RU2786546C1 - Topping gas stabilizing device (variants) - Google Patents
Topping gas stabilizing device (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786546C1 RU2786546C1 RU2022100216A RU2022100216A RU2786546C1 RU 2786546 C1 RU2786546 C1 RU 2786546C1 RU 2022100216 A RU2022100216 A RU 2022100216A RU 2022100216 A RU2022100216 A RU 2022100216A RU 2786546 C1 RU2786546 C1 RU 2786546C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- holes
- gas
- impeller
- recesses
- Prior art date
Links
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 title claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 235000019476 oil-water mixture Nutrition 0.000 abstract description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 210000003027 Ear, Inner Anatomy 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 1
- 230000023298 conjugation with cellular fusion Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000021037 unidirectional conjugation Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Группа предлагаемых изобретений относится к насосостроению, в частности к бессепарационным предвключенным устройствам для многоступенчатых погружных насосов, и может использоваться для обеспечения устойчивой работы насоса при подъеме из скважин водонефтяных смесей с высоким содержанием нерастворенного газа.The group of inventions relates to pump engineering, in particular to non-separation upstream devices for multistage submersible pumps, and can be used to ensure stable operation of the pump when lifting oil-water mixtures with a high content of undissolved gas from wells.
Известно применение в качестве предвключенного устройства для обработки газожидкостной смеси диспергатора лабиринтного типа [Ш.Р. Агеев, Е.Е. Григорян, Г.П. Макиенко. "Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение". Энциклопедический справочник. Пермь, ООО «Прогресс-Мастер», 2007, стр. 288-290]. Рабочими органами такого диспергатора являются статоры-втулки и расположенные внутри роторы-винты. На поверхностях сопряжения статоров и роторов выполнены выступы и впадины в виде нарезок специального профиля. Передача энергии от ротора-винта к жидкости происходит в результате обмена количествами движения жидкости, обтекающей ротор-винт, с жидкостью, обтекающей статор-втулку. Жидкость располагается в ячейках, ограниченных с одной стороны двумя нарезками ротора, и с другой - двумя нарезками статора. Положение выступов нарезок ротора и статора непрерывно изменяется, поэтому возникают значительные градиенты скорости потока газожидкостной смеси, проходящей через такие рабочие органы, и, следовательно, интенсивная диспергация потока смеси.It is known to use as an upstream device for processing a gas-liquid mixture of a labyrinth-type dispersant [Sh.R. Ageev, E.E. Grigoryan, G.P. Makienko. "Russian installations of vane pumps for oil production and their application". Encyclopedic reference book. Perm, OOO Progress-Master, 2007, pp. 288-290]. The working bodies of such a dispersant are stators-bushings and rotors-screws located inside. On the mating surfaces of the stators and rotors, protrusions and depressions are made in the form of cuts of a special profile. The transfer of energy from the rotor-screw to the fluid occurs as a result of the exchange of momentum of the fluid flowing around the rotor-screw with the fluid flowing around the stator bushing. The liquid is located in cells bounded on one side by two rotor threads, and on the other - by two stator threads. The position of the protrusions of the threads of the rotor and stator is continuously changing, so there are significant gradients in the flow rate of the gas-liquid mixture passing through such working bodies, and, consequently, intense dispersion of the mixture flow.
Недостатком этого устройства является низкая пропускная способность, обусловленная самой конструкцией ступеней (ступени выполнены по типу лабиринтного уплотнения), поэтому такие диспергаторы являются гидродинамическим сопротивлением для системы на больших подачах.The disadvantage of this device is the low throughput due to the design of the steps (the steps are made according to the type of labyrinth seal), therefore, such dispersants are a hydrodynamic resistance for the system at high flows.
