содержанием свободного газа и абразивных частиц посредством установок электроцентробежных насосов.The utility model relates to the oil industry and can be used in the extraction of oil from wells with a high content of free gas and abrasive particles by means of electric submersible pumps.

Известно из патента RU 114720 устройство для очистки скважинной жидкости, содержащее цилиндрический корпус с входными отверстиями, размещенные в верхней части корпуса сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью и патрубок для отвода жидкости, размещенную в нижней части корпуса вихревую камеру и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей. В верхней части вихревой камеры выполнена коническая расточка, в которой размещена профилированная спираль полого шнека с выполненной ответной конической наружной поверхностью, и наружная поверхность профилированной спирали имеет спиральную поверхность контакта с поверхностью конической расточки, образуя спиральный канал, сообщающий входные отверстия с полостью усеченного конуса вихревой камеры, а площадь сечения спирального канала уменьшается в направлении к его нижней части.It is known from patent RU 114720 a device for cleaning well fluid, containing a cylindrical housing with inlets, a separating unit in the form of a hollow screw with a profiled spiral and a branch pipe for draining fluid, located in the lower part of the housing and attached to the lower part. body sump for collection of mechanical impurities. In the upper part of the vortex chamber, a conical bore is made, in which a profiled spiral of a hollow screw with a counter-conical outer surface is placed, and the outer surface of the shaped spiral has a spiral surface of contact with the surface of the conical bore, forming a spiral channel communicating the inlets with the cavity of the truncated cone of the vortex chamber , and the cross-sectional area of the spiral channel decreases towards its lower part.

Недостатками известного устройства для очистки флюида являются низкая эффективность из-за того, что твердые частицы на выходе из шнека имеют радиальную составляющую скорости от периферии к центру вследствие того, что спиральный канал между шнеком и корпусом имеет коническую форму. Для эффективной сепарации следует устранить конусность шнека.The disadvantages of the known device for cleaning the fluid are low efficiency due to the fact that the solid particles at the outlet of the screw have a radial velocity component from the periphery to the center due to the fact that the spiral channel between the screw and the housing has a conical shape. For effective separation, the taper of the screw must be eliminated.

Наиболее близким аналогом к заявляемой конструкции является скважинный газопесочный сепаратор из патента RU 2529978, содержащий цилиндрический корпус с входными отверстиями, в верхней части которого концентрично установлен цилиндрический патрубок, содержащий сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, спиральный канал, сообщающий входные отверстия с полостью усеченного конуса, вихревую камеру в виде полого усеченного конуса, концентрично установленную в нижней части корпуса под патрубком с сепарирующим узлом, и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей. Профилированная спираль полого шнека выполнена двухзаходной, а наружная поверхность профилированной двухзаходной спирали имеет спиральную поверхность контакта с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, образуя двухзаходный спиральный канал, сообщающий входные отверстия с внутренней полостью корпуса выше вихревой камеры, при этом профилированная двухзаходная спираль расположена на полом шнеке ниже входных отверстий в корпусе сепаратора на расстоянии, превышающем один наружный диаметр шнека, а на цилиндрическом корпусе выше входных отверстий установлен герметизирующий элемент, перекрывающий затрубное пространство, при этом геометрические размеры спиральных каналов и вихревой камеры подобраны в зависимости от дебита скважины и подачи применяемого скважинного насоса.The closest analogue to the claimed design is a downhole gas-sand separator from patent RU 2529978, containing a cylindrical body with inlets, in the upper part of which a cylindrical pipe is installed concentrically, containing a separating unit in the form of a hollow screw with a profiled spiral, a spiral channel communicating the inlets with a cavity truncated cone, a vortex chamber in the form of a hollow truncated cone, concentrically mounted in the lower part of the housing under the branch pipe with a separating unit, and attached to the lower part of the housing a sump to collect mechanical impurities. The profiled spiral of the hollow screw is double-threaded, and the outer surface of the profiled double-threaded spiral has a spiral surface of contact with the inner cylindrical surface of the body, forming a two-threaded spiral channel connecting the inlets with the internal cavity of the body above the vortex chamber, while the profiled two-threaded spiral is located on the hollow screw below the inlet holes in the separator housing at a distance exceeding one outer diameter of the screw, and a sealing element is installed on the cylindrical housing above the inlet holes, blocking the annulus, while the geometric dimensions of the spiral channels and the vortex chamber are selected depending on the well flow rate and the flow rate of the well pump used.

Недостатками наиболее близкого аналога являются низкая эффективность из-за больших гидравлических потерь в длинном канале между входными отверстиями в корпусе и входом в шнек, высокая себестоимость из-за большой длины. Также в подводящем канале отсутствует предварительная сепарация твердых частиц.The disadvantages of the closest analogue are low efficiency due to large hydraulic losses in the long channel between the inlets in the housing and the screw inlet, high cost due to the large length. Also, there is no pre-separation of solid particles in the inlet channel.

