RU2286449C2

RU2286449C2 - Gas separator for submersed centrifugal pump

Info

Publication number: RU2286449C2
Application number: RU2004102933/03A
Authority: RU
Inventors: Рамиль Гайнутдинович Ямлиханов (RU); Рамиль Гайнутдинович ямлиханов
Original assignee: "Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования" ("Црно")
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2006-10-27
Also published as: RU2004102933A

Abstract

FIELD: oil production industry, particularly to produce oil with high gas content with the use of borehole centrifugal electric pumps.

SUBSTANCE: device comprises body with gas-liquid mixture inlet orifices, channels adapted to supply degassed liquid to pump and separated gas discharge into hole annuity. Device also has shaft-mounted pressure stage and centrifugal separator. Device is also provided with axial fan or vortex or liquid-packed stage, which are mounted on shaft downstream of centrifugal separator in gas-liquid mixture flow direction. Axial fan or vortex or liquid-packed stage provide depression in central cavity of centrifugal separator and forced separated gas discharge into hole annuity.

EFFECT: increased efficiency of gas-liquid mixture separation along with increased degassed liquid flow through pump and increased gas content at plant inlet.

1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частотности к устройствам для отделения газа от газожидкостной смеси в погружных центробежных насосах, и может быть использовано при добычи нефти из скважин с повышенным содержанием газа.The invention relates to the field of the oil industry, in frequency, to devices for separating gas from a gas-liquid mixture in submersible centrifugal pumps, and can be used in oil production from wells with a high gas content.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен газосепаратор, включающий в себя корпус с отверстиями для подвода газожидкостной смеси и каналами для подачи дегазированной жидкости в насос и отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, напорную вихревую ступень и завихритель, состоящий из лопастного колеса и специального направляющего аппарата (см. А.А.Богданов "Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти", издательство "Недра", Москва, 1968 г., с.80-82, рис.64).A gas separator is known from the prior art, including a casing with openings for supplying a gas-liquid mixture and channels for supplying a degassed liquid to the pump and discharging the separated gas into the annulus, the pressure vortex stage, and the swirl consisting of a vane wheel and a special guide vane (see A .A. Bogdanov "Submersible centrifugal electric pumps for oil production", Nedra Publishing House, Moscow, 1968, pp. 80-82, Fig. 64).

Недостатком данного газосепаратора является небольшая эффективность сепарации газожидкостной смеси, особенно с высоким содержании газа. Кроме того, отсутствие принудительно вывода отсепарированного газа в затрубное пространство не исключает подсос газа в насос при увеличении отбора жидкости.The disadvantage of this gas separator is the low separation efficiency of the gas-liquid mixture, especially with a high gas content. In addition, the absence of forced withdrawal of the separated gas into the annulus does not exclude the suction of gas into the pump with an increase in fluid withdrawal.

Также из уровня техники известен газосепаратор, включающий корпус с входными отверстиями и каналами для отвода отсепарированного газа и жидкости, в котором напорная ступень состоит из шнека с выправляющей решеткой и лопастной ступени погружного центробежного насоса, а центробежный разделитель состоит из крыльчатки и цилиндрического барабана с радиальными лопатками (см. а.с. СССР №1161694 А, публ. 15.06.1985, кл. Е 21 В 43/38).Also known from the prior art is a gas separator comprising a housing with inlet openings and channels for discharging the separated gas and liquid, in which the pressure stage consists of a screw with a straightening grate and a blade stage of a submersible centrifugal pump, and the centrifugal separator consists of an impeller and a cylindrical drum with radial blades (see AS USSR No. 1161694 A, publ. 06/15/1985, class E 21 B 43/38).

Недостатком данного газосепаратора является то, что повышение эффективности сепарации достигается за счет дополнительной сепарации части жидкости и связано с существенным усложнением конструкции газосепаратора и увеличением его металлоемкости. В то же время не исключен подсос газа в насос при увеличении отбора жидкости, так как не обеспечивается принудительный вывод отсепарированного газа в затрубное пространство.The disadvantage of this gas separator is that the increase in separation efficiency is achieved due to the additional separation of part of the liquid and is associated with a significant complication of the design of the gas separator and increase its metal consumption. At the same time, gas suction into the pump is not excluded with an increase in fluid withdrawal, since the forced withdrawal of the separated gas into the annulus is not ensured.

Также известен газосепаратор погружного насоса, содержащий корпус с входными отверстиями для подвода газожидкостной смеси, каналами для подачи дегазированной жидкости в насос и отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, установленные на валу напорную ступень и центробежный разделитель, который по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату может быть принято в качестве ближайшего аналога заявляемого решения (см. патент RU 2027912 С1, публ. 27.01.1995, кл. F 04 D 13/10, Е 21 В 43/38).A gas separator of a submersible pump is also known, comprising a housing with inlet openings for supplying a gas-liquid mixture, channels for supplying degassed liquid to the pump and discharging the separated gas into the annulus, a pressure stage and a centrifugal separator mounted on the shaft, which, by the combination of the essential features and the technical result achieved, can be taken as the closest analogue of the proposed solution (see patent RU 2027912 C1, publ. 01/27/1995, CL F 04 D 13/10, E 21 B 43/38).

