RU74976U1

RU74976U1 - GAS-STABILIZING CENTRIFUGAL PUMP MODULE FOR OIL PRODUCTION

Info

Publication number: RU74976U1
Application number: RU2008108165/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Кудряшов (RU); Сергей Иванович Кудряшов; Олег Анатольевич Лознюк (RU); Олег Анатольевич Лознюк; Сергей Евгеньевич Здольник (RU); Сергей Евгеньевич Здольник; Дмитрий Валерьевич Маркелов (RU); Дмитрий Валерьевич Маркелов; Сергей Николаевич Петренко (RU); Сергей Николаевич Петренко; Александр Александрович Иванов (RU); Александр Александрович Иванов; Евгений Модестович Черемисинов (RU); Евгений Модестович Черемисинов; Олег Александрович Оводков (RU); Олег Александрович Оводков; Григорий Михайлович Макрушин (RU); Григорий Михайлович Макрушин
Original assignee: ОАО "НК "Роснефть"
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2008-07-20

Abstract

Газостабилизирующий модуль центробежного насоса, содержащий корпус, в котором размещен вал с радиальной опорой, на котором закреплена гелико-аксиальная секция, содержащая, по меньшей мере, одну гелико-аксиальную ступень со статором с лопатками, спрямляющими линии тока пластовой жидкости, входное отверстие для пластовой жидкости, расположенное в нижней части модуля, выходное отверстие в верхней части модуля для подачи обработанной модулем пластовой жидкости на вход центробежного насоса, отличающийся тем, что на концах вала модуля выполнены элементы шлицевого соединения с эвольвентным профилем, а газостабилизирующий насосный модуль содержит последовательно расположенные на валу гелико-аксиальную секцию и лабиринтно-винтовую секцию, состоящую, по меньшей мере, из одной ступени, содержащей винтовой ротор, расположенный на валу, и цилиндрическую втулку-статор, охватывающую внешнюю поверхность винтового ротора, причем цилиндрическая поверхность винтового ротора и внутренняя цилиндрическая поверхность вышеуказанной втулки-статора содержат многозаходные винтовые канавки, причем канавки на втулке и роторе имеют противоположное направление, кроме того, мультифазный модуль содержит, по меньшей мере, одну торцевую опору на основе износостойких материалов, на задней торцевой поверхности статора гелико-аксиальной ступени, выполненной соприкасающейся с торцевой поверхностью винтового ротора, содержится износостойкая вставка, формирующая рабочую поверхность торцевой опоры на статоре, а на соответствующей ответной стороне ротора лабиринтно-винтовой секции имеется вставка из износостойкого материала, фо�Gas-stabilizing module of a centrifugal pump, comprising a housing in which a shaft with a radial support is placed, on which a helical-axial section is mounted, containing at least one helical-axial stage with a stator with vanes, straightening the flow lines of the formation fluid, an inlet for the formation liquid located in the lower part of the module, an outlet in the upper part of the module for supplying the formation fluid treated with the module to the inlet of the centrifugal pump, characterized in that at the ends of the module shaft There are spline connection elements with an involute profile, and the gas-stabilizing pump module contains a helical-axial section and a labyrinth-screw section sequentially located on the shaft, consisting of at least one stage containing a screw rotor located on the shaft, and a cylindrical stator bushing covering the outer surface of the screw rotor, and the cylindrical surface of the screw rotor and the inner cylindrical surface of the aforementioned stator sleeve contain multi-port screw channels wafers, and the grooves on the sleeve and rotor have the opposite direction, in addition, the multiphase module contains at least one end support based on wear-resistant materials; a wear-resistant insert forming the working surface of the end support on the stator, and on the corresponding counterpart of the rotor of the labyrinth-screw section there is an insert of wear-resistant material, ph

Description

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно, к газостабилизирующим модулям погружных центробежных насосных установок, и может быть использована для добычи нефти в скважинах с высоким содержанием попутного газа.The utility model relates to the oil industry, namely, to the gas stabilizing modules of submersible centrifugal pumping units, and can be used for oil production in wells with a high associated gas content.