Известна также конструкция предвключенного газостабилизирующего насосного модуля, содержащего последовательно расположенные на одном валу напорный и диспергирующий блоки, причем напорный блок представляет собой пакет осевых ступеней, а диспергирующий - пакет лабиринтных ступеней [патент РФ №2593738 С1, МПК F04D 13/10, опубл. 10.08.2016]. Описанный газостабилизирующий модуль принимает скважинную жидкость, диспергирует (дробит) газовые пузыри, создавая тем самым мультифазную среду, более благоприятную для работы центробежного насоса, чем пластовая жидкость без обработки. Использование этого модуля в составе установки перед центробежным насосом позволяет увеличить напор установки и расширить допустимый диапазон ее работы относительно газосодержания.Also known is the design of an upstream gas-stabilizing pump module containing pressure and dispersing blocks arranged in series on the same shaft, the pressure block being a package of axial steps, and the dispersing block being a package of labyrinth steps [RF patent No. 2593738 C1, IPC F04D 13/10, publ. 08/10/2016]. The described gas stabilization module receives well fluid, disperses (crushes) gas bubbles, thereby creating a multiphase environment that is more favorable for the operation of a centrifugal pump than formation fluid without treatment. The use of this module as part of the installation in front of a centrifugal pump allows you to increase the pressure of the installation and expand the permissible range of its operation with respect to gas content.
Недостатком такого устройства является низкая степень диспергации газожидкостной смеси, а также высокая потребляемая мощность, обусловленная использованием в конструкции массивных лабиринтных ступеней, зачастую превышающая мощность основного добывающего насоса, особенно на повышенных частотах вращения вала (свыше 6000 об/мин).The disadvantage of this device is the low degree of dispersion of the gas-liquid mixture, as well as the high power consumption due to the use of massive labyrinth stages in the design, often exceeding the power of the main production pump, especially at high shaft speeds (over 6000 rpm).
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция предвключенного газостабилизирующего устройства (мультифазный осевой насос), содержащего цилиндрический корпус с размещенным на валу пакетом осевых ступеней, каждая из которых состоит из рабочего колеса, имеющего втулку с одной-четырьмя спиральными лопастями переменного шага, и направляющего аппарата с лопастями двойной кривизны [патент РФ №2428588 C1, МПК F04D 13/10, опубл. 10.09.2011]. По краю входной кромки спиральных лопастей рабочего колеса выполнены щелевые сквозные отверстия продолговатой формы, расположенные, по меньшей мере, в один ряд. Конфигурация лопастей обеспечивает течение потока с минимальной завихренностью в максимально широком диапазоне подач. За счет сжатия и частичного диспергирования газожидкостной смеси в отверстиях такое предвключенное устройство обеспечивает устойчивую работу основного центробежного насоса.Closest to the claimed is the design of the upstream gas-stabilizing device (multi-phase axial pump), containing a cylindrical body with a package of axial stages placed on the shaft, each of which consists of an impeller having a sleeve with one to four variable-pitch spiral blades, and a guide vane with blades double curvature [RF patent No. 2428588 C1, IPC F04D 13/10, publ. 09/10/2011]. Along the edge of the leading edge of the spiral blades of the impeller, elongated slotted through holes are made, located at least in one row. The configuration of the blades provides a flow with minimal vorticity in the widest possible range of feeds. Due to the compression and partial dispersion of the gas-liquid mixture in the holes, such an upstream device ensures stable operation of the main centrifugal pump.
Недостатком данной конструкции является слабое диспергирование газожидкостной смеси при высокой концентрации газа, приводящее к срыву подачи устройства за счет перекрытия проточных каналов ступени газовыми пробками. Особенно заметным этот эффект становится для предвключенных устройств малого габарита с диаметром корпуса от 55 до 81 мм. Кроме того, использование описанной конструкции на частотах вращения вала от 6000 об/мин также приводит к высокой потребляемой мощности, что вынуждает использовать двигатель большей мощности и увеличивает общую стоимость всей установки.The disadvantage of this design is the weak dispersion of the gas-liquid mixture at a high gas concentration, leading to a disruption in the supply of the device due to the blocking of the flow channels of the stage with gas plugs. This effect becomes especially noticeable for upstream devices of small dimensions with a case diameter from 55 to 81 mm. In addition, the use of the described design at shaft speeds from 6000 rpm also leads to high power consumption, which forces the use of a larger motor and increases the overall cost of the entire installation.
Задачей настоящего изобретения является создание газостабилизирующего модуля, эффективно диспергирующего газожидкостную смесь в максимально широком диапазоне подач основных насосов при низкой потребляемой мощности и имеющего высокую надежность при работе в компоновке с высокооборотным добывающим насосом.The objective of the present invention is to create a gas-stabilizing module that effectively disperses the gas-liquid mixture in the widest possible range of feeds of the main pumps at low power consumption and has high reliability when operating in combination with a high-speed production pump.