Недостаток данного газосепаратора заключается в том, что отсутствуют средства для принудительного вывода отсепарированного газа в затрубное пространство. Отсутствие принудительного вывода газа при увеличении отбора жидкости насосом приводит к вторичному подсосу газа в насос и как следствие к снижению коэффициента сепарации.The disadvantage of this gas separator is that there are no means for the forced withdrawal of the separated gas into the annulus. The absence of a forced gas outlet with an increase in liquid withdrawal by the pump leads to a secondary suction of gas into the pump and, as a result, to a decrease in the separation coefficient.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эффективности добычи нефти посредством погружных центробежных насосов из скважин с повышенным содержанием газа.The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency of oil production by means of submersible centrifugal pumps from wells with a high gas content.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении эффективности сепарации газожидкостной смеси при увеличении расхода дегазированной жидкости через насос или увеличении газосодержания на входе в установку.The technical result achieved by solving the problem is to increase the efficiency of separation of the gas-liquid mixture with an increase in the flow rate of degassed liquid through the pump or an increase in gas content at the inlet of the installation.

Указанный технический результат в заявляемом газосепараторе достигается за счет того, что газосепаратор, содержащий корпус с входными отверстиями для подвода газожидкостной смеси, каналами для подачи дегазированной жидкости в насос и вывода отсепарированного газа в затрубное пространство и установленные на валу напорную ступень и центробежный разделитель, снабжен осевым вентилятором или вихревой или водокольцевой ступенью, которые установлены на валу за центробежным разделителем по ходу движения газожидкостной смеси и обеспечивают создание депрессии в центральной части центробежного разделителя и принудительный вывод отсепарированного газа в затрубное пространство.The specified technical result in the inventive gas separator is achieved due to the fact that the gas separator containing the housing with inlets for supplying a gas-liquid mixture, channels for supplying degassed liquid to the pump and outputting the separated gas to the annulus and the pressure stage and centrifugal separator mounted on the shaft is provided with an axial a fan or a vortex or liquid ring stage, which are mounted on the shaft behind the centrifugal separator in the direction of the gas-liquid mixture and provide t the creation of depression in the Central part of the centrifugal separator and the forced withdrawal of the separated gas into the annulus.

Создание депрессии в центральной части центробежного разделителя повышает степень "извлечения" из жидкости растворенного в ней газа, поскольку разделение газожидкостной смеси происходит не только под действием центробежных сил, но и за счет разного давления в центральной и периферийной части центробежного разделителя. А принудительный вывод отсепарированного газа в затрубное пространство снижает вероятность попадания уже отсепарированного газа в насос. Таким образом заявляемый газосепаратор позволяет повысить эффективность сепарации газожидкостной смеси при увеличении расхода дегазированной жидкости через насос или увеличении газосодержания на входе в установку. Выбор конкретного варианта выполнения газосепаратора (с осевым вентилятором, вихревой или водокольцевой ступенью) зависит от количества газа, содержащегося в газожидкостной смеси.The creation of depression in the central part of the centrifugal separator increases the degree of “extraction” of the gas dissolved in it from the liquid, since the separation of the gas-liquid mixture occurs not only under the action of centrifugal forces, but also due to different pressures in the central and peripheral parts of the centrifugal separator. A forced withdrawal of the separated gas into the annulus reduces the likelihood of the already separated gas entering the pump. Thus, the inventive gas separator can improve the efficiency of separation of a gas-liquid mixture while increasing the flow rate of degassed liquid through the pump or increasing the gas content at the inlet to the installation. The choice of a specific embodiment of the gas separator (with an axial fan, vortex or liquid ring stage) depends on the amount of gas contained in the gas-liquid mixture.

При проведении поиска по патентным и научно-техническим источникам информации не обнаружено решений, содержащих всей совокупности признаков независимого пункта формулы изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна", также не обнаружено решений, содержащих всей совокупности признаков отличительной части независимого пункта формулы изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "изобретательский уровень".When conducting a search in patent and scientific and technical sources of information, no solutions were found containing the entire set of features of the independent claim, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "novelty", and no solutions were found containing the entire set of features of the distinctive part of the independent claim claims, which allows us to conclude that the claimed solution meets the criterion of "inventive step".