Развитие мультифазных насосных технологий определяется необходимостью эффективной нефтедобычи на скважинах, находящихся на заключительной стадии эксплуатации, разработки скважин с более высоким газосодержанием в пластовой жидкости и т.п., повышением расходо-напорных характеристик погружных насосов, работающих в мультифазных средах. При высоком газосодержании на входе обычного центробежного насоса снижаются напорная, мощностная и КПД характеристики, возникают колебания развиваемого насосом давления, повышается уровень вибрации и соответственно снижается наработка насоса, в проточном канале насоса образуются газовые пробки, приводящие к срыву подачи насоса. Многие традиционные конструктивные решения, нацеленные на работу в мультифазной среде, неэффективно работают в мультифазной среде с нестабильным поступлением газа и/или грубой дисперсности мультифазной среды с остаточным газом на входе рабочих колес (в случае центробежного насоса). Например, в промысловой практике, даже при использовании в электроцентробежных погружных насосах сдвоенных скважинных газосепараторов, неоднократно наблюдалось блокирование скважины газовыми пробками (при не очень высоком газосодержании - менее 40%).The development of multiphase pumping technologies is determined by the need for efficient oil production in wells at the final stage of operation, development of wells with a higher gas content in the reservoir fluid, etc., and an increase in the flow-pressure characteristics of submersible pumps operating in multiphase media. With a high gas content at the inlet of a conventional centrifugal pump, the pressure, power and efficiency characteristics decrease, fluctuations in the pressure developed by the pump occur, the vibration level increases and the pump operating time decreases, gas plugs are formed in the pump flow channel, which disrupt the pump supply. Many traditional design solutions aimed at working in a multiphase medium do not work effectively in a multiphase environment with unstable gas supply and / or coarse dispersion of a multiphase medium with residual gas at the impeller inlet (in the case of a centrifugal pump). For example, in field practice, even when using double borehole gas separators in electric centrifugal submersible pumps, blocking of the well with gas plugs was repeatedly observed (at not very high gas content - less than 40%).

Обработка мультифазных жидкостей - смеси по крайней мере флюидов двух и более различных фаз (смесь сырой нефти, различных газов, воды, песка) сталкивается с проблемами, связанными, например, с различными физическими характеристиками жидкостей и газов, прежде всего с Treatment of multiphase liquids - a mixture of at least fluids of two or more different phases (a mixture of crude oil, various gases, water, sand) is faced with problems associated, for example, with the various physical characteristics of liquids and gases, especially

практической несжимаемостью жидкости и сильной сжимаемостью газов. Ухудшение расходо-напорных характеристик во многом определяется сепарационными процессами внутри каналов рабочего колеса. Срыв работы связан с образованием газовой полости, охватывающей всасывающую сторону лопатки рабочего колеса. В любом обычном центробежном многоступенчатом насосе, если он принимает от 2-х до 4-х % газовой фракции, начинает происходить падение напора, и, когда газовая фракция растет (при 15-20%), насос перестает работать. Во многих случаях желательно создать повышенное давление, но это трудно сделать, поскольку импеллеры, спроектированные для прокачки (добычи) жидкости, непригодны для прокачки смеси с высоким газовым содержанием, и аналогично обычный газовый компрессор неработоспособен, когда наряду с газом есть в существенном количестве жидкость.practical incompressibility of the liquid and strong compressibility of the gases. The deterioration of the flow-pressure characteristics is largely determined by the separation processes inside the channels of the impeller. Failure of work is associated with the formation of a gas cavity covering the suction side of the impeller blades. In any conventional centrifugal multistage pump, if it receives from 2 to 4% of the gas fraction, a pressure drop begins to occur, and when the gas fraction grows (at 15-20%), the pump stops working. In many cases, it is desirable to create increased pressure, but this is difficult to do, since impellers designed for pumping (producing) liquids are not suitable for pumping a mixture with a high gas content, and similarly, a conventional gas compressor is inoperative when there is a significant amount of liquid along with gas.

Одним из основных параметров, характеризующих качество работы насоса в мультифазной среде, является мультифазная напорная эффективность насоса, которая определяется отношением напора при жидкостной однофазной насосной прокачке и к напору со связанным мультифазным потоком Hph. Hph=Ep×HL, где Ер - мультифазная напорная эффективность. Ер зависит от давления на приеме насоса, а также от объемно-расходной доли газа β=Qg/(Qg+Q1), где Qg, Q1 - скорости прокачки газа и жидкости соответственно (м³/сек). Насосы, содержащие специальные газостабилизирующие модули (диспергирующие и/или растворяющие газовую фазу), обеспечивают большую мультифазную напорную эффективность Ер насосной системы, по сравнению с насосом без газостабилизирующего модуля.One of the main parameters characterizing the quality of the pump in a multiphase medium is the multiphase pressure head efficiency of the pump, which is determined by the ratio of the head during liquid single-phase pumping and the head with the associated multiphase flow Hph. Hph = Ep × HL, where Ep is the multiphase pressure head efficiency. Ep depends on the pressure at the pump inlet, as well as on the volumetric flow rate of the gas β = Qg / (Qg + Q1), where Qg, Q1 are the pumping speeds of gas and liquid, respectively (m ³ / s). Pumps containing special gas stabilizing modules (dispersing and / or dissolving the gas phase) provide greater multiphase pressure head efficiency Ep of the pumping system, compared to a pump without a gas stabilizing module.