Указанный технический результат достигается тем, что в предвключенном газостабилизирующим устройстве для обработки газожидкостной смеси, включающем пакет осевых ступеней, каждая из которых имеет рабочее колесо, представляющее собой втулку со спиральными лопастями, и направляющий аппарат с лопатками, согласно изобретению, по поверхности спиральных лопастей рабочего колеса выполнены сквозные отверстия, причем суммарная площадь отверстий составляет 5-40% от площади лопасти.This technical result is achieved by the fact that in the upstream gas-stabilizing device for processing a gas-liquid mixture, including a package of axial stages, each of which has an impeller, which is a sleeve with spiral blades, and a guide vane with blades, according to the invention, along the surface of the spiral blades of the impeller through holes are made, and the total area of the holes is 5-40% of the area of the blade.
Отверстия имеют форму со скругленными ребрами - круговую, овальную либо щелевую и могут располагаться по поверхности лопасти как произвольно, так и упорядоченно, например, в шахматном порядке.The holes have a shape with rounded ribs - circular, oval or slotted and can be located on the surface of the blade both randomly and in an orderly manner, for example, in a checkerboard pattern.
Отверстия могут быть размещены по всей поверхности лопасти или могут покрывать часть лопасти, примыкающей к входной или выходной кромке лопасти, а также к втулке.The holes may be placed over the entire surface of the blade or may cover the part of the blade adjacent to the leading or trailing edge of the blade, as well as to the hub.
Наличие отверстий на поверхности лопастей, суммарная площадь которых составляет не менее от 5% от площади лопасти, позволяет предотвратить скопление и закупоривание проточной части устройства газовыми пузырями за счет их интенсивного измельчения и перепуска между межлопастными каналами рабочих колес. Это приводит к получению газожидкостной смеси, обладающей гомогенной структурой, что обеспечивает стабильную работу не только предвключенного устройства, но и основного добывающего насоса. Ограничение суммарной площади отверстий на уровне, не превышающим 40% от площади лопасти, связано с сохранением между отверстиями достаточной толщины перемычек, исключающей их ломкость и обеспечивающей необходимую прочность лопасти.The presence of holes on the surface of the blades, the total area of which is at least 5% of the blade area, makes it possible to prevent the accumulation and clogging of the flow part of the device with gas bubbles due to their intensive grinding and bypass between the impeller interblade channels. This leads to a gas-liquid mixture having a homogeneous structure, which ensures stable operation of not only the upstream device, but also the main production pump. The limitation of the total area of the holes at a level not exceeding 40% of the area of the blade is associated with maintaining a sufficient thickness of the bridges between the holes, which excludes their fragility and provides the necessary strength of the blade.
В альтернативном варианте исполнения на торцах спиральных лопастей расположены сквозные выемки, при этом суммарная площадь выемок составляет 5-40% от площади лопасти.In an alternative embodiment, through recesses are located at the ends of the spiral blades, while the total area of the recesses is 5-40% of the blade area.
Сквозные выемки по торцу лопасти могут быть расположены равномерно и выполнены предпочтительно со скругленной или щелевой формой, обеспечивающей ламинарное течение жидкости. Возможно выполнение выемок на части торца, примыкающей к входной или выходной кромке спиральной лопасти.Through recesses along the end of the blade can be evenly spaced and preferably made with a rounded or slotted shape, providing a laminar fluid flow. It is possible to make recesses on the part of the end adjacent to the input or output edge of the spiral blade.
В обоих вариантах исполнения лопатки направляющего аппарата могут быть снабжены отверстиями.In both embodiments, the guide vanes can be provided with holes.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид газостабилизирующего устройства; на фиг. 2-5 - варианты рабочего колеса устройства с отверстиями на поверхности лопасти, в аксонометрии, на фиг. 6-7 - варианты рабочего колеса устройства с выемками по торцу лопасти, в аксонометрии; на фиг. 8-9 - варианты направляющего аппарата, в аксонометрии.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a general view of the gas stabilizing device; in fig. 2-5 - variants of the impeller of the device with holes on the surface of the blade, in a perspective view, in Fig. 6-7 - options for the impeller of the device with recesses at the end of the blade, in perspective view; in fig. 8-9 - variants of the guide vane, axonometric view.
