газосепаратор центробежного насоса для добычи нефти из скважин

Формула изобретения

1. Газосепаратор центробежного насоса для добычи нефти из скважин, содержащий корпус, в котором сформирована полость притока с входными и выходным каналами, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения в опорах, размещенные на валу шнек, выпрямитель потока газожидкостной смеси, сепарирующие элементы, а также средства крепления вала в корпусе, отличающийся тем, что в корпусе ниже полости притока выполнена дополнительная полость, изолированная от полости притока откачиваемой газожидкостной смеси посредством уплотнения, причем в дополнительной полости размещена осевая опора вала, выполненная с возможностью восприятия ею осевых сил от валов секций насоса, при этом пята осевой опоры закреплена на валу, а подпятник осевой опоры закреплен неподвижно относительно корпуса.

2. Газосепаратор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная полость изолирована от полости притока откачиваемой газожидкостной смеси посредством уплотнения щелевого типа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике добычи нефти из скважин и может быть использовано при изготовлении центробежных насосов.

При глубиннонасосной добыче нефти с газопроявлениями для обеспечения возможности нормальной работы центробежных насосов на их приеме устанавливают сепарационные устройства, предназначенные для отделения газа от жидкости до ее поступления в насос.

Известны газосепараторы производства фирм США [1], содержащие цилиндрический корпус и размещенные на валу четырехлопастной ротор винтового типа, к которому газожидкостная смесь поступает из приемных отверстий корпуса, и сепарационную камеру в виде цилиндрического барабана с радиальными лопатками, а также камеру, предназначенную для отвода свободного газа в затрубное пространство скважины и подачи остаточной газожидкостной смеси на первую ступень насоса.

К недостаткам известных конструкций при их использовании в погружных центробежных насосах можно отнести то, что осевая сила от валов модулей насоса через вал газосепаратора передается осевой опоре протектора электродвигателя. Эта осевая нагрузка на опору протектора приводит к дополнительному нагреву электродвигателя в процессе работы.

Устройством, наиболее близким к изобретению, является газосепаратор [2], содержащий корпус с верхней и нижней головками, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, и размещенные на валу шнек, сепаратор и рабочее колесо. Известный аналог содержит осевую опору, предназначенную для восприятия осевой нагрузки только от ротора газосепаратора. К недостаткам указанной конструкции следует отнести то, что осевая опора находится в потоке откачиваемой среды и, следовательно, создает гидравлическое сопротивление потоку. Кроме того, между трущимися поверхностями опоры попадают механические примеси, находящиеся в потоке, что приводит к преждевременному износу опоры и снижает ее несущую способность. При такой конструкции газосепаратора в каждой секции обслуживаемого газосепаратором насоса находится осевая опора, обеспечивающая восприятие осевых сил, действующих на вал секции, наличие которой увеличивает вибрацию насоса в процессе работы, создает дополнительные нагрузки на радиальные опоры вала секции, приводит к снижению напора насоса, КПД, надежности насоса и долговечности его работы.

Изобретение обеспечивает решение задачи повышения надежности и долговечности работы газосепаратора и обслуживаемого им погружного центробежного насоса путем увеличения несущей способности осевой опоры газосепаратора с одновременным увеличением надежности работы элементов пары трения осевой опоры газосепаратора и повышением КПД насоса.

Технический результат достигается тем, что в газосепараторе, содержащем корпус с полостью притока с входными и выходным каналами, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения в опорах, размещенные на валу шнек, выпрямитель потока газожидкостной смеси, сепарирующие элементы, а также средства крепления вала в корпусе, в отличие от известных устройств, в корпусе ниже полости притока выполнена дополнительная полость, изолированная от полости притока откачиваемой газожидкостной смеси посредством уплотнения, в дополнительной полости размещена осевая опора, при этом пята осевой опоры закреплена на валу, а подпятник осевой опоры закреплен неподвижно относительно корпуса. В предпочтительном варианте выполнения изобретения дополнительная полость изолирована от полости притока посредством уплотнений щелевого типа.

Предложенная конструкция газосепаратора центробежного насоса для добычи нефти из скважин благодаря применению осевой опоры, несущая способность которой повышена за счет размещения опоры в дополнительной полости корпуса, изолированной от полости притока перекачиваемой среды, с обеспечением возможности восприятия осевой опорой осевых сил от валов секций насоса, позволяет сократить вибрацию насоса и нагрузки на его радиальные опоры, снизить потери напора насоса, увеличить КПД, надежность и долговечность насоса.

На чертеже представлен схематический чертеж газосепаратора, выполненного согласно изобретению.

