RU2193653C2

RU2193653C2 - Gas separator of centrifugal pump for oil recovery from wells

Info

Publication number: RU2193653C2
Application number: RU2001102294/03A
Authority: RU
Inventors: А.С. Говберг
Original assignee: Открытое акционерное общество "Борец"
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-11-27

Abstract

FIELD: technology of oil recovery from wells; applicable in manufacture of centrifugal pumps. SUBSTANCE: gas separator has body accommodating formed cavity of inflow with inlet and outlet channels, shaft rotating in bearings, auger located on shaft, device for straightening flow of gas-fluid mixture, separating members and means for fastening of shaft in gas separator body. Additional cavity is made in body below inflow cavity and isolated from inflow cavity by means of seal. Additional cavity accommodates axial bearing of shaft taking up axial forces from shafts of pump sections. Pivot of axial bearing is secured to shaft. Thrust bearing is fixed relative to pump body. EFFECT: higher reliability and durability of gas separator due to increased axial bearing load-carrying capacity. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике добычи нефти из скважин и может быть использовано при изготовлении центробежных насосов. The invention relates to techniques for oil production from wells and can be used in the manufacture of centrifugal pumps.

При глубиннонасосной добыче нефти с газопроявлениями для обеспечения возможности нормальной работы центробежных насосов на их приеме устанавливают сепарационные устройства, предназначенные для отделения газа от жидкости до ее поступления в насос. When deep pumping oil with gas shows, to ensure the normal operation of centrifugal pumps, separation devices are installed at their intake, designed to separate gas from the liquid before it enters the pump.

Известны газосепараторы производства фирм США [1], содержащие цилиндрический корпус и размещенные на валу четырехлопастной ротор винтового типа, к которому газожидкостная смесь поступает из приемных отверстий корпуса, и сепарационную камеру в виде цилиндрического барабана с радиальными лопатками, а также камеру, предназначенную для отвода свободного газа в затрубное пространство скважины и подачи остаточной газожидкостной смеси на первую ступень насоса. Known gas separators manufactured by US firms [1], containing a cylindrical body and placed on the shaft of a four-blade rotor screw type, to which the gas-liquid mixture comes from the inlet holes of the housing, and a separation chamber in the form of a cylindrical drum with radial blades, as well as a camera designed to drain free gas into the annulus of the well and supplying the residual gas-liquid mixture to the first stage of the pump.

К недостаткам известных конструкций при их использовании в погружных центробежных насосах можно отнести то, что осевая сила от валов модулей насоса через вал газосепаратора передается осевой опоре протектора электродвигателя. Эта осевая нагрузка на опору протектора приводит к дополнительному нагреву электродвигателя в процессе работы. The disadvantages of the known designs when used in submersible centrifugal pumps include the fact that the axial force from the shafts of the pump modules is transmitted to the axial support of the motor protector through the gas separator shaft. This axial load on the tread support leads to additional heating of the electric motor during operation.

Устройством, наиболее близким к изобретению, является газосепаратор [2], содержащий корпус с верхней и нижней головками, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, и размещенные на валу шнек, сепаратор и рабочее колесо. Известный аналог содержит осевую опору, предназначенную для восприятия осевой нагрузки только от ротора газосепаратора. К недостаткам указанной конструкции следует отнести то, что осевая опора находится в потоке откачиваемой среды и, следовательно, создает гидравлическое сопротивление потоку. Кроме того, между трущимися поверхностями опоры попадают механические примеси, находящиеся в потоке, что приводит к преждевременному износу опоры и снижает ее несущую способность. При такой конструкции газосепаратора в каждой секции обслуживаемого газосепаратором насоса находится осевая опора, обеспечивающая восприятие осевых сил, действующих на вал секции, наличие которой увеличивает вибрацию насоса в процессе работы, создает дополнительные нагрузки на радиальные опоры вала секции, приводит к снижению напора насоса, КПД, надежности насоса и долговечности его работы. The device closest to the invention is a gas separator [2], comprising a housing with upper and lower heads, a shaft mounted rotatably in the housing, and a screw, a separator and an impeller placed on the shaft. A known analogue contains an axial support designed to absorb axial load only from the rotor of the gas separator. The disadvantages of this design include the fact that the axial support is in the flow of the pumped medium and, therefore, creates a hydraulic resistance to the flow. In addition, between the rubbing surfaces of the support, there are mechanical impurities in the stream, which leads to premature wear of the support and reduces its bearing capacity. With this design of the gas separator, in each section of the pump serviced by the gas separator there is an axial support, which provides the perception of axial forces acting on the shaft of the section, the presence of which increases the vibration of the pump during operation, creates additional loads on the radial bearings of the shaft of the section, reduces the pump head, efficiency, pump reliability and durability.