В тонкостенной трубе сложно сделать отверстия, направляющие поток по радиусу и (или) по спирали в лопастную решетку шнека. In a thin-walled pipe, it is difficult to make holes that direct the flow along the radius and (or) in a spiral into the screw screen.

Технической проблемой полезной модели является создание скважинного сепаратора механических примесей - укрупнителя газовой фазы, в процессе работы которого снижаются гидравлические потери, осуществляется предварительная сепарация.The technical problem of the utility model is the creation of a downhole separator of mechanical impurities - a gas phase enlarger, during the operation of which hydraulic losses are reduced, preliminary separation is carried out.

Обеспечивается снижение мощности и энергопотребления при работе установке с меньшим содержанием свободного газа на входе.EFFECT: reduced power and energy consumption when operating the unit with a lower content of free gas at the inlet.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и эффективности работы установки лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы за счет сепарации части свободного газа и механических примесей, абразивных частиц до входа в насос, снижение энергопотребления и себестоимости.The technical result of the utility model is to increase the reliability and efficiency of the installation of a vane pump with a downhole separator of mechanical impurities - a gas phase enlarger due to the separation of a part of free gas and mechanical impurities, abrasive particles before entering the pump, reducing energy consumption and cost.

Заявленный технический результат достигается за счёт того, что в погружной установке лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, содержащей лопастной насос с входными отверстиями, погружной двигатель, в нижней части которого установлен скважинный сепаратор механических примесей - укрупнитель газовой фазы, содержащий корпус разделителя, установленный на нем разделитель, вход в сепаратор механических примесей изготовлен ниже, а выход из сепаратора и вход в лопастной насос – выше разделителя, муфту, которая соединяет корпус разделителя и цилиндрический корпус, внутри которого соосно с образованием кольцевого канала, установлен полый цилиндрический патрубок, в нижней части которого установлен полый шнек, отводящий канал, образованный внутренними диаметрами полого шнека и полого цилиндрического патрубка, спиральный канал, образованный между лопастями шнека и внутренним диаметром корпуса, присоединенную к нижней части корпуса цилиндрическую вихревую камеру с конусообразной частью внизу, к которой присоединен отстойник для сбора механических примесей, цилиндрические корпус и патрубок с полым шнеком установлены в муфте, между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка образован кольцевой канал в муфте, который соединен с кольцевым каналом между внутренним диаметром цилиндрического корпуса и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека, площадь проточной части входных каналов более, чем на двадцать процентов превышает площадь проточной части каналов шнека, при этом толщина лопастей полого шнека составляет от двух до восьми миллиметров, количество лопастей полого шнека – от одного до пяти, проточная часть сепаратора, состоящая из муфты, цилиндрического корпуса и отстойника для сбора механических примесей герметична, соединяется с затрубным пространством только посредством входных каналов.The claimed technical result is achieved due to the fact that in a submersible installation of a vane pump with a downhole mechanical impurities separator - a gas phase enlarger containing a vane pump with inlets, a submersible motor, in the lower part of which a downhole mechanical impurities separator is installed - a gas phase enlarger containing a housing the separator, the separator installed on it, the inlet to the separator of mechanical impurities is made below, and the outlet from the separator and the inlet to the vane pump are above the separator, a coupling that connects the separator body and a cylindrical body, inside of which a hollow cylindrical pipe is installed coaxially with the formation of an annular channel , in the lower part of which a hollow screw is installed, a discharge channel formed by the inner diameters of the hollow screw and a hollow cylindrical pipe, a spiral channel formed between the screw blades and the inner diameter of the housing, a cylindrical vortex chamber with a cone-shaped part at the bottom attached to the lower part of the housing, to which it is attached a sump for collecting mechanical impurities, a cylindrical body and a pipe with a hollow screw are installed in the coupling, between the inner diameter of the coupling and the outer diameter of the hollow cylindrical pipe an annular channel is formed in the coupling, which is connected to the annular channel between the inner diameter of the cylindrical body and the outer diameter of the hollow cylindrical pipe, the inlet channels connecting the annular space with the annular channel of the coupling are made in the coupling in such a way that the distance between the inlet channels and the screw is no more than one screw diameter, the area of the flowing part of the inlet channels is more than twenty percent larger than the area of the flowing part of the screw channels, with In this case, the thickness of the hollow auger blades is from two to eight millimeters, the number of hollow auger blades is from one to five, the flow part of the separator, consisting of a coupling, a cylindrical body and a sump for collecting mechanical impurities, is hermetic, connected to the annulus only through inlet channels.

Входные каналы направлены под углом к плоскости горизонта.The input channels are directed at an angle to the horizon plane.

Входные каналы направлены под углом к плоскости горизонта, или (и) к плоскости, проходящей через ось муфты, направляя входящий поток по спирали.The inlet channels are directed at an angle to the plane of the horizon, or (and) to the plane passing through the axis of the coupling, directing the incoming flow in a spiral.

Лопасти полого шнека имеют винтообразную поверхность переменного хода.The blades of the hollow auger have a helical surface of variable stroke.