Газостабилизирующее устройство состоит из пакета осевых ступеней, в котором чередуются рабочие колеса 1 и направляющие аппараты 2 (фиг. 1). Рабочее колесо 1 имеет втулку 3 с закрепленными на ней спиральными лопастями 4, по поверхности которых выполнены сквозные отверстия 5 (фиг. 2-5). Отверстия 5 могут располагаться на лопасти 4 упорядоченно, например, в шахматном порядке (фиг. 3), либо произвольно. Отверстия могут покрывать всю поверхность лопасти (фиг. 2) или ее часть (фиг. 3-5).The gas stabilizing device consists of a package of axial stages in which
Отверстия могут быть сосредоточены на различных частях лопасти: в области, примыкающей к входной (фиг. 3) или выходной кромке (фиг. 4) лопасти, а также покрывать часть лопасти, примыкающей к втулке (фиг. 5).The holes can be concentrated on different parts of the blade: in the area adjacent to the input (Fig. 3) or trailing edge (Fig. 4) of the blade, and also cover the part of the blade adjacent to the sleeve (Fig. 5).
В альтернативном варианте исполнения отверстия 5 в лопасти 4 могут быть заменены выемками 6 на торцах лопастей 4 (фиг. 6), которые в том числе могут быть расположены равномерно. Выемки могут быть выполнены на части торца, примыкающей к входной (фиг. 7) или выходной (не показано) кромке лопасти.In an alternative embodiment, the
Отношение суммарной площади отверстий 5 либо выемок 6 к площади напорной поверхности лопасти 4 находится в пределах 5-40% и сохраняется во всех вариантах исполнения. Предпочтительно выполнение отверстий 5 либо выемок 6 в форме со скругленными ребрами (фиг. 2-6) - круговой, овальной либо щелевой (фиг. 7).The ratio of the total area of the
За рабочим колесом 1 следует направляющий аппарат осевого типа 2 (фиг. 8, 9), состоящий из втулки 7 с лопатками 8 и внешней цилиндрической оболочки 9, соединенной с торцами лопаток. На лопатках 8 направляющего аппарата 2 могут быть выполнены отверстия 10, перераспределяющие поток в межлопастных каналах (фиг. 9) для удаления застойных зон.The
Газостабилизирующее устройство работает следующим образом. Через входной модуль (не показан) газожидкостная смесь попадает на рабочее колесо 1 устройства. За счет вращения рабочего колеса 1 ГЖС приобретает энергию от спиральных лопастей 4 колеса 1, при этом жидкость за счет центробежных сил стремится к периферии, а газ скапливается в центре устройства. Лопасти 4 рабочего колеса 1 формируют межлопастные каналы. Отверстия 5 либо выемки 6 на лопастях 4 рабочего колеса 1 позволяют равномерно распределить газ по всем межлопастным каналам и, одновременно, диспергировать газожидкостную смесь. Уменьшение за счет отверстий 5 либо выемок 6 рабочей поверхности лопасти 4 требует меньшего усилия для вращения рабочего колеса 1 в потоке жидкости и снижает потребляемую мощность всего устройства до 25% по сравнению с использованием рабочих колес той же конфигурации, но без отверстий и выемок. Далее смесь проходит в направляющий аппарат 2, где закрученный поток за счет неподвижных лопаток 8 выпрямляется и проходит в следующую ступень устройства. Отверстия 10 в лопатках 8 направляющего аппарата 2 позволяют усилить диспергацию газожидкостной смеси и избежать за счет перепуска потока с одной стороны лопатки на другую скопления газовых пузырьков в зонах пониженного давления. При перетекании ГЖС от ступени к ступени происходит дополнительное дробление пузырьков газа и их сжатие.The gas stabilizing device operates as follows. Through the input module (not shown), the gas-liquid mixture enters the
Таким образом, за счет сжатия и измельчения газовых пузырей достигается устойчивая работа добывающего насоса, следующего за газостабилизирующим устройством, на диспергированной газожидкостной смеси с высокой концентрацией газа при сниженном энергопотреблении.Thus, due to the compression and grinding of gas bubbles, stable operation of the production pump following the gas stabilizing device is achieved on a dispersed gas-liquid mixture with a high gas concentration at reduced power consumption.