Газосепаратор содержит цилиндрический корпус 1, головку 2 и входное основание 3, выполненное с входными 4 и выходным 5 каналами, образующими полость притока откачиваемой среды 6. В корпусе 1 установлен вал 7, возможность вращения которого обеспечивается верхней 8, средней 9 и нижней 10 радиальными опорами.

На валу 7 размещены шнек 11, служащий для перемещения газожидкостной смеси, лопастной выпрямитель потока газожидкостной смеси 12, обеспечивающий безударный вход потока на лопасти газосепарирующих элементов 13. В головке 2 выполнены каналы 14, 15, соединяющие полость, в которой установлены газосепарирующие элементы 13, соответственно с полостью насоса 16 и окружающим газосепаратор пространством. При этом через каналы 14 к насосным ступеням насоса поступает жидкость с остаточным содержанием газа, а через каналы 15 в пространство скважины отводится содержавшийся в пластовой жидкости газ.

Для восприятия формируемых при работе насоса и газосепаратора осевых сил служит осевая опора, размещенная в дополнительной полости 17, образованной основанием 18 газосепаратора и основанием 3 полости притока. Дополнительная полость 17 выполнена ниже полости притока и изолирована от полости притока газожидкостной смеси 6 щелевыми уплотнениями 9. Осевая опора содержит пяту 19, установленную на валу 7, и подпятник 20, закрепленный в основании 18. Вал 7 газосепаратора соединяется с валом секции насоса и валом электродвигателя (на чертеже не показаны) муфтами 21 и 22 соответственно. Вкладыш 23 обеспечивает механический контакт вала 7 газосепаратора с валом следующей за газосеператором насосной секции. Для защиты от засорения собранного газосепаратора и его повреждения при транспортировке предусмотрены защитные крышки 24 и 25, закрепленные на торцевых частях корпуса.

Работа газосепаратора происходит следующим образом.

Газосепаратор, используемый в составе электронасоса, выполненного с одной или несколькими насосными секциями и погружным электродвигателем, опускается в скважину. После запуска электродвигателя из нефтяного пласта к газосепаратору начинает поступать газожидкостная смесь (ГЖС). ГЖС по каналам 4 и 5, образующим полость притока 6 во входном основании 3, поступает к шнеку 11, создающему напор и обеспечивающему перемещение ГЖС внутри газосепаратора. Выпрямитель потока 12 обеспечивает безударный вход ГЖС на лопасти газосеперирующих элементов 13. Под действием сил, формируемых при воздействии элементов 13, газожидкостная смесь в процессе перемещения в верхнюю часть газосепаратора разделяется на жидкую и газовую фазы. В верхней части корпуса 1 формируются соответственно внешний (жидкая фаза) и внутренний (газовая фаза) потоки. Жидкая фаза по каналам 14 попадает в полость 16, сообщающуюся с полостью нижнего насосного модуля. Газовая фаза по каналам 15 выбрасывается в окружающую среду в направлении, указанном стрелками. Рабочие органы насоса, укрепленные на валах секций, вращаясь, создают давление, которое формирует осевую силу, действующую на торцы соответствующих валов секций насоса. Эта сила обеспечивает прижим нижних торцов валов секций насоса к верхним торцам смежных секций, а суммарная осевая сила Р через вал нижней секции насоса действует на верхний торец вала 7 газосепаратора. Осевая сила, действующая на вал 7, через пяту 19 передается на подпятник 20. В связи с этим нижний торец вала 7 не передает осевую силу на вал электродвигателя и, соответственно, исключается необходимость установки усиленной осевой опоры в протекторе электродвигателя. При этом установка осевой опоры в полости 17, расположенной между основаниями 3 и 18, отделенной от полости притока газожидкостной смеси 6 и изолированной щелевыми уплотнениями 9, предохраняет осевую опору от загрязнения и преждевременного износа механическими примесями, находящимися в откачиваемой ГЖС.

Выполнение осевой опоры в модуле газосеператора обеспечивает снижение дополнительного нагрева электродвигателя теплом, создаваемым осевой опорой. Кроме того, указанное конструктивное выполнение обеспечивает более эффективное охлаждение осевой опоры перекачиваемой ГЖС, что повышает срок службы опоры.

Предлагаемая конструкция газосепаратора позволяет исключить необходимость размещения осевых опор в насосных секциях и, следовательно, снизить износ радиальных опор насоса за счет уменьшения уровня вибрации насоса, снизить потери напора насоса, увеличить надежность и долговечность работы и КПД насоса.

Источники информации

1. Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. Международный транслятор, М., 1999, изд. "Наука и Техника", Фирма ИНТАК, МФ "Технонефтегаз", с.308, рис.3, 8.

2. Там же, с.295, рис.3, 2.