Сверху и снизу разделительного элемента установлены защитные центраторы, предотвращающие повреждение разделительного элемента при спуске и подъеме сепаратора.Protective centralizers are installed at the top and bottom of the separating element, preventing damage to the separating element when lowering and raising the separator.

В отводящем канале установлен отводящий шнек.A discharge auger is installed in the discharge channel.

Перед входными отверстиями насоса установлен гравитационный сепаратор.A gravity separator is installed in front of the pump inlets.

Заявленный технический результат поясняется следующим образом.The claimed technical result is explained as follows.

В толстостенной муфте, в отличие от тонкостенного корпуса, можно сделать входной канал (каналы), направляющий поток по радиусу и (или) спирали за счет этого осуществляется предварительная сепарация, образуются области с повышенной концентрацией газа и механических примесей. Дискретные частицы объединяются, увеличивается их диаметр. За счет этого происходит более эффективная сепарация газа и механических примесей в шнеке.In a thick-walled coupling, in contrast to a thin-walled body, it is possible to make an inlet channel (channels) that directs the flow along the radius and (or) spiral due to this, preliminary separation is carried out, areas with an increased concentration of gas and mechanical impurities are formed. Discrete particles are combined, their diameter increases. Due to this, there is a more efficient separation of gas and mechanical impurities in the screw.

Вследствие входа потока в лопасти шнека с оптимальным углом атаки устраняется или, по крайней мере, существенно снижается диспергирование, перемешивание жидкой, газообразной и твердой фаз. Эти процессы снижают эффективность разделения фаз и очистки пластовой жидкости от механических примесей. При входе потока в лопасти шнека с оптимальным углом атаки происходит более эффективное разделение фаз, скважинная жидкость подводится к насосу с большим средним диаметром пузырьков свободного газа. Поэтому увеличивается эффективность сепарации на входе в насос, меньше свободного газа и механических примесей, абразивных частиц вместе со скважинной жидкостью поступает на вход в насосную установку, что приводит к увеличению эффективности и надежности ее работы.Due to the flow entering the screw blades with an optimal angle of attack, dispersion, mixing of liquid, gaseous and solid phases is eliminated or at least significantly reduced. These processes reduce the efficiency of phase separation and formation fluid purification from mechanical impurities. When the flow enters the screw blades with an optimal angle of attack, a more efficient phase separation occurs, the well fluid is supplied to the pump with a large average diameter of free gas bubbles. Therefore, the separation efficiency at the pump inlet increases, less free gas and mechanical impurities, abrasive particles, together with the well fluid, enter the pumping unit inlet, which leads to an increase in the efficiency and reliability of its operation.

Герметичность проточной части сепаратора, состоящей из муфты, корпуса и контейнера необходима, что бы создать перепад давления на входе и выходе из шнека, который может достигать несколько десятков метров. За счет перепада давления возникает тангенциальная скорость и центробежное ускорение, необходимые для сепарации. При отсутствии герметичности, например, в контейнере пластовая жидкость будет поступать из затрубного пространства подниматься в насос, снижая расход и скорость в шнеке, эффективность сепарации.The tightness of the flow part of the separator, consisting of a coupling, a housing and a container, is necessary in order to create a pressure drop at the inlet and outlet of the screw, which can reach several tens of meters. The pressure drop generates the tangential velocity and centrifugal acceleration necessary for separation. In the absence of tightness, for example, in a container, formation fluid will flow from the annulus and rise to the pump, reducing the flow rate and speed in the screw, and the separation efficiency.

Входные каналы в сепаратор сделать сложнее, чем шнек, их проточная часть менее совершенна. Чтобы заметно снизить гидравлические потери, которые зависят от скорости в квадрате, нужно сделать площадь проточной части входных каналов более чем на двадцать процентов больше площади проточной части каналов шнека. Скорость определяется отношением расхода к площади. При увеличении площади каналов, соответственно снизятся гидравлические потери.The inlet channels to the separator are more difficult to make than the screw, their flow part is less perfect. To significantly reduce hydraulic losses, which depend on the speed squared, it is necessary to make the area of the flowing part of the inlet channels more than twenty percent larger than the area of the flowing part of the screw channels. The speed is determined by the ratio of the flow rate to the area. With an increase in the area of the channels, the hydraulic losses will decrease accordingly.

Если лопасти шнека имеют винтообразную поверхность переменного хода, это позволит сделать вход потока в шнек с оптимальным углом атаки на разных режимах течения потока. За счет этого снизить гидравлические потери и диспергирование мультифазного потока.If the screw blades have a helical surface of variable stroke, this will make it possible to make the flow enter the screw with an optimal angle of attack in different flow regimes. Due to this, hydraulic losses and dispersion of the multiphase flow can be reduced.

Число лопастей в шнеке определяется расходом, для меньших значений расхода предпочтительно выбирать шнеки с меньшим числом лопастей.The number of blades in the screw is determined by the flow rate, for lower flow rates it is preferable to choose screws with a smaller number of blades.

