Устройство для нагнетания газожидкостной смеси (варианты)

 

Устройство предназначено для использования в нефтегазодобывающей промышленности для перекачки газожидкостных смесей. Устройство выполнено в трех вариантах и включает поршневой насос с рабочей и компрессионной камерами, снабженными всасывающим и нагнетательным клапанами и патрубками для подвода и отвода газожидкостной смеси. По первому варианту в компрессионной камере установлена дополнительная камера, открытая сверху, причем камера снабжена перегородкой с отклонителем и отводящими лопатками. По второму варианту на входе в дополнительную камеру размещен всасывающий клапан. По третьему варианту дополнительная камера выполнена в форме усеченного сверху и снизу цилиндра, а газожидкостный патрубок размещен над открытым концом дополнительной камеры. Положительный эффект: эффективная перекачка газожидкостной смеси при одновременном упрощении процесса. Увеличивается эффективность перекачки. 3 c. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при перекачке продукции скважин, представляющей собой многофазную смесь.

Известно устройство для нагнетания газожидкостной смеси, представляющее собой рабочую камеру с поршневым насосом, компрессионную камеру, всасывающий и нагнетательный клапаны, патрубки для ввода и вывода перекачиваемой смеси (а. с. 714044, ПМК F 04 B 23/10, оп. 05.02.80, бюл. N 5). Недостатком известного устройства является необходимость установки подпорного насоса и дополнительных энергозатрат на его привод.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для нагнетания газожидкостной смеси по а.с. 1435810 (МПК F 04 B 23/10 оп. 07.11.88 г., бюл. N4).

Известное устройство включает поршневой насос с рабочей и компрессионной камерами, снабженными всасывающим и нагнетательным клапанами, газожидкостным и газовым патрубками, дополнительную камеру, установленную соосно с компрессионной камерой внутри нее и образующую кольцевой канал для вывода газожидкостной смеси. Всасывающий жидкостной клапан расположен в рабочей камере, всасывающий газовый клапан - внутри дополнительной камеры, а нагнетательный клапан закрывает дополнительную камеру сверху.

Известное устройство предполагает предварительную сепарацию газожидкостной смеси и подачу ее двумя потоками по двум патрубкам, что усложняет его конструкцию, кроме того, известное устройство работает в режиме пульсации, при этом из всасывающейся жидкости выделяется газ, происходит резкое вспенивание, что затрудняет поступление свободного газа в камеру и работу насоса. В режиме пульсации также сложно регулировать соотношение жидкость - газ.

И, наконец, монтаж патрубка (газового) в двойную стенку камеры насоса вызывает определенные затруднения.

Таким образом, возникла проблема эффективной перекачки газожидкостной смеси при одновременном упрощении самого процесса.

Указанная проблема решается предлагаемым устройством для нагнетания газожидкостной смеси, представленным в трех вариантах.

По первому варианту устройство включает поршневой насос с рабочей и компрессионной камерами, снабженными всасывающим и нагнетательным клапанами, дополнительную камеру, установленную в компрессионной, и патрубки для подвода и отвода газожидкостной смеси. Согласно изобретению дополнительная камера выполнена открытой сверху и снабжена перегородкой с отклонителем и отводящими лопатками, причем перегородка установлена вдоль оси дополнительной камеры, а отклонитель выполнен с возможностью отвода газа в сторону, противоположную поршню, при этом объем дополнительной камеры составляет по меньшей мере 0.9 объема хода поршня, а всасывающий клапан размещен под отклонителем.

Целесообразно в перегородке выполнить отверстия, а отводящие лопатки установить под углом к перегородке.

Желательно на внутренней поверхности дополнительной камеры разместить по меньшей мере одну отводящую лопатку и установить ее параллельно отводящим лопаткам перегородки.

По второму варианту дополнительная камера также открыта сверху, при этом патрубок для подвода газожидкостной смеси с всасывающим клапаном размещен на входе в дополнительную камеру.

По третьему варианту изобретения дополнительная камера также открыта сверху, однако выполнена в форме усеченного сверху и снизу цилиндра, причем ее нижний конец размещен в рабочей камере, при этом патрубок газожидкостной смеси с всасывающим клапаном установлен над открытым концом дополнительной камеры.

Выполнение дополнительной камеры объемом, составляющим 0.9 хода поршня, позволяет уменьшить барьер перехода газа над зеркалом жидкости и занять верхнее положение перед нагнетанием, то есть создать оптимальные условия для переноса газа под нагнетательный клапан.

Наличие внутри дополнительной камеры перегородки с отклонителем и отводящими лопатками дает возможность отделить газ и направить его в узкий канал, способствующий ускорению его движения, что создает условия для отделения газа и переноса его под нагнетательный клапан.

Дополнительная камера по второму варианту, на входе в которую размещен всасывающий клапан, позволяет создать оптимальные условия для разделения газа и жидкости. Фактически само устройство здесь выполняет функцию сепаратора, что позволяет максимально упростить процесс перекачки.

По третьему варианту дополнительная камера в форме усеченного с двух концов цилиндра позволяет создать условия ламинарности потоку жидкости вниз, что увеличивает коэффициент заполнения насоса за счет свободного газа.

На фиг. 1 показан первый вариант предлагаемого устройства в разрезе, на фиг.2 - второй вариант, на фиг.3 - третий вариант.

Устройство по варианту 1 состоит из рабочей камеры 1 с поршнем 2, компрессионной камеры 3, в которой размещена дополнительная камера 4, с перегородкой 5, отклонителем 6 и отводящими лопатками 7. В перегородке 5 выполнены отверстия 8. Снизу рабочей камеры 1 подсоединен патрубок 9 с всасывающим клапаном 10. Из насоса смесь отводится через отводящий патрубок 11 с нагнетательным клапаном 12.

