RU2149990C1 - Gas separator - Google Patents

Abstract

FIELD: gas-and-oil producing industry. SUBSTANCE: gas separator of centrifugal oil-well pump has body with suction openings and shaft. Gas separator has member whose flow part area reduces in axial direction from inlet to outlet. Installed in body is screw conveyer and devices for discharge of liquid and gaseous phases and divider. Separator has separating screw conveyer installed on shaft with radial clearance to body and separating disc installed in inlet of divider with radial clearance to body and shaft. Member whose flow part reduces axial direction from inlet to outlet is made in the form of screw conveyer housing. Divider is made in the form of thin-walled cylinder. Screw conveyer is installed with a clearance to its housing. Separating screw conveyer is installed between screw conveyer housing and divider. Screw flights at outlet have an angle of inclination less than 90 deg. Flights of separating screw conveyer along entire length have an acute angle of inclination to plane perpendicular to axis of its rotation. Outer diameter of dividing disc is larger than diameter of inlet of screw housing. EFFECT: higher reliability of operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к газо- и нефтедобывающей промышленности и может быть применено при добыче нефти с большим газовым фактором и содержанием песка. The invention relates to the gas and oil industry and can be used in oil production with a large gas factor and sand content.

Известен газовый сепаратор, содержащий корпус с отверстиями для отвода жидкости, шнек и втулку (см. а.с. СССР N 350957б, кл. E 21 B 43/34, 1970). Known gas separator containing a housing with holes for draining the fluid, auger and sleeve (see AS USSR N 350957b, CL E 21 B 43/34, 1970).

Недостатком этого устройства является то, что при большом содержании газа в добываемой продукции скважины на его выходе невозможно получить газожидкостную смесь с допустимым содержанием газа
Наиболее близким к предлагаемому является газовый сепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий корпус с всасывающими отверстиями, вал, установленные в корпусе устройства для отвода жидкой и газообразной фазы, установленный на валу шнек, разделитель, элемент, площадь проточной части которого уменьшается в осевом направлении от входа к выходу (см. а.с. СССР 1161694, кл. E 21 B 43/38, 1985).The disadvantage of this device is that with a high gas content in the produced well products, it is impossible to obtain a gas-liquid mixture with an acceptable gas content at its output
Closest to the proposed gas separator is a borehole centrifugal pump, comprising a housing with suction holes, a shaft installed in the housing of the device for removing liquid and gaseous phases, a screw installed on the shaft, a separator, an element, the area of the flowing part of which decreases axially from the entrance to output (see A.S. USSR 1161694, class E 21 B 43/38, 1985).

Недостатком этого устройства является то, что при большом содержании песка в добываемой продукции скважины данный газосепаратор работает не достаточно надежно. The disadvantage of this device is that with a high sand content in the produced well products, this gas separator does not work reliably enough.

Задачей настоящего изобретения является увеличение надежности работы газового сепаратора. The present invention is to increase the reliability of the gas separator.

Для достижения технического результата известный газовый сепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий корпус с всасывающими отверстиями, вал, элемент, площадь проточной части которого уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, установленные в корпусе шнек и устройства для отвода жидкой и газообразной фазы и разделитель, снабжен сепарирующим шнеком, установленным на валу с радиальным зазором по отношению к корпусу и разделительным диском, установленный во входной части разделителя с радиальным зазором по отношению к корпусу и валу, при этом элемент, площадь проточной части которого уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, выполнен в виде корпуса шнека, разделитель выполнен в виде тонкостенного цилиндра, шнек установлен с радиальным зазором по отношению к своему корпусу, сепарирующий шнек установлен между корпусом шнека и разделителем, лопасти шнека на выходе имеют угол наклона меньше 90^o, а лопасти сепарирующего шнека по всей длине имеют острый угол наклона к плоскости, перпендикулярной к оси его вращения, причем внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека.To achieve a technical result, the well-known gas separator of a borehole centrifugal pump, comprising a housing with suction holes, a shaft, an element, the area of the flowing part of which decreases axially from inlet to outlet, auger and devices for removing the liquid and gaseous phases and a separator installed in the housing, is equipped with a separating screw mounted on a shaft with a radial clearance in relation to the housing and a separation disk, installed in the input part of the separator with a radial clearance in relation the housing and the shaft, while the element, the flow area of which is reduced axially from the entrance to the exit, is made in the form of a screw housing, the separator is made in the form of a thin-walled cylinder, the screw is installed with a radial clearance in relation to its body, the separating screw is installed between the body the auger and the separator, the auger blades at the exit have an inclination angle of less than 90 ^o , and the separating auger blades along the entire length have an acute angle of inclination to a plane perpendicular to the axis of rotation, divide the outer diameter flax disk larger than the diameter of the outlet of the auger housing.