Толщина лопастей шнека определяется исходя из перепада давления и соответственно скорости мультифазного потока входе в шнек. Перепад давления зависит от степени универсальности сепаратора. Сепараторы на несколько диапазонов подач имеют большие перепады и соответственно скорости потока на входе, и должны иметь большую толщину лопастей шнека.The thickness of the screw blades is determined based on the pressure drop and, accordingly, the velocity of the multiphase flow at the screw inlet. The pressure drop depends on the versatility of the separator. Separators for several feed ranges have large drops and, accordingly, inlet flow rates, and must have a large thickness of the screw blades.

Сверху и снизу разделительного, герметизирующего элемента установлены защитные центраторы, которые предотвращают повреждение разделительного, герметизирующего элемента при спуске и подъеме сепаратора.Protective centralizers are installed above and below the separating, sealing element, which prevent damage to the separating, sealing element when lowering and raising the separator.

На входе в отводящий канал установлен отводящий шнек, который обеспечивает дополнительное вращение потока и укрупнение пузырьков свободного газа при движении скважинной жидкости вверх.A discharge auger is installed at the inlet to the discharge channel, which provides additional rotation of the flow and enlargement of free gas bubbles when the well fluid moves upwards.

Если в варианте конструктивного исполнения перед входными отверстиями насоса установлен гравитационный сепаратор, например, чашечного типа, то часть пузырей, укрупненных ранее в сепараторе-укрупнителе, пройдет мимо входа во входной модуль насоса или газосепаратора. При этом снизится содержание свободного газа и повысится эффективность и надежность работы установки.If in the design variant a gravity separator, for example, of a cup type, is installed in front of the pump inlets, then some of the bubbles previously enlarged in the separator-aggregator will pass by the entrance to the inlet module of the pump or gas separator. This will reduce the content of free gas and increase the efficiency and reliability of the installation.

После выхода из сепаратора механических примесей, укрупнителя газовой фазы, поток может заходить в насос или газосепаратор, установленный на входе в насос. При этом, чем крупнее пузырьки газа, тем большее его количество будет проходить мимо входа в насос или газосепаратор.After leaving the mechanical impurities separator, gas phase enlarger, the flow can enter the pump or gas separator installed at the pump inlet. At the same time, the larger the gas bubbles, the greater its amount will pass by the inlet to the pump or gas separator.

На фигурах 1-4 показаны:Figures 1-4 show:

фиг.1 – общий вид установки с сепаратором-укрупнителем;Fig.1 - General view of the installation with a separator-aggregator;

фиг.2 – общий вид сепаратора-укрупнителя;Fig.2 - General view of the separator-enlarger;

фиг.3 – муфта с каналами;figure 3 - coupling with channels;

фиг.4 – общий вид сепаратора-укрупнителя с отводящим шнеком.Fig.4 - General view of the separator-enlarger with a discharge screw.

На фигурах 1-4 позициями обозначены:In figures 1-4 positions are indicated:

1. Погружной двигатель.1. Submersible motor.

2. Лопастной насос.2. Vane pump.

3. Входные отверстия насоса.3. Pump inlets.

4. Насосно-компрессорные трубы.4. Tubing.

5. Корпус разделителя.5. Separator body.

6. Разделитель.6. Separator.

7. Центраторы.7. Centralizers.

8. Муфта.8. Coupling.

9. Цилиндрический корпус сепаратора.9. Cylindrical separator body.

10. Полый цилиндрический патрубок.10. Hollow cylindrical nozzle.

11. Кольцевой канал.11. Ring channel.

12. Входной канал десендера.12. Desender input channel.

13. Кольцевой канал в муфте.13. Annular channel in the coupling.

14. Полый шнек.14. Hollow screw.

15. Спиральный канал в шнеке.15. Spiral channel in the screw.

16. Вихревая камера.16. Vortex chamber.

17. Конусообразная часть вихревой камеры.17. Cone-shaped part of the vortex chamber.

18. Отстойник для механических примесей.18. Sump for mechanical impurities.

19. Отводящий шнек.19. Removal auger.

20. Выходные отверстия десендера.20. Desender outlets.

21. Отводящий канал.21. Outlet channel.

22. Гравитационный сепаратор.22. Gravity separator.

Погружная установка лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей – укрупнителем газовой фазы содержит погружной двигатель 1, лопастной насос 2 с входными отверстиями 3, насосно-компрессорные трубы 4.The submersible installation of a vane pump with a downhole separator of mechanical impurities - a gas phase enlarger contains a submersible motor 1, a vane pump 2 with inlets 3, tubing 4.

В нижней части погружного двигателя 1 установлен скважинный сепаратор механических примесей - укрупнитель газовой фазы.In the lower part of the submersible motor 1, a downhole mechanical impurities separator is installed - a gas phase enlarger.

Сепаратор содержит корпус разделителя 5, установленный на нем разделитель 6, таким образом, что входной канал или входные каналы 12 в сепаратор механических примесей установлены ниже, а выходные отверстия 20 из сепаратора и входные отверстия 3 в лопастной насос 2 – выше разделителя 6.The separator contains a separator body 5, a separator 6 installed on it, so that the inlet channel or inlet channels 12 to the separator of mechanical impurities are installed below, and the outlet holes 20 from the separator and the inlet holes 3 to the vane pump 2 are above the separator 6.