Известен газостабилизирующий насосный модуль Gas Master (разработка компании Bakers Hughes - см. Ш.Р.Агеев, Е.Е.Григорян, Г.П.Макиенко. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Пермь, 2007, стр.292-293), состоящий из последовательно расположенных по ходу шнека и ступеней диагонального типа. Указанная Known gas-stabilizing pump module Gas Master (developed by Bakers Hughes - see Sh.R. Ageev, E.E. Grigoryan, G.P. Makienko. Russian installations of vane pumps for oil production and their application. Perm, 2007, p. 292 -293), consisting of sequentially located along the screw and steps of a diagonal type. Indicated

система растворяет и диспергирует свободный газ. Один из существенных недостатков конструкции состоит в том, что она не может работать в условиях высокого газосодержания (более 33%) в пластовой жидкости.the system dissolves and disperses free gas. One of the significant design flaws is that it cannot work in conditions of high gas content (more than 33%) in the reservoir fluid.

Известен газостабилизирующий модуль-диспергатор (патент РФ на изобретение №2232301). Он содержит ротор-винт и статор-втулку, являющиеся частью лабиринтно-винтового насоса. Наружная цилиндрическая поверхность винта и внутренняя цилиндрическая поверхность втулки содержат многозаходные, противоположно направленные нарезки специального профиля. В результате обмена количествами движения между жидкостями, обтекающими винт и обтекающей втулку, происходит передача энергии от винта окружающей жидкости. Относительное положение выступов нарезок втулки и винта периодически изменяется, что ведет к значительным градиентам скорости потока жидкости, с соответствующей диспергацией газовых пузырей. Такая система может эффективно диспергировать газовые пузыри, однако при ее работе возможен нежелательный эффект при работе модуля в связке с высокооборотным центробежным насосом, связанный с эффектом обратного дрейфа газовой фазы, который в случае достаточно больших газовых пузырей, попадающих на вход лабиринтно-винтового насоса, может вести к падению эффективности газостабилизирующего модуля.Known gas stabilizing module dispersant (RF patent for the invention No. 2232301). It contains a rotor-screw and a stator-sleeve, which are part of a labyrinth-screw pump. The outer cylindrical surface of the screw and the inner cylindrical surface of the sleeve contain multi-way, oppositely directed cutting of a special profile. As a result of the exchange of momentum between the fluids flowing around the screw and the flow around the sleeve, energy is transferred from the screw to the surrounding fluid. The relative position of the protrusions of the cuts of the sleeve and the screw periodically changes, which leads to significant gradients in the fluid flow rate, with the corresponding dispersion of gas bubbles. Such a system can effectively disperse gas bubbles, however, during its operation, an undesirable effect is possible when the module is operated in conjunction with a high-speed centrifugal pump, which is associated with the effect of the reverse drift of the gas phase, which, in the case of sufficiently large gas bubbles entering the labyrinth screw pump, can lead to a decrease in the effectiveness of the gas stabilization module.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является газостабилизирующий модуль центробежного насоса, содержащий корпус, в котором размещен вал с радиальной опорой, на котором закреплена гелико-аксиальная секция, содержащая, по меньшей мере, одну гелико-аксиальную ступень со статором с лопатками, спрямляющими линии тока пластовой жидкости, входное отверстие для пластовой жидкости, расположенное в нижней части модуля, выходное отверстие в верхней части модуля для подачи обработанной модулем пластовой жидкости на вход центробежного насоса (патент США №6547514).Closest to the proposed utility model is a gas stabilization module of a centrifugal pump, comprising a housing in which a shaft with a radial support is mounted, on which a helical-axial section is mounted, containing at least one helical-axial stage with a stator with vanes that straighten the flow lines formation fluid, an inlet for formation fluid located in the lower part of the module, an outlet in the upper part of the module for supplying the treated formation fluid to the centrifugal inlet a pump (US Patent №6547514).

