RU101730U1 - GAS SEPARATOR OF ABRASION-RESISTANT EXECUTION - Google Patents

Abstract

Газосепаратор, содержащий цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, сепарационный узел в виде цилиндрической втулки с лопастями, окруженный защитной гильзой, и узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, отличающийся тем, что зазор между внутренней поверхностью защитной гильзы и наружными торцами лопастей сепарационного узла выполнен монотонно увеличивающимся от 0,1-0,5 мм на входе до 1-10 мм на выходе за счет уменьшения радиальной высоты лопасти. A gas separator comprising a cylindrical body and a shaft on which an input unit is arranged sequentially in the flow direction, a separation unit in the form of a cylindrical sleeve with blades surrounded by a protective sleeve, and a separated gas outlet unit to the annulus, characterized in that the gap between the inner surface of the protective sleeve and the outer ends of the blades of the separation unit are made monotonically increasing from 0.1-0.5 mm at the inlet to 1-10 mm at the exit by reducing the radial height of the blades.

Description

Полезная модель относится к насосостроению и может быть использовано при добыче нефти с высоким содержанием газа и абразивных частиц.The utility model relates to pump engineering and can be used in oil production with a high content of gas and abrasive particles.

Известны центробежные газосепараторы, состоящие из цилиндрического корпуса и вала, на котором последовательно по направлению потока расположены винтовой шнек, лопастное колесо и сепарирующий барабан с радиальными лопастями [1].Known centrifugal gas separators, consisting of a cylindrical body and a shaft on which a screw auger, a paddle wheel and a separating drum with radial blades are arranged sequentially in the direction of flow [1].

Такие сепараторы не могут длительное время работать в абразивосодержащих жидкостях [2, 3]. Одной из причин отказа может быть гидроабразивное разрушение корпуса в зоне перехода между шнеком и лопастным колесом.Such separators cannot work for a long time in abrasive fluids [2, 3]. One of the reasons for failure may be waterjet destruction of the housing in the transition zone between the auger and the impeller.

Для повышения надежности центробежных газосепараторов применяют защитное покрытие на корпусе [4] или защитную гильзу, которая имеет форму тонкостенного цилиндра и располагается между вращающимися элементами газосепаратора и корпусом [5]. Однако гидроабразивная стойкость применяемых покрытий и материалов гильз не достаточна для того, чтобы предотвратить разрушение газосепараторов, работающих длительное время.To increase the reliability of centrifugal gas separators, a protective coating on the casing [4] or a protective sleeve, which has the form of a thin-walled cylinder and is located between the rotating elements of the gas separator and the casing [5], is used. However, the water-abrasion resistance of the applied coatings and liner materials is not sufficient to prevent the destruction of gas separators operating for a long time.

Наиболее близким к заявляемому является центробежный газосепаратор, содержащий цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, напорный узел, сепарационный узел с защитной гильзой и узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство. Сепарационный узел представляет собой шнек, имеющий цилиндрическую втулку, на которой размещены спиральные лопасти, такие, что угол между касательной к средней линии лопасти на входе и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, меньше такого же угла на выходе в 1.2-4.0 раза, а напорная поверхность лопасти по отношению к боковой поверхности втулки расположена под углом, монотонно убывающим по направлению потока в интервале значений от 90° до 30° [6]. Такая наклонная лопасть частично тормозит твердые абразивные частицы, отбрасываемые к поверхности в процессе центробежной сепарации, увеличивая абразивную стойкость сепаратора в несколько раз.Closest to the claimed one is a centrifugal gas separator comprising a cylindrical body and a shaft on which an input unit, a pressure unit, a separation unit with a protective sleeve and a unit for removing the separated gas into the annulus are arranged sequentially in the direction of flow. The separation unit is a screw having a cylindrical sleeve on which spiral blades are placed, such that the angle between the tangent to the midline of the blade at the inlet and the plane perpendicular to the axis of rotation is 1.2-4.0 times smaller than the same angle at the outlet, and the pressure surface the blades relative to the side surface of the sleeve is located at an angle that monotonically decreases in the direction of flow in the range of values from 90 ° to 30 ° [6]. Such an inclined blade partially inhibits the solid abrasive particles thrown to the surface during centrifugal separation, increasing the abrasion resistance of the separator several times.

Однако, для особо тяжелых абразивных условий даже малая скорость износа защитной гильзы может оказаться недостаточной для обеспечения безаварийной работы устройства в целом.However, for particularly severe abrasive conditions, even a low wear rate of the thermowell may not be sufficient to ensure trouble-free operation of the device as a whole.

Задачей настоящей полезной модели является совершенствование конструкции газосепаратора с целью максимального снижения скорости износа защитной гильзы при работе в жидкости, содержащей абразивные частицы.The objective of this utility model is to improve the design of the gas separator in order to minimize the wear rate of the thermowell when working in a fluid containing abrasive particles.

