Результат интеллектуальной деятельности: СДВОЕННЫЙ ГАЗОСЕПАРАТОР (варианты)

Группа изобретений относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к газосепараторам, и может быть использована для добычи нефти, осложненной высоким газовым фактором.

Известно, что при добыче нефти с высоким газовым фактором используют газосепараторы, которые размещают перед входом в электроцентробежный насос над электродвигателем [RU 2232301, RU2504691, RU 159811 U1].

Известные газосепараторы производят отделение газа от жидкости с последующим выводом его в затрубное пространство и подачей жидкости на прием насоса.

Недостатком известных газосепараторов является ограниченные возможности из-за неспособности работать с высоким газосодержанием на приеме.

Известен секционный дифференциальный газосепаратор с боковыми обводными каналами [RU 172117, Е21В 43/38, опубл. 29.06.2017], включающий корпус, вал, установленные одна над другой нижнюю, среднюю и верхнюю секции, каждая из которых содержит вихревую ступень, пропеллерное колесо, завихритель, колокол, стакан, ступени рабочих колес и имеет приемные каналы, причем нижняя и средняя секции соединены между собой обводным каналом с выкидными отверстиями для дегазированной водонефтяной смеси, при этом газосепаратор дополнительно снабжен дифференциальной приставкой-диспергатором с приемными каналами, имеющим также в каждой секции отверстия в корпусе для обводного канала отделившегося свободного газа.

Недостатком данного газосепаратора является излишняя сложность конструкции. Кроме того, под воздействием перепада давления между выкидными отверстиями обводного канала и входным отверстием средней секции - возникает переток отсепарированного газа, который из выкидного отверстия вновь попадает внутрь газосепаратора, что снижает его эффективность.

Наиболее близким к заявляемому является сдвоенный газосепаратор центробежного насоса, состоящий из нижнего и верхнего центробежных газосепараторов, каждый из которых снабжен входным модулем для подачи водонефтегазовой смеси из затрубного пространства скважины и выкидным отверстием для удаления газа в затрубное пространство [RU 67627, Е04В 43/00, опубл. 27.10.2007]. Для исключения отложения механических примесей, неорганических солей, асфальто-смолистых и парафиновых отложений на рабочих органах газосепараторов и насоса центробежные газосепараторы обеспечены акустическими преобразователями, состоящими из статоров и роторов. При работе насосной установки скважинная жидкость поднимается по колонне НКТ.

Недостатком данного газосепаратора является то, что под воздействием перепада давления между выкидными отверстиями и входным модулем возникает переток отсепарированного газа. За счет более высокого давления на верхнем газосепараторе часть отсепарированного газа из верхнего выкидного отверстия попадает через входной модуль и выкидное отверстие в нижний газосепаратор. Переток понижает эффективности сдвоенных газосепараторов, вследствие чего коэффициент сепарации мало отличается от использования единичного сепаратора.

Задачей настоящей группы изобретений является разработка эффективного сдвоенного газосепаратора для добычи скважинной жидкости с высоким содержанием газа.

Указанный технический результат достигается тем, что в сдвоенном газосепараторе, состоящим из верхнего и нижнего центробежных газосепараторов с выкидными отверстиями для удаления газа в затрубное пространство и входного модуля, согласно изобретению, верхний газосепаратор выполнен с меньшим диаметром, чем нижний газосепаратор, выкидные отверстия газосепараторов развернуты на 180 градусов относительно друг друга, при этом каждое выкидное отверстие снабжено отводом, ориентированным вдоль газосепараторов и выполняющим роль байпаса.

Кроме того, отводы закреплены на газосепараторах с помощью хомутов и сформированы из металлического основания и П-образной направляющей, выполненной из упругого материала с прямоугольным сечением, с образованием прямоугольного поперечного сечения, заглушенного снизу.

Использование верхнего газосепаратора с меньшим диаметром, по сравнению с нижним газосепаратором, обусловлено тем, что при работе нижнего газосепаратора часть потока скважинной жидкости сбрасывается вместе с отсепарированным газом в межтрубное пространство, и на вход верхнего газосепаратора поступает меньший объем смеси, с меньшим содержанием растворенного в скважинной жидкости газа.