Такой модуль обеспечивает высокое давление жидкости в условиях повышающегося содержания газа на входе модуля, растворяя газ в жидкости и соответственно предотвращая возникновение газовых пробок в рабочих колесах основного насосного модуля, присоединенного по ходу движения жидкости к мультифазному модулю.Such a module provides high liquid pressure in conditions of increasing gas content at the inlet of the module, dissolving gas in the liquid and, accordingly, preventing the occurrence of gas plugs in the impellers of the main pump module, connected in the direction of the liquid to the multiphase module.

Недостатками известного модуля являются:The disadvantages of the known module are:

- недостаточная эффективность работы при высоком газосодержании пластовой жидкости в скважинах с низким дебитом;- insufficient work efficiency with high gas content of formation fluid in wells with low flow rate;

- недостаточная надежность при использовании в высокооборотных погружных насосах.- insufficient reliability when used in high-speed submersible pumps.

В частности, конструктивная схема не позволяет осуществлять эффективную диспергацию газовых пузырей в пластовой жидкости.In particular, the structural scheme does not allow for effective dispersion of gas bubbles in the reservoir fluid.

Решаемой задачей является повышение эффективности работы газостабилизирующего модуля при высоком газосодержании пластовой жидкости в скважинах с низким дебитом и его надежности при использовании в высокооборотных погружных насосах.The problem to be solved is to increase the efficiency of the gas stabilization module with a high gas content of the reservoir fluid in wells with low flow rate and its reliability when used in high-speed submersible pumps.

Поставленная задача решается тем, что газостабилизирующий модуль центробежного насоса, содержащий корпус, в котором размещен вал с радиальной опорой, на котором закреплена гелико-аксиальная секция, содержащая, по меньшей мере, одну гелико-аксиальную ступень со статором и направляющим аппаратом с лопатками, спрямляющими линии тока пластовой жидкости, входное отверстие для пластовой жидкости, расположенное в нижней части модуля, выходное отверстие в верхней части модуля для подачи обработанной модулем пластовой жидкости на вход центробежного насоса, отличается тем, что на концах вала модуля выполнены элементы шлицевого соединения с эвольвентным профилем, а газостабилизирующий насосный модуль содержит последовательно расположенные на валу гелико-аксиальную секцию и лабиринтно-винтовую секцию, состоящую, по меньшей мере, из одной ступени, содержащей винтовой ротор, расположенный на валу, и цилиндрическую втулку-статор, The problem is solved in that the gas-stabilizing module of a centrifugal pump, comprising a housing in which a shaft with a radial support is placed, on which a helico-axial section is mounted, containing at least one helico-axial stage with a stator and a guiding device with vanes, straighteners formation fluid flow lines, an inlet for formation fluid located in the lower part of the module, an outlet in the upper part of the module for supplying the treated formation fluid to the centrifuge inlet of the pump, characterized in that at the ends of the shaft of the module there are elements of a spline connection with an involute profile, and the gas-stabilizing pump module contains a helical-axial section and a labyrinth-screw section consistently located on the shaft, consisting of at least one stage containing a screw a rotor located on the shaft and a cylindrical stator sleeve,

охватывающую внешнюю поверхность винтового ротора, причем цилиндрическая поверхность винтового ротора и внутренняя цилиндрическая поверхность вышеуказанной втулки-статора содержат многозаходные винтовые канавки, причем канавки на втулке и роторе имеют противоположное направление, кроме того, мультифазный модуль содержит, по меньшей мере, одну торцевую опору на основе износостойких материалов, на задней торцевой поверхности статора гелико-аксиальной ступени, выполненной соприкасающейся с торцевой поверхностью винтового ротора, содержится износостойкая вставка, формирующая рабочую поверхность торцевой опоры на статоре, а на соответствующей ответной стороне ротора лабиринтно-винтового насоса имеется вставка из износостойкого материала, формирующая рабочую поверхность обратной торцевой опоры, после лабиринтно-винтовой секции в верхней части мультифазного модуля выполнена радиально-торцевая опора, причем рабочая поверхность торцевой части опоры выполнена из износостойкого материала.covering the outer surface of the screw rotor, and the cylindrical surface of the screw rotor and the inner cylindrical surface of the aforementioned stator sleeve contain multi-helical grooves, and the grooves on the sleeve and rotor have the opposite direction, in addition, the multiphase module contains at least one end support based on wear-resistant materials, on the rear end surface of the stator of the helical-axial stage, made in contact with the end surface of the screw rotor, with A wear-resistant insert is formed that forms the working surface of the end support on the stator, and on the corresponding counterpart of the rotor of the labyrinth screw pump there is an insert made of wear-resistant material that forms the working surface of the inverse end support; after the labyrinth-screw section, the radial-end support is made in the upper part of the multiphase module moreover, the working surface of the end part of the support is made of wear-resistant material.