Указанный технический результат достигается тем, что в газосепараторе, содержащем цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, сепарационный узел в виде цилиндрической втулки с лопастями, окруженный защитной гильзой, и узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, согласно полезной модели, зазор между внутренней поверхностью защитной гильзы и наружными торцами лопастей сепарационного узла выполнен монотонно увеличивающимся от 0.1-0.5 мм на входе до 1-10 мм на выходе за счет уменьшения радиальной высоты лопасти.The specified technical result is achieved in that in a gas separator containing a cylindrical body and a shaft on which an input unit is arranged sequentially in the direction of flow, a separation unit in the form of a cylindrical sleeve with blades surrounded by a protective sleeve, and a unit for removing the separated gas into the annulus, according to the useful models, the gap between the inner surface of the thermowell and the outer ends of the blades of the separation unit is monotonically increasing from 0.1-0.5 mm at the entrance to 1-10 mm at the exit and by reducing the radial height of the blade.

При высоких подачах рабочей жидкости газосепаратор дополнительно оснащают напорным узлом. При небольших подачах необходимость в напорном узле отпадает, так как его функция осуществляется лопастями сепарационного узла.At high flow rates of the working fluid, the gas separator is additionally equipped with a pressure unit. With small feeds, the pressure unit is no longer necessary, since its function is carried out by the blades of the separation unit.

Сущность заявляемого износостойкого газосепаратора поясняется чертежом, где на фиг. изображено продольное сечение сепарационного узла со спиральными лопастями, окруженного защитной гильзой. Возможно исполнение сепарационного узла с радиальными лопастями, а также с лопастями смешанного типа, например, когда спиральная лопасть на входе непрерывным образом переходит в радиальную на выходе.The essence of the inventive wear-resistant gas separator is illustrated in the drawing, where in FIG. shows a longitudinal section of a separation unit with spiral blades surrounded by a protective sleeve. It is possible to design a separation unit with radial blades, as well as with mixed-type blades, for example, when a spiral blade at the inlet continuously passes into a radial blade at the outlet.

Сепарационный узел на фиг. имеет цилиндрическую втулку 1, на которой размещены спиральные лопасти 2 с изменяющимся по направлению потока углом наклона. Сепарационный узел окружен защитной гильзой 3, установленной с зазором b относительно наружных торцов 4 спиральных лопастей 2. Угол между касательной к средней линии лопасти 2 на входе и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, меньше такого же угла на выходе в 1.2-4.0 раза, а напорная поверхность лопасти 2 по отношению к боковой поверхности втулки 1 расположена под углом, монотонно убывающим по направлению потока в интервале значений от 90° до 30°. Зазор b между внутренней поверхностью защитной гильзы 3 и наружными торцами 4 лопастей 2 сепарационного узла выполнен монотонно увеличивающимся от 0.1-0.5 мм на входе до 1-10 мм на выходе за счет изменения радиальной высоты лопасти.The separation unit of FIG. has a cylindrical sleeve 1, on which are arranged spiral blades 2 with a tilt angle changing in the direction of flow. The separation unit is surrounded by a protective sleeve 3, installed with a gap b relative to the outer ends 4 of the spiral blades 2. The angle between the tangent to the midline of the blade 2 at the inlet and the plane perpendicular to the axis of rotation is 1.2–4.0 times smaller than the same angle at the outlet, and the pressure head the surface of the blade 2 with respect to the side surface of the sleeve 1 is located at an angle monotonically decreasing in the direction of flow in the range of values from 90 ° to 30 °. The gap b between the inner surface of the thermowell 3 and the outer ends 4 of the blades 2 of the separation unit is made monotonically increasing from 0.1-0.5 mm at the entrance to 1-10 mm at the exit due to a change in the radial height of the blade.

Предлагаемый износостойкий сепаратор работает следующим образом. Рабочая жидкость, представляющая собой газожидкостную смесь с абразивными частицами, через узел ввода поступает в Сепарационный узел, лопасти 2 которого раскручивают жидкость, обеспечивая центробежное разделение фаз с различными плотностями. Газ, как более легкая фракция, собирается вблизи втулки 1, а затем через узел отвода (не показан) выводится в затрубное пространство. Абразивные частицы отбрасываются центробежными силами в зазор b между лопастью 2 и защитной гильзой 3. Если величина зазора мала, то абразивные частицы на скорости, близкой к максимальной окружной скорости лопасти, ударяются о стенку защитной гильзы 3, разрушая ее. При уменьшении радиальной высоты лопасти 2 линейная скорость частиц в зазоре b уменьшается, а за счет действия сил вязкого трения частицы дополнительно тормозятся в зазоре, что смягчает силу их удара об стенку и, как следствие, скорость износа гильзы сепарационного узла также уменьшается.The proposed wear-resistant separator operates as follows. The working fluid, which is a gas-liquid mixture with abrasive particles, enters the Separation unit through the input unit, the blades 2 of which spin the liquid, providing centrifugal phase separation with different densities. Gas, as a lighter fraction, is collected near the sleeve 1, and then through the outlet assembly (not shown) is discharged into the annulus. Abrasive particles are thrown by centrifugal forces into the gap b between the blade 2 and the protective sleeve 3. If the gap is small, then the abrasive particles at a speed close to the maximum peripheral speed of the blade hit the wall of the protective sleeve 3, destroying it. With a decrease in the radial height of the blade 2, the linear velocity of the particles in the gap b decreases, and due to the action of viscous friction forces the particles are additionally braked in the gap, which softens the force of their impact on the wall and, as a result, the wear rate of the sleeve of the separation unit also decreases.