Муфта 8 соединяет корпус разделителя 6 и цилиндрический корпус 9, внутри которого соосно, с образованием кольцевого канала 11, установлен полый цилиндрический патрубок 10, в нижней части которого установлен полый шнек 14.The coupling 8 connects the separator body 6 and the cylindrical body 9, inside which a hollow cylindrical pipe 10 is installed coaxially, with the formation of an annular channel 11, in the lower part of which a hollow screw 14 is installed.

Отводящий канал 21 образован внутренними диаметрами полого шнека 14 и полого цилиндрического патрубка 10. The discharge channel 21 is formed by the inner diameters of the hollow screw 14 and the hollow cylindrical pipe 10.

Спиральный канал 15 образован между лопастями полого шнека 14 и внутренним диаметром цилиндрического корпуса 9.The spiral channel 15 is formed between the blades of the hollow screw 14 and the inner diameter of the cylindrical body 9.

Толщина лопастей полого шнека 14 составляет от двух до восьми миллиметров. Если толщина меньше, то возрастает вероятность гидроабразивного перерезания входных участков лопастей, с последующим ухудшением эффективности сепарации. Если толщина будет больше, то возрастает радиус спирали, соответственно заметно уменьшается центробежная сила, и эффективность сепарации. Количество лопастей полого шнека 14 – от одного до пяти. Одна лопасть в шнеке рекомендована при малых расходах, с увеличением расхода, количество лопастей возрастает. При количестве – более пяти, происходит уменьшение площади проточной части, так как нельзя снижать толщину лопастей меньше определенной величины. Так как диаметральный габарит скважин для добычи пластовой жидкости ограничен, вышеуказанное снижение площади приводит к деградации проточной части каналов шнека и снижению эффективности сепарации.The thickness of the blades of the hollow screw 14 is from two to eight millimeters. If the thickness is less, then the probability of hydroabrasive cutting of the inlet sections of the blades increases, with a subsequent deterioration in the separation efficiency. If the thickness is greater, then the radius of the spiral increases, respectively, the centrifugal force and the separation efficiency decrease noticeably. The number of blades of the hollow auger is 14 - from one to five. One blade in the auger is recommended for low flow rates, as the flow rate increases, the number of blades increases. If the number is more than five, there is a decrease in the area of the flow path, since it is impossible to reduce the thickness of the blades below a certain value. Since the diametral dimension of wells for the production of reservoir fluid is limited, the above area reduction leads to degradation of the flow part of the screw channels and a decrease in separation efficiency.

Лопасти полого шнека 14 имеют винтообразную поверхность переменного хода.The blades of the hollow screw 14 have a helical surface of variable stroke.

К нижней части цилиндрического корпуса 9 присоединена цилиндрическая вихревая камера 16 с конусообразной частью 17 внизу, к которой присоединен отстойник 18 для сбора механических примесей.A cylindrical vortex chamber 16 with a cone-shaped part 17 at the bottom is attached to the lower part of the cylindrical body 9, to which a sump 18 is attached to collect mechanical impurities.

Цилиндрический корпус 9 и полый цилиндрический патрубок 10 с полым шнеком 14 установлены в муфте 8.The cylindrical body 9 and the hollow cylindrical pipe 10 with the hollow screw 14 are installed in the coupling 8.

Между внутренним диаметром муфты 8 и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка 10 образован кольцевой канал в муфте 13, который соединен с кольцевым каналом 11 между внутренним диаметром цилиндрического корпуса 9 и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка 10.Between the inner diameter of the sleeve 8 and the outer diameter of the hollow cylindrical pipe 10, an annular channel is formed in the clutch 13, which is connected to the annular channel 11 between the inner diameter of the cylindrical body 9 and the outer diameter of the hollow cylindrical pipe 10.

Входной канал (каналы) 12, выполненный в муфте 8, соединяет затрубное пространство с кольцевым каналом в муфте 13 и направляет входящий поток по спирали.The inlet channel (channels) 12, made in the sleeve 8, connects the annulus with the annular channel in the sleeve 13 and directs the incoming flow in a spiral.

В муфте 8 выполнен входной канал 12, соединяющий затрубное пространство с кольцевым каналом 13 муфты 8, ось которого направлена под углом к плоскости горизонта, и к плоскости, проходящей через ось муфты 8, направляя входящий поток по спирали.The coupling 8 has an inlet channel 12 connecting the annular space with the annular channel 13 of the coupling 8, the axis of which is directed at an angle to the horizon plane, and to the plane passing through the axis of the coupling 8, directing the incoming flow in a spiral.