Газостабилизирующий модуль центробежного насоса показан на фиг.1. Фиг.2. раскрывает особенности геометрии ступеней газостабилизирующего модуля. На фиг.3 приведены графики зависимости напора, развиваемого насосом от объемно-расходной доли газа в пластовой жидкости для центробежного погружного высокооборотного насоса с газостабилизирующим модулем и без модуля.The gas stabilization module of the centrifugal pump is shown in FIG. Figure 2. reveals the features of the geometry of the steps of the gas stabilization module. Figure 3 shows graphs of the dependence of the pressure developed by the pump on the volumetric flow rate of gas in the reservoir fluid for a centrifugal submersible high-speed pump with and without gas-stabilizing module.

Газостабилизирующий модуль центробежного насоса состоит из корпуса 1, в котором размещена лабиринтно-винтовая секция 19 и гелико-аксиальная секция, состоящая из гелико-аксиальных ступеней, каждая ступень состоит из ротора 14, с лопатками 17, имеющими гелико-аксиальную геометрию, и статора 13 с неподвижными лопатками 20, лабиринтно-винтовой секции, расположенной по ходу движения жидкости после гелико-аксиальной ступени. Газостабилизирующий модуль представляет собой гелико-аксиальный насос, с отдельным корпусом, который соединяется с расположенным выше по ходу движения жидкости обычным центробежным The gas-stabilizing module of a centrifugal pump consists of a housing 1, in which a labyrinth-screw section 19 and a helix-axial section, consisting of helico-axial steps, are located, each step consists of a rotor 14, with vanes 17 having a helix-axial geometry, and a stator 13 with motionless blades 20, a labyrinth-helical section located along the liquid after the helix-axial stage. The gas stabilization module is a helical-axial pump, with a separate housing, which is connected to a conventional centrifugal pump located upstream

насосом. Гелико-аксиальный насос состоит из нескольких гелико-аксиальных ступеней на валу 2, количество которых меняется в зависимости от требуемого уровня компресии. Каждая гелико-аксиальная ступень включает гелико-аксиальное рабочее колесо, зафиксированное на валу 2. Гелико-аксиальное колесо включает центральную втулку 23 с расширяющимся по ходу движения жидкости диаметром (при этом соответствующим образом увеличивается и внутренний диаметр охватывающей ротор поверхности) и лопатки 17 гелико-аксиального типа, навитые на втулку 23. Каждая ступень включает также диффузор (статор) 13, спроектированный для спрямления потока, поступающего с соответствующего гелико-аксиального рабочего колеса. Осевая нагрузка воспринимается статором 13, жестко скрепленным с корпусом. Важной особенностью системы является сочетание гелико-аксиальной секции с диспергирующим элементом - лабиринтно-винтовым насосом (в его составе ступени или ступень), содержащим по меньшей мере одну статор-втулку 7 и ротор, расположенный внутри статора-втулки 9, причем на поверхности сопряжения статора-втулки и роторов выполнены выступы и впадины, формирующие винтовые канавки. Такое сочетание может обеспечить эффективную работу мультифазного модуля в составе высокооборотного насоса в скважинах с низким дебитом. Нижняя часть модуля имеет торцевое соединение 18, верхняя часть выполняется со стандартным резьбовым соединением. Верхний и нижний концы вала содержат элементы шлицевого соединения с эвольвентным профилем (на рис. не показаны).the pump. The helical-axial pump consists of several helical-axial stages on the shaft 2, the number of which varies depending on the required level of compression. Each helical-axial stage includes a helical-axial impeller fixed on the shaft 2. The helical-axial wheel includes a central sleeve 23 with a diameter expanding in the direction of the fluid (the inner diameter of the surface surrounding the rotor increases accordingly) and the blades 17 axial type, wound on the sleeve 23. Each stage also includes a diffuser (stator) 13, designed to straighten the flow coming from the corresponding helical-axial impeller. The axial load is perceived by the stator 13, rigidly fastened to the housing. An important feature of the system is the combination of a helical-axial section with a dispersing element - a labyrinth-screw pump (stages or steps), containing at least one stator-sleeve 7 and a rotor located inside the stator-sleeve 9, and on the stator mating surface - bushings and rotors are protrusions and troughs forming helical grooves. This combination can ensure the efficient operation of the multiphase module as part of a high-speed pump in low-flow wells. The lower part of the module has an end connection 18, the upper part is made with a standard threaded connection. The upper and lower ends of the shaft contain elements of a spline connection with an involute profile (not shown in the figure).