Claims (14)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2786546C1 true RU2786546C1 (en) | 2022-12-22 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU421801A2 (en) * | 1972-05-29 | 1974-03-30 | М. В. Коротов | DRIVEN AXIAL WHEEL |
US4280793A (en) * | 1978-02-23 | 1981-07-28 | Mono Pumps Limited | Bore hole pumps |
RU2428588C1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-09-10 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Submerged multi-phase pump |
RU136503U1 (en) * | 2012-05-25 | 2014-01-10 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | ADVANCED DEVICE FOR PROCESSING A GAS-LIQUID MIXTURE |
RU2516753C1 (en) * | 2012-10-04 | 2014-05-20 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Submersible pump for viscous fluid pumping |
RU155267U1 (en) * | 2014-12-17 | 2015-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская электротехническая компания" ("РУСЭЛКОМ") | DISPERSANTER FOR SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL ELECTRIC PUMP |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU421801A2 (en) * | 1972-05-29 | 1974-03-30 | М. В. Коротов | DRIVEN AXIAL WHEEL |
US4280793A (en) * | 1978-02-23 | 1981-07-28 | Mono Pumps Limited | Bore hole pumps |
RU2428588C1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-09-10 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Submerged multi-phase pump |
RU136503U1 (en) * | 2012-05-25 | 2014-01-10 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | ADVANCED DEVICE FOR PROCESSING A GAS-LIQUID MIXTURE |
RU2516753C1 (en) * | 2012-10-04 | 2014-05-20 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Submersible pump for viscous fluid pumping |
RU155267U1 (en) * | 2014-12-17 | 2015-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская электротехническая компания" ("РУСЭЛКОМ") | DISPERSANTER FOR SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL ELECTRIC PUMP |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2309297C2 (en) | Wheel for submersible pump | |
US9624930B2 (en) | Multiphase pumping system | |
RU2508474C1 (en) | Dispersing multistage rotary pump | |
CA2708505C (en) | System, method and apparatus for two-phase homogenizing stage for centrifugal pump assembly | |
RU2786546C1 (en) | Topping gas stabilizing device (variants) | |
RU2244164C1 (en) | Multistage submerged axial pump | |
KR102428874B1 (en) | impeller for volute pump with double-suction | |
CN107965473B (en) | Diffuser for a fluid compression device comprising at least one blade with an opening | |
RU74976U1 (en) | GAS-STABILIZING CENTRIFUGAL PUMP MODULE FOR OIL PRODUCTION | |
US20040136826A1 (en) | Centrifugal pump with self cooling and flushing features | |
EP4283137A1 (en) | Centrifugal pump | |
CN105864099B (en) | A kind of design method of middle higher specific speed centrifugal pump impeller port of export edge folding blades structure | |
RU2428588C1 (en) | Submerged multi-phase pump | |
RU136503U1 (en) | ADVANCED DEVICE FOR PROCESSING A GAS-LIQUID MIXTURE | |
RU173966U1 (en) | VORTEX GAS SEPARATOR | |
RU2593728C1 (en) | Gas stabilising pump unit (versions) | |
RU2376500C2 (en) | Impeller of submerged centrifugal pump stage | |
WO2019025238A1 (en) | Impeller for wastewater pump | |
SE462928B (en) | FLOOR WHEELS FOR A PUMP DETERMINED FOR PUMPING OF THE WASTEWATER | |
RU2622578C1 (en) | Multiphase step of submersible multiple centrifugal pump | |
RU61812U1 (en) | SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMP DISPERSANT | |
RU2703774C1 (en) | Pump for pumping gas-liquid mixture | |
RU2823419C1 (en) | Multistage multiphase pump (versions) and method of pumping gas-liquid mixture using it | |
RU2209345C2 (en) | Stage of multistage submersible centrifugal pump | |
RU2610802C1 (en) | Centrifugal pump runner |