Согласно второму варианту (фиг.2) устройство включает рабочую камеру 1 с поршнем 2, компрессионную камеру 3, дополнительную камеру 4, на входе в которую размещен всасывающий клапан 10, отделяющий патрубок газожидкостной смеси 11 от камеры 4. Нагнетательный клапан 12 размещен над открытым концом дополнительной камеры 4. Высота дополнительной камеры 4 составляет не более половины высоты компрессионной камеры 3.

Согласно третьему варианту (фиг. 3), устройство включает рабочую камеру 1 с поршнем 2, компрессионную камеру 3, внутри которой размещена дополнительная камера 4 в форме усеченного с двух сторон цилиндра. Патрубок для газожидкостной смеси 9 с всасывающим клапаном 10 установлен над открытым концом дополнительной камеры 4.

Устройство работает следующим образом.

Устройство по первому варианту (фиг. 1) предназначено для перекачки газожидкостной смеси в режимах как из накопительной емкости, так и в жестком режиме (прием насоса подключен к коллектору газожидкостной смеси).

В режиме всасывания из приемного патрубка 9 входит газожидкостная смесь в камеру 1, где создается условие поднятия газа под нагнетательный клапан, через левую полость перегородки 5 дополнительной камеры 4. В правой полости дополнительной камеры 4 жидкость ускоренно падает вниз, захватывая частицы жидкости из левой полости, за счет направляющих лопастей 7 и отверстий у их основания на перегородке, а отклонитель 6 направит жидкость в полость цилиндра, создавая в левой полости относительный вакуум и зеркало жидкости приблизится к поступающему газу из клапана - тем самым создаются условия, благодаря которым газ займет под нагнетательным клапаном положение до того, как начнется цикл нагнетания. Данный принцип предусматривает перекачку любого соотношения жидкость - газ, если соблюдается условие неразрывности по жидкости и потому предназначен как для жесткого, так и с подключенной емкостью режимов перекачки.

Устройство по второму варианту также предназначено для работы как в жестком режиме (непосредственно из газожидкостного коллектора), так и с накопительной емкостью.

В режиме всасывания газожидкостная смесь поступает через всасывающий клапан 10 и движется вверх по дополнительной камере 4, при этом газ, пройдя камеру 4, собирается под нагнетательным клапаном 12, а жидкость переливается через края камеры 4 и устремляется в рабочую камеру 1, наполняя ее полость.

Таким образом сепарация газожидкостной фазы происходит в самом устройстве. При нагнетании газ, а затем и жидкость удаляются через нагнетательный клапан 12 и патрубок 11. Предлагаемый вариант, как и предыдущий, позволяет упростить как конструкцию устройства, так и процесс перекачки.

Третий вариант, как и первых два, предназначен для работы в двух режимах: непосредственно из коллектора или через накопительную емкость.

В режиме всасывания газожидкостная смесь поступает в компрессионную камеру 3 через всасывающий патрубок 10 над открытым концом дополнительной камеры 4. При этом жидкость устремляется вниз в рабочую камеру 1, а газ занимает место под нагнетательным клапаном 12 компрессионной камеры 3. При нагнетательном ходе поршня 2 газ, а затем и жидкость удаляются через патрубок 11. Скосы концов камеры 4 сделаны для сохранения ламинарности потока жидкости.

Таким образом, предлагаемая конструкция устройства (все его варианты) позволяет упростить как конструкцию, так и сам процесс перекачки газожидкостной смеси вследствие отказа от ее предварительной сепарации.

Формула изобретения

1. Устройство для нагнетания газожидкостной смеси, включающее поршневой насос с рабочей и компрессионной камерами, снабженными всасывающим и нагнетательным клапанами, дополнительную камеру, установленную в компрессионной, и патрубки для подвода и отвода газожидкостной смеси, отличающееся тем, что дополнительная камера выполнена открытой сверху и снабжена перегородкой с отклонителем и отводящими лопатками, причем перегородка установлена вдоль оси дополнительной камеры, а отклонитель выполнен с возможностью отвода газа в сторону, противоположную поршню, при этом объем дополнительной камеры составляет 0,9 объема хода поршня, а всасывающий клапан размещен под отклонителем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в перегородке выполнены отверстия, а отводящие лопатки установлены под углом к перегородке.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что на внутренней поверхности дополнительной камеры размещена, по меньшей мере, одна отводящая лопатка, установленная параллельно отводящим лопаткам перегородки.

4. Устройство для нагнетания газожидкостной смеси, включающее поршневой насос с рабочей и компрессионной камерами, снабженными всасывающим и нагнетательным клапанами, дополнительную камеру, размещенную в компрессионной, и патрубки для подвода и отвода газожидкостной смеси, отличающееся тем, что дополнительная камера выполнена открытой сверху, при этом патрубок для подвода газожидкостной смеси с всасывающим клапаном размещен на входе в дополнительную камеру.

5. Устройство для нагнетания газожидкостной смеси, включающее поршневой насос с рабочей и компрессионной камерами, снабженными всасывающими и нагнетательным клапанами, дополнительную камеру, размещенную в компрессионной, и патрубки для подвода и отвода газожидкостной смеси, отличающееся тем, что дополнительная камера выполнена в форме усеченного сверху и снизу цилиндра, открытого сверху, причем ее нижний конец размещен в рабочей камере, при этом патрубок для подвода газожидкостной смеси с всасывающим клапаном установлен над открытым концом дополнительной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3