Рассмотрим совокупность опор газостабилизирующего модуля. Газостабилизирующий модуль содержит радиально-торцевую опору 3, расположенную в верхней части модуля и имеющую торцевую часть 5 и радиальную 6. Опора выполняется из износостойкого материала, обеспечивающего долговечность опоры в случае использования высокооборотного центробежного насоса. Торцевые опоры 12 присутствуют также в зоне контакта статора гелико-аксиальной ступени и следующего Consider the set of supports of the gas stabilizing module. The gas stabilization module includes a radial-end support 3 located in the upper part of the module and having an end part 5 and a radial 6. The support is made of wear-resistant material that ensures the durability of the support in the case of using a high-speed centrifugal pump. End supports 12 are also present in the contact zone of the stator of the helico-axial stage and the next

гелико-аксиального колеса. Торцевая опора представляет собой радиальную вставку, выполненную из износостойкого материала. Торцевая опора 10 из изностойкого материала выполнена также в зоне трибоконтакта торцевой передней поверхности лабиринтно-винтового насоса и задней торцевой части соответствующего статора гелико-аксиального колеса.helical axial wheel. The end support is a radial insert made of wear-resistant material. End support 10 made of wear-resistant material is also made in the tribocontact zone of the end front surface of the labyrinth screw pump and the rear end part of the corresponding stator of the helical-axial wheel.

Ступень может быть сконструирована так, что рост давления по ступени достигается преимущественно на роторе, а статор служит исключительно или преимущественно для изменения направления движения жидкости. Статор действует и как рассекатель падающих на статор газовых пузырей, увеличивая степень гомогенизации пластовой жидкости. Ротор монтируется на цилиндрической или конической втулке. Статор сформирован множеством радиально расширяющихся лопаток. Выход ротора может иметь скругленные торцевые лопатки, которые имеют тупые скругленные ведущие углы, нечувствительные к широкому диапазону углов падения потоков на указанные торцевые лопатки. Профиль лопаток может обеспечивать существенно постоянную ширину прохода между лопатками.The stage can be designed so that the pressure increase along the stage is achieved mainly on the rotor, and the stator serves exclusively or mainly to change the direction of fluid movement. The stator also acts as a divider of gas bubbles falling on the stator, increasing the degree of homogenization of the reservoir fluid. The rotor is mounted on a cylindrical or conical sleeve. The stator is formed by a plurality of radially expanding vanes. The rotor outlet may have rounded end vanes that have obtuse rounded leading angles that are insensitive to a wide range of angles of incidence of flows on said end vanes. The profile of the blades can provide a substantially constant width of the passage between the blades.

Специально рассчитанная геометрия гелико-аксиальной структуры осевой ступени обеспечивает заданный прирост давления жидкости, гомогенизирует флюид (пластовую жидкость), смешивая газ и жидкость (переводя газ в растворенное состояние), а также может осуществить дробление газовых пузырей. Гелико-аксиальное колесо способно работать при высоком газосодержании без срыва подачи и обеспечивает эффективную компрессию, снижающую объемную долю газовой фракции. Завершает процесс обработки жидкости лабиринтно-винтовая секция, которая согласована (по производительности, геометрическим параметрам потока и.т.п) с параметрами гелико-аксиальной секции модуля. Расположение лабиринтно-винтовой секции после гелико-аксиальной секции позволяет избежать эффекта обратного дрейфа газовой фазы в лабиринтно-винтовом насосе. В лабиринтно-винтовой секции происходит интенсификация процесса диспергирования мультифазной смеси - в ней происходит The specially calculated geometry of the helical-axial structure of the axial stage provides a given increase in fluid pressure, homogenizes the fluid (reservoir fluid), mixing gas and fluid (converting gas to a dissolved state), and can also split gas bubbles. The helico-axial wheel is able to operate at high gas content without interruption of supply and provides effective compression, which reduces the volume fraction of the gas fraction. The labyrinth-screw section, which is coordinated (in terms of productivity, geometric flow parameters, etc.) with the parameters of the helix-axial section of the module, completes the liquid processing process. The location of the labyrinth-screw section after the helix-axial section avoids the effect of the reverse drift of the gas phase in the labyrinth-screw pump. In the labyrinth-screw section, the process of dispersing the multiphase mixture intensifies - in it occurs