Входные каналы 12, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом 13 муфты, изготовлены в муфте 8, таким образом, что расстояние между - входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека. Подвод мультифазного потока в сепаратор осуществляют по дугообразной траектории, за счет этого осуществляется предварительная сепарация перед поступлением в шнек, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте, таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека. При большем расстоянии за счет диспергирования, перемешивания, снижается эффект предварительной сепарации, также возрастают гидравлические потери, которые пропорциональны длине канала, возрастает стоимость изделия.The inlet channels 12 connecting the annular space with the annular channel 13 of the coupling are made in the coupling 8 in such a way that the distance between the inlet channels and the screw is no more than one screw diameter. The multiphase flow is supplied to the separator along an arcuate trajectory, due to which preliminary separation is carried out before entering the screw, the inlet channels connecting the annular space with the annular channel of the coupling are made in the coupling so that the distance between the inlet channels and the screw is no more than one screw diameter. At a greater distance, due to dispersion, mixing, the effect of preliminary separation is reduced, hydraulic losses also increase, which are proportional to the length of the channel, and the cost of the product increases.

Площадь проточной части входных каналов 12 более чем на двадцать процентов превышает площадь проточной части спиральных каналов 15 полого шнека 14.The area of the flowing part of the inlet channels 12 is more than twenty percent larger than the area of the flowing part of the spiral channels 15 of the hollow screw 14.

В варианте конструктивного исполнения может быть установлен дополнительный разделитель, при этом оба разделителя должны иметь чашеобразную форму, и быть установлены вогнутыми частями на встречу друг другу.In the design version, an additional separator can be installed, while both separators must have a cup-like shape and be installed with concave parts facing each other.

Сверху и снизу разделителя 6 установлены защитные центраторы 7, предотвращающие повреждение герметизирующего разделительного элемента при спуске и подъеме сепаратора.Protective centralizers 7 are installed on top and bottom of the separator 6, which prevent damage to the sealing separating element when lowering and raising the separator.

В варианте конструктивного исполнения на входе в отводящий канал 21 может быть установлен отводящий шнек 19.In a design variant, a discharge auger 19 can be installed at the inlet to the discharge channel 21.

В варианте конструктивного исполнения на входе во входные отверстия 3 лопастного насоса 2 может быть установлен гравитационный сепаратор 22, например, чашечного типа.In a design variant, a gravity separator 22, for example, of a cup type, can be installed at the inlet to the inlet holes 3 of the vane pump 2.

Погружная установка лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы работает следующим образом. The submersible installation of a vane pump with a downhole mechanical impurities separator - a gas phase enlarger works as follows.

Пластовая жидкость с механическими примесями поступает в кольцевой канал 11 через входной канал (каналы) 12. Входной канал 12 направляет поток пластовой жидкости по радиусу. За счет центробежной силы происходит сепарация механических (абразивных) частиц, которые собираются на периферии кольцевого канала 11, и пузырьков свободного газа, которые собираются и укрупняются в центре. За счет предварительной закрутки происходит предварительная сепарация твердых и газообразных частиц.Formation fluid with mechanical impurities enters the annular channel 11 through the inlet channel(s) 12. The inlet channel 12 directs the formation fluid flow along the radius. Due to the centrifugal force, mechanical (abrasive) particles are separated, which are collected at the periphery of the annular channel 11, and free gas bubbles, which are collected and enlarged in the center. Due to the pre-swirling, a preliminary separation of solid and gaseous particles occurs.

На выходе из полого шнека 14 в вихревой камере 16 происходит окончание сепарации. Твердые частицы за счет центробежных сил собираются у периферии вихревой камеры 16. Твердые частицы смещаются вниз к конусообразной части камеры 17 и далее оседают в отстойнике 18. Очищенная от механических примесей газожидкостная смесь поступает в полый цилиндрический патрубок 10 и далее движется вверх. Пройдя через отводящий шнек 19, поток получает дополнительное вращение, при этом происходит укрупнение пузырьков газовой фазы. Газожидкостная смесь с крупными пузырьками газа на входе в лопастной насос 2 движется сверху вниз, проходя через гравитационный сепаратор 22, установленный перед входными отверстиями насоса 3. При этом укрупненные в сепараторе пузырьки газа движутся вверх мимо насоса.At the outlet of the hollow screw 14 in the vortex chamber 16 is the end of the separation. Solid particles due to centrifugal forces are collected at the periphery of the vortex chamber 16. Solid particles are displaced down to the cone-shaped part of the chamber 17 and then settle in the sump 18. The gas-liquid mixture purified from mechanical impurities enters the hollow cylindrical pipe 10 and then moves up. After passing through the discharge auger 19, the flow receives additional rotation, and the bubbles of the gas phase are enlarged. The gas-liquid mixture with large gas bubbles at the inlet to the vane pump 2 moves from top to bottom, passing through the gravity separator 22, installed in front of the inlets of the pump 3. At the same time, the gas bubbles enlarged in the separator move upward past the pump.