Применение отводов, закрепленных на корпусах газосепараторов и играющих роль байпасов, по которым отсепарированный газ поднимается вверх и выводится в межтрубное пространство, исключает переток отсепарированного газа. Наличие упругих П-образных направляющих, формирующих отводы с внешней стороны, исключает «застревание» сдвоенного газосепаратора при спуске в искривленную скважину.

В другом варианте исполнения сдвоенный газосепаратор, состоящий из верхнего и нижнего центробежных газосепараторов с выкидными отверстиями, развернутыми на 180 градусов относительно друг друга, верхний газосепаратор выполнен с меньшим диаметром, чем нижний газосепаратор, выкидные отверстия нижнего и верхнего газосепараторов расположены внутри соосно установленного кожуха, при этом кожух снизу ограничен глухой поперечной перегородкой, а внутри кожуха установлены продольные перегородки, отделяющие выкидные отверстия нижнего и верхнего газосепараторов друг от друга.

Кожух служит для разделения и отвода отсепарированного газа в затрубное пространство. При этом предпочтительна установка двух диаметрально расположенных перегородок.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен заявляемый сдвоенный газосепаратор с отводами; на фиг.2 - поперечное сечение А-А, фиг.1; на фиг.3 - сдвоенный газосепаратор по второму варианту с кожухом; на фиг.4 - сдвоенный газосепаратор с кожухом, поперечный разрез А-А, фиг.3; на фиг.5 - распределение давления скважинной жидкости в различных сечениях сдвоенного газосепаратора.

Сдвоенный газосепаратор содержит нижний газосепаратор 1 с выкидным отверстием 4, верхний газосепаратор 2 с выкидным отверстием 5 и входной модуль 3, установленный на нижнем газосепараторе 1 (фиг.1, 3).

Верхний и нижний газосепараторы расположены таким образом, что выкидное отверстие 4 нижнего газосепаратора 1 развернуто на 180 градусов относительно выкидного отверстия 5 верхнего газосепаратора 2, при этом каждое из выкидных отверстий расположено внутри объема, образованного соответствующим отводом 9, который, формируя направленный поток, исключает переток отсепарированного газа.

Для повышения КПД насосной установки верхний газосепаратор 2 подбирают меньшего диаметра, чем нижний газосепаратор 1.

Верхний газосепаратор 2 присоединен к входу погружного насоса 6, на корпусах газосепараторов с помощью хомутов 8 закреплены отводы 9, которые ориентированы вдоль газосепаратора и играют роль байпасов для отвода отсепарированного газа в межтрубное пространство (фиг.1).

Отводы 9 (фиг.2) состоят из металлического основания 10, придающего жесткость конструкции, которое расположено со стороны корпусов газосепараторов 1, 2, и трех упругих наружных стенок 11, образованных П-образной направляющей, закрепленной на основании 10. П-образная направляющая выполнена из упругого материала, например, маслобензостойкой резины. Снизу каждого отвода 9 установлена поперечная стенка, с помощью которой исключается переток отсепарированного газа вниз на входной модуль 3. Сверху отводы 9, имеющие прямоугольное поперечное сечение, открыты для выхода отсепарированного газа в межтрубное пространство.

Внутри корпусов центробежных газосепараторов 1 и 2 последовательно расположены геликоидальные шнеки 12 с переменным шагом и вихревые камеры 13 с разделителями 14 (фиг.3).

Установка работает следующим образом.

После спуска сдвоенного газосепаратора в колонну 7, входной модуль 3 оказывается расположенным в объеме скважинной жидкости.

При включении электродвигателя, скважинная жидкость проходит через входной модуль 3 и попадает в нижний центробежный газосепаратор 1, где закручивается геликоидальным шнеком 12 с переменным шагом. В поле центробежных сил происходит первичная сепарация газа, продолжающаяся в вихревой камере 13 с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру. Из вихревой камеры 13 с помощью разделителя 14 отсепарированный газ из центра нижнего газосепаратора 1 выводится через выкидные отверстия 4, а частично отсепарированная скважинная жидкость, направляется в верхний газосепаратор 2 на дополнительную сепарацию. По завершению вторичной сепарации отделенный газ удаляется через выкидные отверстия 5 верхнего газосепаратора 2. Удаленный из отверстий 4 и 5 газ проходит через отводы 9, расположенные по разные стороны газосепараторов 1 и 2, и попадает в межтрубное пространство, а нефтесодержащая жидкость поступает в насос 6, пройдя который, поднимается на поверхность.