Изобретение обеспечивает решение задачи повышения надежности и долговечности работы газосепаратора и обслуживаемого им погружного центробежного насоса путем увеличения несущей способности осевой опоры газосепаратора с одновременным увеличением надежности работы элементов пары трения осевой опоры газосепаратора и повышением КПД насоса. The invention provides a solution to the problem of increasing the reliability and durability of the gas separator and the submersible centrifugal pump serviced by it by increasing the bearing capacity of the axial support of the gas separator while increasing the reliability of the elements of the friction pair of the axial support of the gas separator and increasing the efficiency of the pump.

Технический результат достигается тем, что в газосепараторе, содержащем корпус с полостью притока с входными и выходным каналами, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения в опорах, размещенные на валу шнек, выпрямитель потока газожидкостной смеси, сепарирующие элементы, а также средства крепления вала в корпусе, в отличие от известных устройств, в корпусе ниже полости притока выполнена дополнительная полость, изолированная от полости притока откачиваемой газожидкостной смеси посредством уплотнения, в дополнительной полости размещена осевая опора, при этом пята осевой опоры закреплена на валу, а подпятник осевой опоры закреплен неподвижно относительно корпуса. В предпочтительном варианте выполнения изобретения дополнительная полость изолирована от полости притока посредством уплотнений щелевого типа. The technical result is achieved by the fact that in a gas separator containing a housing with an inflow cavity with input and output channels, a shaft mounted in the housing with the possibility of rotation in bearings, a screw located on the shaft, a gas-liquid mixture flow straightener, separating elements, and also shaft mounting means in the housing, unlike the known devices, in the housing below the inflow cavity an additional cavity is made, isolated from the inflow cavity of the pumped gas-liquid mixture by means of a seal, in the additional cavity arranged axial bearing, wherein the heel support is fixed on the axial shaft and the axial thrust bearing support fixedly secured relative to the housing. In a preferred embodiment, the additional cavity is isolated from the inflow cavity by means of gap seals.

Предложенная конструкция газосепаратора центробежного насоса для добычи нефти из скважин благодаря применению осевой опоры, несущая способность которой повышена за счет размещения опоры в дополнительной полости корпуса, изолированной от полости притока перекачиваемой среды, с обеспечением возможности восприятия осевой опорой осевых сил от валов секций насоса, позволяет сократить вибрацию насоса и нагрузки на его радиальные опоры, снизить потери напора насоса, увеличить КПД, надежность и долговечность насоса. The proposed design of a centrifugal pump gas separator for oil production from wells through the use of an axial support, the bearing capacity of which is increased by placing the support in an additional cavity of the casing isolated from the inflow cavity of the pumped medium, with the possibility of axial support perceiving axial forces from the shafts of the pump sections, reduces vibration of the pump and the load on its radial bearings, reduce the pressure loss of the pump, increase efficiency, reliability and durability of the pump.

На чертеже представлен схематический чертеж газосепаратора, выполненного согласно изобретению. The drawing shows a schematic drawing of a gas separator made according to the invention.

Газосепаратор содержит цилиндрический корпус 1, головку 2 и входное основание 3, выполненное с входными 4 и выходным 5 каналами, образующими полость притока откачиваемой среды 6. В корпусе 1 установлен вал 7, возможность вращения которого обеспечивается верхней 8, средней 9 и нижней 10 радиальными опорами. The gas separator comprises a cylindrical body 1, a head 2 and an input base 3 made with input 4 and output 5 channels forming a cavity for the inflow of the pumped medium 6. A shaft 7 is installed in the housing 1, the rotation of which is provided by the upper 8, middle 9 and lower 10 radial bearings .