Таким образом, монотонное увеличение зазора между сепарационными лопастями и защитной гильзой служит дополнительным механизмом торможения твердых частиц в движущемся потоке, что способствует ослаблению воздействие абразива на гильзу и замедляет ее износ.Thus, a monotonic increase in the gap between the separation blades and the protective sleeve serves as an additional mechanism for braking solid particles in a moving stream, which helps to weaken the effect of abrasive on the sleeve and slows down its wear.

Сепарационный узел с уменьшающейся по направлению потока высотой лопаток может быть использован и при эксплуатации газосепараторов без защитной гильзы. В этом случае зазор между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и наружными торцами лопастей сепарационного узла должен также монотонно увеличиваться от 0.1-0.5 мм на входе до 1-10 мм на выходе.The separation unit with a decreasing height of the blades in the direction of flow can also be used when operating gas separators without a protective sleeve. In this case, the gap between the inner surface of the cylindrical body and the outer ends of the blades of the separation unit should also monotonically increase from 0.1-0.5 mm at the inlet to 1-10 mm at the outlet.

Технический результат полезной модели подтвержден проведенными нами сравнительными стендовыми испытаниями, показавшими снижение скорости износа защитной гильзы при использовании газосепаратора по патенту [6] с новым конструктивным элементом - увеличивающимся зазором.The technical result of the utility model is confirmed by our comparative bench tests, which showed a decrease in the wear rate of the thermowell when using the gas separator according to the patent [6] with a new structural element - an increasing gap.

Источники, принятые во вниманиеSources taken into account

1. Оборудование для добычи нефти и газа / В.Н.Ивановский, В.И.Дарищев, А.А.Сабиров. М.: ГУП Изд-во нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002. 4.1. С.449.1. Equipment for oil and gas production / V.N.Ivanovsky, V.I. Darishchev, A.A.Sabirov. M .: State Unitary Enterprise Publishing House of Oil and Gas »Russian State University of Oil and Gas named after I.M. Gubkina, 2002.4.1. S.449.

2. Деньгаев А.В., Дроздов А.Н., Вербицкий B.C., Маркелов Д.В. Эксплуатация скважин, оборудованных высокопроизводительными УЭЦН с газосепараторами // Бурение и нефть. 2005. №2. С.10-13.2. Dengaev A.V., Drozdov A.N., Verbitsky B.C., Markelov D.V. Operation of wells equipped with high-performance ESPs with gas separators // Drilling and Oil. 2005. No2. S.10-13.

3. Дроздов А.Н., Деньгаев А.В., Вербицкий B.C. Установки погружных насосов с газосепараторами для эксплуатации скважин с высоким газовым фактором // Территория нефтегаз. 2005. №6. С.12-20.3. Drozdov A.N., Dengaev A.V., Verbitsky B.C. Installations of submersible pumps with gas separators for the operation of wells with a high gas factor // Territory neftegaz. 2005. No. 6. S.12-20.

4. Патент №2310214 Франции, F04D 7/08, 1977.4. Patent No. 2310214 of France, F04D 7/08, 1977.

5. Патент №5516360 США, В10D 19/00, 1996.5. US Patent No. 5,516,360, B10D 19/00, 1996.

6. Патент РФ №77901, Е21В 43/38, 2008.6. RF patent №77901, ЕВВ 43/38, 2008.

Claims (1)

Газосепаратор, содержащий цилиндрический корпус и вал, на котором последовательно по направлению потока расположены узел ввода, сепарационный узел в виде цилиндрической втулки с лопастями, окруженный защитной гильзой, и узел отвода отсепарированного газа в затрубное пространство, отличающийся тем, что зазор между внутренней поверхностью защитной гильзы и наружными торцами лопастей сепарационного узла выполнен монотонно увеличивающимся от 0,1-0,5 мм на входе до 1-10 мм на выходе за счет уменьшения радиальной высоты лопасти.

A gas separator comprising a cylindrical body and a shaft on which an input unit is arranged sequentially in the flow direction, a separation unit in the form of a cylindrical sleeve with blades surrounded by a protective sleeve, and a separated gas outlet unit to the annulus, characterized in that the gap between the inner surface of the protective sleeve and the outer ends of the blades of the separation unit are made monotonically increasing from 0.1-0.5 mm at the inlet to 1-10 mm at the exit by reducing the radial height of the blades.