Во всех просмотренных сепараторах разделитель жидкой и газовой фазы (компонентов) изготовлен в виде тонкостенного цилиндра, что делает границу между фазами нечеткой. Разделительный диск, установленный на входной части разделителя с радиальными зазорами по отношению к корпусу и валу сепаратора, позволяет максимально удалить друг от друга входы в устройства для отвода жидкой и газообразной сред. Причем внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека. Это позволяет на входе в устройство для отвода жидкости создать устойчивое, вращающееся кольцо жидкости, опирающееся на корпус шнека, более эффективно выдавливающее газовые каверны и отдельные пузырьки газа к центру, где они будут выводиться из сепаратора, не препятствуя течению жидкости. In all viewed separators, the separator of the liquid and gas phase (components) is made in the form of a thin-walled cylinder, which makes the boundary between the phases fuzzy. The separation disk mounted on the input part of the separator with radial clearances in relation to the casing and the separator shaft allows you to maximally remove from each other the entrances to the devices for the removal of liquid and gaseous media. Moreover, the outer diameter of the separation disk is larger than the diameter of the outlet of the screw housing. This allows you to create a stable, rotating ring of liquid at the entrance to the device for draining the liquid, resting on the auger body, more effectively squeezing gas caverns and individual gas bubbles to the center, where they will be removed from the separator, without interfering with the flow of liquid.

В скважинах с повышенным содержанием песка важно отводить его на поверхность. Если не изымать песок, а оставлять его в скважине, он может заполнить ее полностью, так как содержание песка иногда составляет несколько ведер в сутки. В существующих сепараторах сепарирующий узел представляет собой цилиндрический барабан с радиальными лопатками. В таком цилиндрическом барабане существуют застойные зоны, в которых жидкость не движется в осевом направлении, эти зоны располагаются на входе в периферийной части, особенно в случае установки на входе конусообразного корпуса шнека. Таким образом, сепарирующий узел в виде цилиндрического барабана с радиальными лопатками сепарирует не только газ, но и песок, препятствует прохождению песка, что приводит к запесочиванию скважины. Изготовление сепарирующего узла в виде шнека с большим ходом позволяет беспрепятственно прокачивать песок через сепаратор, сепарируя при этом газ. Кроме этого такой шнек сообщает жидкой фазе дополнительный напор, что позволяет увеличить ширину кольца жидкости около разделительного диска по сравнению с шириной этого кольца на входе в сепарационный шнек. Если в конусообразном корпусе установлен шнек, угол наклона лопастей которого на выходе меньше девяноста градусов, то прохождение песка через него также улучшится по тем же причинам, что и для сепарирующего узла. In wells with a high sand content, it is important to divert it to the surface. If you do not remove the sand, but leave it in the well, it can fill it completely, since the sand content sometimes amounts to several buckets per day. In existing separators, the separation unit is a cylindrical drum with radial blades. In such a cylindrical drum, there are stagnant zones in which the fluid does not move in the axial direction; these zones are located at the inlet in the peripheral part, especially if a conical screw housing is installed at the inlet. Thus, the separating unit in the form of a cylindrical drum with radial blades separates not only gas, but also sand, prevents the passage of sand, which leads to sanding of the well. The manufacture of the separating unit in the form of a screw with a large stroke allows you to freely pump sand through the separator, while separating the gas. In addition, such a screw gives an additional pressure to the liquid phase, which makes it possible to increase the width of the liquid ring near the separation disk in comparison with the width of this ring at the inlet of the separation screw. If a screw is installed in a cone-shaped body, the angle of inclination of the blades of which at the outlet is less than ninety degrees, then the passage of sand through it will also improve for the same reasons as for the separating unit.

Указанные меры позволяют повысить надежность работы сепаратора. These measures can improve the reliability of the separator.

В просмотренных источниках информации указанные отличительные признаки не обнаружены, следовательно, предложенное решение отвечает критерию существенности отличий. In the reviewed sources of information, these distinguishing features were not found, therefore, the proposed solution meets the criterion of materiality of differences.

На фигуре 1 изображен общий вид газового сепаратора в разрезе. The figure 1 shows a General view of a gas separator in section.

Газовый сепаратор содержит корпус 1, в котором имеются всасывающие отверстия 2. В корпусе установлен вал 3 и устройства для отвода жидкой 4 и газообразной 5 сред, разделитель в виде тонкостенного цилиндра 6, на входной части которого установлен разделительный диск 7, корпус шнека 8, площадь проточной части которого уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, внутри которого установлен шнек 9 на валу сепаратора 3 с некоторым радиальным зазором по отношению к корпусу шнека 8, между корпусом шнека 8 и разделительным диском установлен сепарирующий шнек 10. The gas separator comprises a housing 1, in which there are suction openings 2. A shaft 3 and devices for discharging liquid 4 and gaseous 5 media are installed in the housing, a separator in the form of a thin-walled cylinder 6, on the input part of which there is a separation disk 7, auger housing 8, area the flow part of which decreases in the axial direction from the entrance to the exit, inside of which there is a screw 9 installed on the shaft of the separator 3 with a certain radial clearance relative to the body of the screw 8, a separator is installed between the body of the screw 8 and the separation disk auger 10.