На валу 7 размещены шнек 11, служащий для перемещения газожидкостной смеси, лопастной выпрямитель потока газожидкостной смеси 12, обеспечивающий безударный вход потока на лопасти газосепарирующих элементов 13. В головке 2 выполнены каналы 14, 15, соединяющие полость, в которой установлены газосепарирующие элементы 13, соответственно с полостью насоса 16 и окружающим газосепаратор пространством. При этом через каналы 14 к насосным ступеням насоса поступает жидкость с остаточным содержанием газа, а через каналы 15 в пространство скважины отводится содержавшийся в пластовой жидкости газ. A screw 11 is placed on the shaft 7, which serves to move the gas-liquid mixture, a blade rectifier for the flow of the gas-liquid mixture 12, which provides a shock-free flow inlet to the blades of the gas-separating elements 13. In the head 2, channels 14, 15 are made connecting the cavity in which the gas-separating elements 13 are installed, respectively with a pump cavity 16 and the space surrounding the gas separator. At the same time, through the channels 14 to the pumping stages of the pump liquid with a residual gas content enters, and through the channels 15 into the well space the gas contained in the formation fluid is discharged.

Для восприятия формируемых при работе насоса и газосепаратора осевых сил служит осевая опора, размещенная в дополнительной полости 17, образованной основанием 18 газосепаратора и основанием 3 полости притока. Дополнительная полость 17 выполнена ниже полости притока и изолирована от полости притока газожидкостной смеси 6 щелевыми уплотнениями 9. Осевая опора содержит пяту 19, установленную на валу 7, и подпятник 20, закрепленный в основании 18. Вал 7 газосепаратора соединяется с валом секции насоса и валом электродвигателя (на чертеже не показаны) муфтами 21 и 22 соответственно. Вкладыш 23 обеспечивает механический контакт вала 7 газосепаратора с валом следующей за газосеператором насосной секции. Для защиты от засорения собранного газосепаратора и его повреждения при транспортировке предусмотрены защитные крышки 24 и 25, закрепленные на торцевых частях корпуса. For the perception of the axial forces generated during operation of the pump and the gas separator, an axial support is placed in the additional cavity 17 formed by the gas separator base 18 and the inflow cavity base 3. The additional cavity 17 is made below the inflow cavity and is isolated from the inflow cavity of the gas-liquid mixture by 6 gap seals 9. The axial support comprises a heel 19 mounted on the shaft 7 and a thrust bearing 20 fixed to the base 18. The gas separator shaft 7 is connected to the pump section shaft and the motor shaft (not shown) couplings 21 and 22, respectively. The liner 23 provides mechanical contact of the gas separator shaft 7 with the shaft of the pump section following the gas separator. To protect against clogging of the assembled gas separator and its damage during transportation, protective covers 24 and 25 are attached to the end parts of the housing.

Работа газосепаратора происходит следующим образом. The operation of the gas separator is as follows.