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Газосепаратор содержит корпус (1), в котором выполнено входное отверстие (2) для подачи газожидкостной смеси, закрытое с внешней стороны приемной сеткой (9), канал (8) для вывода отсепарированного газа в затрубное пространство, а также канал (7) для подачи дегазированной жидкости в насос. Внутри корпуса (1) расположен вал (3), приводящий во вращение подвижные элементы газосепаратора. На валу (3) по ходу движения газожидкостной смеси расположена напорная ступень, которая выполнена в виде шнека (4), центробежный разделитель (5), выполненный в виде цилиндрического барабана с радиальными лопатками, и, например, двухступенчатый осевой вентилятор (6) (см. чертеж).The gas separator comprises a housing (1) in which an inlet (2) for supplying a gas-liquid mixture is made, closed externally with a receiving grid (9), a channel (8) for discharging the separated gas into the annulus, and a channel (7) for supplying degassed liquid into the pump. Inside the housing (1), a shaft (3) is located, which rotates the movable elements of the gas separator. On the shaft (3) along the gas-liquid mixture there is a pressure stage, which is made in the form of a screw (4), a centrifugal separator (5), made in the form of a cylindrical drum with radial blades, and, for example, a two-stage axial fan (6) (see .Drawing).

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

Газосепаратор в составе насосной установки, состоящей из одной или нескольких насосных секций и погружного электродвигателя, опускается в скважину. После запуска электродвигателя из нефтяного пласта к газосепаратору начинает поступать пластовая жидкость в виде газожидкостной смеси (ГЖС). ГЖС поступает через приемную сетку (9) и входное отверстие (2) корпуса на шнек (4), который создает напор, который необходим для продавливания газожидкостной смеси через газосепаратор. За счет этого напора газожидкостная смесь поступает в центробежный разделитель (5), в котором под действием центробежных сил газ отделяется от жидкости, при этом отсепарированная жидкость отбрасывается к периферии центробежного разделителя (5), а газ скапливается в центральной части вдоль вала (3). Дегазированная жидкость с периферии центробежного разделителя через канал (7) поступает в насос, газ через канал (8) принудительно выводится вентилятором (6) в затрубное пространство. При этом в центральной части центробежного разделителя (5) в зоне скопления газа вентилятором (6) создается депрессия (пониженное давление). Понижение давления газа в центральной части центробежного разделителя (5) увеличивает разность давления в разных его частях, что повышает эффективность сепарации ГЖС. Кроме того, понижение давления газа в центральной части центробежного разделителя создает дополнительное сопротивление для входе газа в насос, а следовательно, уменьшает вероятность повторного смешивания отсепарированного газа с потоком жидкости за центробежным разделителем (на входе в насос) при увеличении отбора жидкости насосом или увеличении газосодержания на входе в установку.A gas separator as a part of a pumping unit, consisting of one or more pump sections and a submersible electric motor, is lowered into the well. After starting the electric motor from the oil reservoir, formation fluid in the form of a gas-liquid mixture (GHS) begins to flow to the gas separator. GHS comes through the intake grid (9) and the inlet (2) of the housing to the screw (4), which creates the pressure that is necessary for forcing the gas-liquid mixture through the gas separator. Due to this pressure, the gas-liquid mixture enters the centrifugal separator (5), in which under the action of centrifugal forces the gas is separated from the liquid, while the separated liquid is discarded to the periphery of the centrifugal separator (5), and gas accumulates in the central part along the shaft (3). Degassed liquid from the periphery of the centrifugal separator through the channel (7) enters the pump, gas through the channel (8) is forcedly removed by the fan (6) into the annulus. At the same time, in the central part of the centrifugal separator (5) in the zone of gas accumulation by the fan (6), depression (low pressure) is created. Lowering the gas pressure in the central part of the centrifugal separator (5) increases the pressure difference in its different parts, which increases the efficiency of GHS separation. In addition, lowering the gas pressure in the central part of the centrifugal separator creates additional resistance for the gas inlet to the pump, and therefore reduces the likelihood of re-mixing the separated gas with the liquid flow behind the centrifugal separator (at the pump inlet) with an increase in the liquid withdrawal by the pump or an increase in gas content by entrance to the installation.

Работа газосепаратора с вихревой или водокольцевой ступенью осуществляется таким же образом.The gas separator with a vortex or liquid ring stage is carried out in the same way.

Предложение соответствует критерию "промышленная применимость", поскольку реализацию устройства можно осуществить с использованием известных средств и методов.The proposal meets the criterion of "industrial applicability", since the implementation of the device can be carried out using known means and methods.

Claims

A gas separator for a submersible centrifugal pump, comprising a housing with inlets for supplying a gas-liquid mixture, channels for supplying degassed liquid to the pump and discharging separated gas into the annulus, a pressure stage and a centrifugal separator mounted on the shaft, characterized in that it is equipped with an axial fan or a vortex or liquid ring stage, which are mounted on the shaft behind the centrifugal separator along the gas-liquid mixture and provide the creation of depression in the central cavity centrifugal separator and forced withdrawal of the separated gas into the annulus.