Claims (7)

1. Погружная установка лопастного насоса со скважинным сепаратором механических примесей - укрупнителем газовой фазы, содержащая лопастной насос с входными отверстиями, погружной двигатель, в нижней части которого установлен скважинный сепаратор механических примесей - укрупнитель газовой фазы, содержащий корпус разделителя, установленный на нем разделитель, вход в сепаратор механических примесей изготовлен ниже, а выход из сепаратора и вход в лопастной насос – выше разделителя, муфту, которая соединяет корпус разделителя и цилиндрический корпус, внутри которого соосно с образованием кольцевого канала установлен полый цилиндрический патрубок, в нижней части которого установлен полый шнек, отводящий канал, образованный внутренними диаметрами полого шнека и полого цилиндрического патрубка, спиральный канал, образованный между лопастями шнека и внутренним диаметром корпуса, присоединенную к нижней части корпуса цилиндрическую вихревую камеру с конусообразной частью внизу, к которой присоединен отстойник для сбора механических примесей, отличающаяся тем, что цилиндрические корпус и патрубок с полым шнеком установлены в муфте, между внутренним диаметром муфты и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка образован кольцевой канал в муфте, который соединен с кольцевым каналом между внутренним диаметром цилиндрического корпуса и наружным диаметром полого цилиндрического патрубка, входные каналы, соединяющие затрубное пространство с кольцевым каналом муфты, изготовлены в муфте таким образом, что расстояние между входными каналами и шнеком составляет не более одного диаметра шнека, площадь проточной части входных каналов более чем на двадцать процентов превышает площадь проточной части каналов шнека, при этом толщина лопастей полого шнека составляет от двух до восьми миллиметров, количество лопастей полого шнека – от одного до пяти, проточная часть сепаратора, состоящая из муфты, цилиндрического корпуса и отстойника для сбора механических примесей герметична, соединяется с затрубным пространством только посредством входных каналов.1. Submersible installation of a vane pump with a downhole mechanical impurities separator - a gas phase enlarger, containing a vane pump with inlets, a submersible motor, in the lower part of which a downhole mechanical impurities separator is installed - a gas phase enlarger, containing a separator body, a separator installed on it, an inlet into the separator of mechanical impurities is made below, and the outlet from the separator and the inlet to the vane pump is above the separator, a coupling that connects the separator body and a cylindrical body, inside of which a hollow cylindrical pipe is installed coaxially with the formation of an annular channel, in the lower part of which a hollow screw is installed, a discharge channel formed by the inner diameters of the hollow screw and a hollow cylindrical pipe, a spiral channel formed between the screw blades and the inner diameter of the housing, a cylindrical vortex chamber attached to the lower part of the housing with a cone-shaped part at the bottom, to which a sump is attached to collect mechanical impurities, characterized in that that the cylindrical body and the branch pipe with a hollow screw are installed in the sleeve, between the inner diameter of the sleeve and the outer diameter of the hollow cylindrical branch pipe an annular channel is formed in the sleeve, which is connected to the annular channel between the inner diameter of the cylindrical body and the outer diameter of the hollow cylindrical branch pipe, the inlet channels connecting the annulus space with an annular channel of the coupling, made in the coupling in such a way that the distance between the inlet channels and the screw is no more than one diameter of the screw, the area of the flowing part of the inlet channels is more than twenty percent larger than the area of the flowing part of the screw channels, while the thickness of the blades of the hollow screw is from two to eight millimeters, the number of blades of the hollow screw is from one to five, the flow part of the separator, consisting of a coupling, a cylindrical body and a sump for collecting mechanical impurities, is hermetic, connected to the annulus only through inlet channels. 2. Погружная установка лопастного насоса по п.1, отличающаяся тем, что входные каналы направлены под углом к плоскости горизонта.2. Submersible installation of a vane pump according to claim 1, characterized in that the inlet channels are directed at an angle to the horizon plane. 3. Погружная установка лопастного насоса по п.1, отличающаяся тем, что входные каналы направлены под углом к плоскости горизонта или/и к плоскости, проходящей через ось муфты, направляя входящий поток по спирали.3. Submersible installation of a vane pump according to claim 1, characterized in that the inlet channels are directed at an angle to the plane of the horizon and/or to the plane passing through the axis of the coupling, directing the incoming flow in a spiral. 4. Погружная установка лопастного насоса по п.1, отличающаяся тем, что лопасти полого шнека имеют винтообразную поверхность переменного хода.4. Submersible installation of a vane pump according to claim 1, characterized in that the blades of the hollow screw have a helical surface of variable stroke. 5. Погружная установка лопастного насоса по п.1, отличающаяся тем, что сверху и снизу разделительного элемента установлены защитные центраторы, предотвращающие повреждение разделительного элемента при спуске и подъеме сепаратора.5. Submersible installation of a vane pump according to claim 1, characterized in that protective centralizers are installed above and below the separating element, preventing damage to the separating element when lowering and raising the separator. 6. Погружная установка лопастного насоса по п.1, отличающаяся тем, что в отводящем канале установлен отводящий шнек.6. Submersible installation of a vane pump according to claim 1, characterized in that a discharge screw is installed in the discharge channel. 7. Погружная установка лопастного насоса по п.1, отличающаяся тем, что перед входными отверстиями насоса установлен гравитационный сепаратор.7. Submersible installation of a vane pump according to claim 1, characterized in that a gravity separator is installed in front of the pump inlets.
RU2023106915U 2023-03-23 Submersible installation of a vane pump with a downhole separator of mechanical impurities - a gas phase enlarger RU218123U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU218123U1 true RU218123U1 (en) 2023-05-11