Таким образом, использование сдвоенного газосепаратора, установленного совместно с П-образными направляющими, повышает надежность работы электроцентробежного насоса благодаря двойной сепарации растворенного в скважинной жидкости газа.

Во втором варианте исполнения сдвоенный газосепаратор снабжен внешним кожухом (фиг.3). Кожух выполнен в виде цилиндрического наружного корпуса 15, расположенного концентрично оси газосепаратора, снизу корпуса 15 установлена глухая поперечная перегородка 16, перекрывающая кольцевое пространство. Внешний кожух устанавливается на корпус газосепаратора, таким образом, чтобы его поперечная перегородка 16 была ниже выкидного отверстия 4 нижнего газосепаратора 1, а верхний торец корпуса 15 был расположен выше выкидного отверстия 5 верхнего газосепаратора 2. По всей длине кожуха между внутренней стенкой корпуса 15 и сдвоенным газосепаратором диаметрально размещены две продольные перегородки 17 (фиг.4), отделяющие выкидные отверстия 4 и 5 друг от друга. Поперечная перегородка 16 и продольные перегородки 17 разделяют кольцевое пространство между корпусом 15 и газосепараторами на два половинчатых изолированных снизу объема, предназначенных для отвода отсепарированного газа в межтрубное пространство и исключающих переток отсепарированного газа во входной модуль 3 и между выкидными отверстиями 4 и 5 верхнего и нижнего газосепараторов 1 и 2.

Длина отводов 9 в первом варианте и длина наружного корпуса 15 во втором варианте подбирается из условия, отсутствия перетока газа на входной модуль 3 сдвоенных газосепараторов. Распределение давления скважинной жидкости в различных сечениях сдвоенных газосепараторов на примере варианта с кожухом показано на фиг.5. Расстояние h3 от входного модуля 3 до верхнего конца отвода 9, или до конца наружного корпуса 15 находим по формуле

h₃ ≥ (ΔP₂/ςg + (ΔΡ₁ + ΔP₂)/ ςg ≈ 3 м,

где ΔΡ₂ - разница давлений на выкидных отверстиях 4 и 5 верхнего 2 и нижнего 1 газосепараторов, в Па;

ΔР₁ - разница давлений между выкидным отверстием 4 нижнего газосепаратора 1 и входным модулем 3,

ς кг/м³ - плотность скважной жидкости,

g м/с² - ускорение свободного падения.

Установка работает следующим образом.

После спуска сдвоенного газосепаратора в скважину, входной модуль 3 оказывается расположенным в объеме скважинной жидкости. При включении электродвигателя скважинная жидкость проходит через входной модуль 3 в нижний центробежный газосепаратор 1, где закручивается геликоидальным шнеком 12 с переменным шагом. В поле центробежных сил происходит первичная сепарация газа, продолжающаяся в вихревой камере 13 с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру. Из вихревой камеры 13 с помощью разделителя 14 отсепарированный газ из центра выводится через выкидные отверстия 4 нижнего газосепаратора в один половинчатый изолированный объем, а частично отсепарированная скважинная жидкость, направляется в верхний газосепаратор 2 на дополнительную сепарацию. По завершению вторичной сепарации отделенный газ через выкидные отверстия 5 верхнего газосепаратора 2 попадает во второй половинчатый изолированный объем, образованный наружным корпусом 15, нижней поперечной перегородкой 16 и боковыми продольными перегородками 17, откуда через открытый верх наружного корпуса 15, попадает в межтрубное пространство, а освобожденная от газа нефтесодержащая жидкость поступает в насос 6, пройдя который, поднимается на поверхность.

Таким образом, использование сдвоенного газосепаратора с внешним кожухом заявленной конструкции повышает надежность работы электроцентробежного насоса благодаря двойной сепарации растворенного в скважинной жидкости газа. Отсепарированный газ можно добывать через межтрубное пространство.

Размеры сдвоенного газосепаратора, установленного внизу погружной насосной установки, по любому из вариантов могут быть подобраны с возможностью применения его в скважинах любых габаритов. Причем мощность и диаметр верхнего газосепаратора меньше, чем нижнего газосепаратора.