Газовый сепаратор работает следующим образом. Газожидкостная смесь через всасывающие отверстия 2 в корпусе 1 поступает на вход шнека 9, установленного в корпусе шнека 8, площадь проточной части которого уменьшается в осевом направлении от входа к выходу. Это позволяет обеспечить отсутствие градиента давления в проточной части шнека или иметь требуемый градиент давления, что наряду с повышенной меридиональной скоростью приводит к улучшению проходимости проточной части сепаратора для газообразной среды. Угол наклона лопастей шнека 9 на выходе меньше девяноста градусов, это приводит к лучшей проходимости через него песка. Пройдя через шнек 9, газожидкостная смесь закручивается в сепарирующем шнеке 10, который обеспечивает прохождение через него песка в осевом направлении и разделение жидкой и газообразной сред, с последующим отводом разделенных компонентов через устройства для отвода жидкой 4 и газообразной 5 сред, установленных в корпусе 1. На входной части разделителя 6 установлен разделительный диск 7, позволяющий максимально удалить друг от друга входы в отводящие устройства 4 и 5. Внешний диаметр разделительного диска 7 больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека 8. Это позволяет на входе в устройство для отвода жидкости создать устойчивое, вращающееся кольцо жидкости, опирающееся на корпус шнека. Вращающееся кольцо жидкости выдавливает газовые каверны и отдельные пузырьки газа к центру, где они будут выводиться из сепаратора, не препятствуя течению жидкости. За счет того, что сепарирующий шнек 10 сообщает жидкости дополнительный напор ширина кольца жидкости около разделительного диска 7 будет больше по сравнению с шириной этого кольца на входе в сепарирующий шнек. The gas separator operates as follows. The gas-liquid mixture through the suction holes 2 in the housing 1 enters the inlet of the screw 9 installed in the housing of the screw 8, the area of the flowing part of which decreases in the axial direction from the entrance to the output. This makes it possible to ensure the absence of a pressure gradient in the flow part of the screw or to have the required pressure gradient, which, along with an increased meridional speed, leads to an improvement in the throughput of the flow part of the separator for a gaseous medium. The angle of inclination of the blades of the screw 9 at the exit is less than ninety degrees, this leads to better sand passing through it. Having passed through the screw 9, the gas-liquid mixture is twisted in a separating screw 10, which ensures sand passing through it in the axial direction and separation of the liquid and gaseous media, followed by removal of the separated components through the device for draining the liquid 4 and gaseous 5 media installed in the housing 1. A separating disk 7 is mounted on the input part of the separator 6, which allows to maximally remove from each other the entrances to the discharge devices 4 and 5. The outer diameter of the separating disk 7 is larger than the diameter of the outlet I have the body of the screw 8. This allows the inlet liquid discharge device to create a stable, rotating ring of liquid, based on the auger housing. A rotating ring of liquid squeezes out gas caverns and individual gas bubbles to the center, where they will be discharged from the separator, without obstructing the flow of liquid. Due to the fact that the separating screw 10 gives the liquid additional pressure, the width of the liquid ring near the separation disk 7 will be larger compared to the width of this ring at the entrance to the separating screw.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить надежность работы газового сепаратора. Thus, in comparison with the prototype, the invention allows to increase the reliability of the gas separator.

Claims (1)

Газовый сепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий корпус с всасывающими отверстиями, вал, элемент, площадь проточной части которого уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, установленные в корпусе шнек и устройства для отвода жидкой и газообразной фазы и разделитель, отличающийся тем, что он снабжен сепарирующим шнеком, установленным на валу с радиальным зазором по отношению к корпусу и разделительным диском, установленным во входной части разделителя с радиальным зазором по отношению к корпусу и валу, при этом элемент, площадь проточной части которого уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, выполнен в виде корпуса шнека, разделитель выполнен в виде тонкостенного цилиндра, шнек установлен с радиальным зазором по отношению к своему корпусу, сепарирующий шнек установлен между корпусом шнека и разделителем, лопасти шнека на выходе имеют угол наклона меньше 90^o, а лопасти сепарирующего шнека по всей длине имеют острый угол наклона к плоскости, перпендикулярной к оси его вращения, причем внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека.A gas separator of a borehole centrifugal pump, comprising a housing with suction holes, a shaft, an element, the area of the flowing part of which decreases axially from inlet to outlet, auger and devices for removing the liquid and gaseous phases and a separator installed in the housing, characterized in that it is equipped a separating screw mounted on a shaft with a radial clearance in relation to the housing and a separation disk installed in the input part of the separator with a radial clearance in relation to the housing and the shaft, while the element, the area of the flowing part of which decreases axially from the entrance to the exit, is made in the form of a screw housing, the separator is made in the form of a thin-walled cylinder, the screw is installed with a radial clearance in relation to its body, the separating screw is installed between the screw body and the separator, screw blades the output angle are smaller than 90 ^o, and the screw blades separation along the entire length have a sharp angle to the plane perpendicular to its axis of rotation, the outer diameter of the spacer disc over Diamé pa outlet auger housing.