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1550115A1 (en) * 1988-05-30 1990-03-15 Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного объединения "Укрнефть" Arrangement for separating gas when pumping fluid from a well by submersible electric centrifugal pump
RU2241858C1 (en) * 2004-01-20 2004-12-10 Дроздов Александр Николаевич Submersible pumping system
CN200955384Y (en) * 2006-09-23 2007-10-03 中国石化股份胜利油田分公司海洋采油厂 Oil-gas separator for electric submersible pump
RU114720U1 (en) * 2011-08-25 2012-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Центр образования, науки и культуры имени И.М. Губкина" (ООО "ЦОНиК им. И.М. Губкина") Borehole Fluid Cleaning Device
RU2529978C1 (en) * 2013-07-18 2014-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Центр образования, науки и культуры имени И.М. Губкина" (ООО "ЦОНиК им. И.М. Губкина") Downhole gas-sand separator
RU2547854C1 (en) * 2014-04-14 2015-04-10 Акционерное общество "Новомет-Пермь" (АО "Новомет-Пермь") Downhole swirler separator (versions)
RU203404U1 (en) * 2020-11-23 2021-04-02 Общество с ограниченной ответственностью «АЛНАС» Submersible plant with a vane pump and a gas separator for the production of formation fluid with a high content of gas and mechanical impurities

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1550115A1 (en) * 1988-05-30 1990-03-15 Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного объединения "Укрнефть" Arrangement for separating gas when pumping fluid from a well by submersible electric centrifugal pump
RU2241858C1 (en) * 2004-01-20 2004-12-10 Дроздов Александр Николаевич Submersible pumping system
CN200955384Y (en) * 2006-09-23 2007-10-03 中国石化股份胜利油田分公司海洋采油厂 Oil-gas separator for electric submersible pump
RU114720U1 (en) * 2011-08-25 2012-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Центр образования, науки и культуры имени И.М. Губкина" (ООО "ЦОНиК им. И.М. Губкина") Borehole Fluid Cleaning Device
RU2529978C1 (en) * 2013-07-18 2014-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Центр образования, науки и культуры имени И.М. Губкина" (ООО "ЦОНиК им. И.М. Губкина") Downhole gas-sand separator
RU2547854C1 (en) * 2014-04-14 2015-04-10 Акционерное общество "Новомет-Пермь" (АО "Новомет-Пермь") Downhole swirler separator (versions)
RU203404U1 (en) * 2020-11-23 2021-04-02 Общество с ограниченной ответственностью «АЛНАС» Submersible plant with a vane pump and a gas separator for the production of formation fluid with a high content of gas and mechanical impurities

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2409767C2 (en) Procedure for double-phase well fluid pumping out and device for its implementation (versions)
US7766081B2 (en) Gas separator within ESP shroud
US7909092B2 (en) Downhole separator
EP0437070A1 (en) Gas separator for submersible pumps
CN200955384Y (en) Oil-gas separator for electric submersible pump
EP0400202B1 (en) Gas liquid separator
CN105201870B (en) A kind of centrifugal pump of preposition rotational flow type gas-liquid separater
RU2547854C1 (en) Downhole swirler separator (versions)
RU218123U1 (en) Submersible installation of a vane pump with a downhole separator of mechanical impurities - a gas phase enlarger
RU2810912C1 (en) Method of operation of installing a vane pump with a downhole separator of mechanical impurities and a gas phase enlarger (options) and submersible installation of a vane pump for its implementation (options)
GB2124929A (en) Liquid gas separator
RU2691221C1 (en) Method for gas separation of submersible electric centrifugal pump with submersible electric motor in casing
RU153249U1 (en) Borehole Vortex Gas Separator
RU2148708C1 (en) Device for cleaning of fluid in well
RU2559277C1 (en) Mechanical impurities separator for fluid
RU102057U1 (en) GRAVITATIONAL SEPARATOR FOR CLEANING WELL LIQUID
SU1629507A1 (en) Double-acting deep-well separator
RU2326236C2 (en) Ratio separator of gas at oil recovery
RU2727999C1 (en) Separator of mechanical impurities
RU2526068C1 (en) Downhole separator of mechanical impurities
CN108317091B (en) Gas-liquid separation device and separation method for submersible electric pump
RU184048U1 (en) DEVICE FOR GAS SEPARATION OF SUBMERSIBLE ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP IN CASING
RU2774343C1 (en) Method for producing reservoir fluid containing gas and abrasive particles and a submersible unit with a pump and a gas separator for its implementation
RU48579U1 (en) WAY GAS SAND WELL SEPARATOR
RU208344U1 (en) Downhole gas separator of submersible installation with vane pump and electric motor