измельчение оставшихся газовых пузырей и окончательная подготовка однородной суспензии. Обработанная газостабилизирующим модулем жидкость поступает на прием основного центробежного насоса. Модуль обладает способностью сохранять высокое давление жидкости в условиях повышающегося содержания газа на входе, предотвращая возникновение газовых пробок при очень высоком содержании свободного газа на приеме насоса. Таким образом указанный мультифазный модуль принимает скважинную жидкость и достаточно компрессирует ее, удаляя нежелательные пакеты газообразной фазы, кроме того, в модуле происходит диспергация (дробление) газовых пузырей. Таким образом скомпрессированная и диспергированная жидкость проходит в центробежный насос.grinding the remaining gas bubbles and the final preparation of a homogeneous suspension. The liquid treated with the gas stabilization module is fed to the main centrifugal pump. The module has the ability to maintain a high liquid pressure in conditions of increasing gas content at the inlet, preventing the occurrence of gas plugs at a very high free gas content at the pump inlet. Thus, the specified multiphase module receives the well fluid and sufficiently compresses it, removing unwanted packets of the gaseous phase, in addition, gas bubbles are dispersed (crushed) in the module. Thus, the compressed and dispersed liquid passes into a centrifugal pump.

Газостабилизирующий модуль центробежного насоса работает следующим образом.Gas stabilization module of a centrifugal pump operates as follows.

Пластовая скважинная жидкость из затрубного пространства через входные отверстия газостабилизирующего модуля 16 по входному каналу 15 поступает к первому гелико-аксиальному рабочему колесу (ротору 14 лопатками 17). При этом у жидкости кроме поступательной составляющей по направлению оси вала появляется вращательная составляющая. После ротора жидкость проходит через статорный канал 11, попадает на статорные лопатки 20, благодаря которым происходит спрямление потока. Таким образом происходит преобразование энергии вращения (кинетической) в потенциальную энергию. Кроме того, газовые пузыри, проходящие через статор, могут дробиться (рассекаться) при попадании на входную кромку лопаток статора 13. Происходит эффективная гомогенизация потока с растворением. Далее при прохождении через следующую гелико-аксиальную ступень происходит увеличение давления и соответствующее сокращение газовой фазы, кроме того, происходит дальнейшее дробление газовой фазы, и, соответственно, увеличение степени гомогенности среды. Окончательная обработка пластовой жидкости происходит в лабиринтно-винтовой секции Formation well fluid from the annulus through the inlet openings of the gas stabilization module 16 through the inlet channel 15 enters the first helical-axial impeller (rotor 14 with blades 17). In this case, in addition to the translational component, a rotational component appears in the direction of the shaft axis. After the rotor, the fluid passes through the stator channel 11, enters the stator blades 20, due to which the flow is straightened. Thus, the rotation energy (kinetic) is converted into potential energy. In addition, gas bubbles passing through the stator can be crushed (dissected) when the stator vanes 13 reach the inlet edge. Effective homogenization of the flow with dissolution occurs. Further, when passing through the next helico-axial stage, an increase in pressure and a corresponding reduction in the gas phase occur, in addition, further fragmentation of the gas phase occurs, and, accordingly, an increase in the degree of homogeneity of the medium. Final treatment of formation fluid occurs in the labyrinth-screw section

19, содержащей лабиринтно-винтовые ступени. При прохождении через сквозной канал 8 лабиринтно-винтовой секции в газожидкостной смеси осуществляется дальнейшее дополнительное более интенсивное измельчение оставшихся газовых пузырей. Эффективность обработки мультифазной жидкости возрастает, когда канавки 21 на поверхности статора-втулки 7 и канавки 22 ротора 9 лабиринтно-винтовой секции выполнены в виде винтовых нарезок, имеющих форму меридианного сечения. В этом случае одновременно с интенсивным дроблением пузырьков газа растет давление, приводящее к снижению объемной доли свободного газа в пластовой жидкости. Подготовленная смесь через выходные отверстия 4 газостабилизирующего модуля поступает на рабочие колеса основного центробежного насоса (на рисунке не показан).19, containing labyrinth-helical steps. When passing through the through channel 8 of the labyrinth-screw section in the gas-liquid mixture, further additional more intensive grinding of the remaining gas bubbles is carried out. The multiphase fluid processing efficiency increases when the grooves 21 on the surface of the stator-sleeve 7 and the grooves 22 of the rotor 9 of the labyrinth-screw section are made in the form of screw threads having the shape of a meridian section. In this case, simultaneously with intense fragmentation of gas bubbles, pressure increases, leading to a decrease in the volume fraction of free gas in the reservoir fluid. The prepared mixture through the outlet 4 of the gas stabilization module enters the impellers of the main centrifugal pump (not shown in the figure).