Газосепаратор, используемый в составе электронасоса, выполненного с одной или несколькими насосными секциями и погружным электродвигателем, опускается в скважину. После запуска электродвигателя из нефтяного пласта к газосепаратору начинает поступать газожидкостная смесь (ГЖС). ГЖС по каналам 4 и 5, образующим полость притока 6 во входном основании 3, поступает к шнеку 11, создающему напор и обеспечивающему перемещение ГЖС внутри газосепаратора. Выпрямитель потока 12 обеспечивает безударный вход ГЖС на лопасти газосеперирующих элементов 13. Под действием сил, формируемых при воздействии элементов 13, газожидкостная смесь в процессе перемещения в верхнюю часть газосепаратора разделяется на жидкую и газовую фазы. В верхней части корпуса 1 формируются соответственно внешний (жидкая фаза) и внутренний (газовая фаза) потоки. Жидкая фаза по каналам 14 попадает в полость 16, сообщающуюся с полостью нижнего насосного модуля. Газовая фаза по каналам 15 выбрасывается в окружающую среду в направлении, указанном стрелками. Рабочие органы насоса, укрепленные на валах секций, вращаясь, создают давление, которое формирует осевую силу, действующую на торцы соответствующих валов секций насоса. Эта сила обеспечивает прижим нижних торцов валов секций насоса к верхним торцам смежных секций, а суммарная осевая сила Р через вал нижней секции насоса действует на верхний торец вала 7 газосепаратора. Осевая сила, действующая на вал 7, через пяту 19 передается на подпятник 20. В связи с этим нижний торец вала 7 не передает осевую силу на вал электродвигателя и, соответственно, исключается необходимость установки усиленной осевой опоры в протекторе электродвигателя. При этом установка осевой опоры в полости 17, расположенной между основаниями 3 и 18, отделенной от полости притока газожидкостной смеси 6 и изолированной щелевыми уплотнениями 9, предохраняет осевую опору от загрязнения и преждевременного износа механическими примесями, находящимися в откачиваемой ГЖС. The gas separator used in the electric pump, made with one or more pump sections and a submersible electric motor, is lowered into the well. After starting the electric motor from the oil reservoir, a gas-liquid mixture (GHS) begins to flow to the gas separator. The GHS through the channels 4 and 5, forming the cavity of the inlet 6 in the input base 3, enters the screw 11, which creates a pressure and ensures the movement of the GHS inside the gas separator. The flow straightener 12 provides a shock-free entry of the GHS to the blades of the gas-separating elements 13. Under the action of the forces generated by the action of the elements 13, the gas-liquid mixture is separated into the liquid and gas phases during movement to the upper part of the gas separator. In the upper part of the housing 1, external (liquid phase) and internal (gas phase) flows are formed respectively. The liquid phase through channels 14 enters the cavity 16, communicating with the cavity of the lower pump module. The gas phase through the channels 15 is discharged into the environment in the direction of the arrows. The working bodies of the pump, mounted on the shafts of the sections, rotating, create a pressure that generates axial force acting on the ends of the respective shafts of the pump sections. This force ensures that the lower ends of the shafts of the pump sections are pressed against the upper ends of the adjacent sections, and the total axial force P, through the shaft of the lower section of the pump, acts on the upper end of the shaft 7 of the gas separator. The axial force acting on the shaft 7 is transmitted through the heel 19 to the thrust bearing 20. In this regard, the lower end of the shaft 7 does not transmit axial force to the motor shaft and, accordingly, the need to install a reinforced axial support in the tread of the electric motor is eliminated. In this case, the installation of the axial support in the cavity 17, located between the bases 3 and 18, separated from the inflow cavity of the gas-liquid mixture 6 and isolated by gap seals 9, protects the axial support from contamination and premature wear by mechanical impurities located in the evacuated GHS.

Выполнение осевой опоры в модуле газосеператора обеспечивает снижение дополнительного нагрева электродвигателя теплом, создаваемым осевой опорой. Кроме того, указанное конструктивное выполнение обеспечивает более эффективное охлаждение осевой опоры перекачиваемой ГЖС, что повышает срок службы опоры. The axial support in the gas separator module reduces the additional heating of the electric motor by the heat generated by the axial support. In addition, the specified design provides more efficient cooling of the axial support of the pumped GHS, which increases the service life of the support.

Предлагаемая конструкция газосепаратора позволяет исключить необходимость размещения осевых опор в насосных секциях и, следовательно, снизить износ радиальных опор насоса за счет уменьшения уровня вибрации насоса, снизить потери напора насоса, увеличить надежность и долговечность работы и КПД насоса. The proposed design of the gas separator eliminates the need for axial bearings in the pump sections and, therefore, reduces the wear of the pump radial bearings by reducing the vibration level of the pump, reducing the pressure loss of the pump, increasing the reliability and durability of the pump.

Источники информации
1. Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. Международный транслятор, М., 1999, изд. "Наука и Техника", Фирма ИНТАК, МФ "Технонефтегаз", с.308, рис.3, 8.Sources of information
1. Installations of submersible centrifugal pumps for oil production. International translator, M., 1999, ed. "Science and Technology", INTAK Firm, MF "Technoneftegaz", p. 308, Fig. 3, 8.

2. Там же, с.295, рис.3, 2. 2. Ibid., P. 295, fig. 3, 2.

Claims

1. Gas separator of a centrifugal pump for oil production from wells, comprising a housing in which an inflow cavity with input and output channels is formed, a shaft mounted in the housing rotatably in bearings, a screw located on the shaft, a gas-liquid mixture flow straightener, separating elements, and also means for mounting the shaft in the housing, characterized in that in the housing below the inflow cavity an additional cavity is made isolated from the inflow cavity of the pumped gas-liquid mixture by means of a seal, and in additionally cavity arranged axial support shaft, made to sense its axial forces from the pump shaft sections, wherein the heel support is fixed on the axial shaft and the axial thrust bearing support fixedly secured relative to the housing.

2. The gas separator according to claim 1, characterized in that the additional cavity is isolated from the inflow cavity of the pumped gas-liquid mixture by means of a gap type seal.