Такая подготовленная мультифазная среда более благоприятна для работы центробежного насоса, чем пластовая жидкость без обработки. На фиг.3 показаны графики сравнительных испытаний насоса с мультифазным модулем и без него. Испытания проведены при оборотах вала модуля 9000 об/мин, при расходе 60 куб.м. при изменяющейся объемно-расходной доле газа β от 0 до 25. Графики свидетельствуют о повышении мультифазной эффективности насосной установки при использовании газостабилизирующего модуля.Such a prepared multiphase medium is more favorable for the operation of a centrifugal pump than a non-treated formation fluid. Figure 3 shows graphs of comparative tests of a pump with and without a multiphase module. The tests were carried out at a module shaft speed of 9000 rpm, at a flow rate of 60 cubic meters. with a changing volumetric flow rate of gas β from 0 to 25. The graphs indicate an increase in the multiphase efficiency of the pumping unit when using a gas stabilization module.

С мультифазными гелико-аксиальными газостабилизирующими модулями центробежные насосы способны справляться с пластовой жидкостью с более высокой загазованностью на приеме насоса и более низким давлением на приеме насоса, чем обычные центробежные насосы с газосепаратором. Мультифазная напорная эффективность Ер насоса с мультифазным газостабилизирующим модулем в среднем на 15-25% выше мультифазной эффективности насоса без указанного модуля.With multi-phase helical axial gas stabilizing modules, centrifugal pumps are able to cope with formation fluid with a higher gas contamination at the pump inlet and lower pressure at the pump inlet than conventional centrifugal pumps with a gas separator. The multiphase pressure efficiency Ep of a pump with a multiphase gas stabilization module is on average 15-25% higher than the multiphase pump efficiency without a specified module.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет повысить эффективность работы газостабилизирующего модуля при высоком газосодержании пластовой жидкости в скважинах с низким Thus, the claimed technical solution allows to increase the efficiency of the gas stabilization module with a high gas content of the reservoir fluid in wells with low

дебитом, то есть увеличить мультифазную напорную эффективность высокооборотного насоса, расширить допустимый диапазон работы по газосодержанию для центробежных высокооборотных насосов, обеспечить непрерывную работу в скважинах с нестабильными параметрами (резкие колебания газосодержания, газовые пробки) и низким давлением пластового флюида на приеме насоса. Кроме того, у предлагаемого газостабилизирующего модуля повышается надежность при использовании в высокооборотных погружных насосах.flow rate, that is, to increase the multiphase pressure head efficiency of a high-speed pump, expand the allowable gas content range for centrifugal high-speed pumps, ensure continuous operation in wells with unstable parameters (sharp fluctuations in gas content, gas plugs) and low reservoir fluid pressure at the pump intake. In addition, the proposed gas stabilization module increases reliability when used in high-speed submersible pumps.

Claims

Gas-stabilizing module of a centrifugal pump, comprising a housing in which a shaft with a radial support is placed, on which a helical-axial section is mounted, containing at least one helical-axial stage with a stator with vanes, straightening the flow lines of the formation fluid, an inlet for the formation liquid located in the lower part of the module, an outlet in the upper part of the module for supplying the formation fluid treated with the module to the inlet of the centrifugal pump, characterized in that at the ends of the module shaft There are spline connection elements with an involute profile, and the gas-stabilizing pump module contains a helical-axial section and a labyrinth-screw section sequentially located on the shaft, consisting of at least one stage containing a screw rotor located on the shaft, and a cylindrical stator bushing covering the outer surface of the screw rotor, and the cylindrical surface of the screw rotor and the inner cylindrical surface of the aforementioned stator sleeve contain multi-port screw channels wafer, and the grooves on the sleeve and rotor have the opposite direction, in addition, the multiphase module contains at least one end support based on wear-resistant materials, on the rear end surface of the stator helix-axial stage made in contact with the end surface of the screw rotor, contains a wear-resistant insert forming the working surface of the end support on the stator, and on the corresponding counterpart of the rotor of the labyrinth-screw section there is an insert of wear-resistant material, ph miruyuschaya working surface of the back end supports, labyrinth after helical section at the top of the multiphase module configured radially-end bearing, the working surface of the end part of the support is made of wear-resistant material.