Скважинный газосепаратор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >987080 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 31.07.81 (21) 3325524/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.01.83. Бюллетень № 1

Дата опубликования описания 17.01.83 (51) М. Кл.

Е 21 В 43/34

Гееудерственнмй квинтет

СССР (53) УДК 622.276..53 (088.8) не денем нэобретеннй н еткрмтнй с

А. П. Петросов, В. В. Сазонов и В. Ф. Троицкий

) (72) Авторы изобретения

Казахский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленностй . (71) Заявитель (54) СКВАЖИННЫЙ ГАЗОСЕПАРАТОР

Изобретение относится к добыче нефти скважинными насосами и предназначено для откачки газожидкостной смеси.

Известен газовый якорь, содержащий корпус, шнек и газоотводную трубку. В этом якоре для завихрения потока применяется шнек, у которого диаметр сечения в верхней части, входящей в газоот водную трубку, меньше диаметра шнека, располагающегося в корпусе (1) .

Однако конструктивное выполнение корпуса, имеющего одинаковый диаметр по всей длине и ступенчатый диаметр шнека, снижает сепарационную способность якоря изза проскальзывания большого количества пузырьков газа в кольцевое пространство между корпусом и газоотводной трубкой.

Наиболее близким к изобретению является скважинный газосепаратор, содержащий всасывающий коллектор с верхней и нижней ступенями, в - верхней из которых установлена газоотводная трубка, а в нижней — завихритель потока, газозащитную камеру и сепарационную камеру с газовыпускным клапаном (2).

Недостатком указанного газосепаратора является то, что газоотводная трубка расположена внутри корпуса и является одновременно камерой для сепарации газа.

При таком конструктивном решении во время хода плунжера вверх, когда газовыпускной клапан закрыт, часть пузырьков газа вместе с жидкостью проскальзывает в кольцевое пространство между корпусом и газоотводной трубкой. Кроме того. элемент якоря — завихритель-шнек, не создает необходимой центробежной силы для сепарации газа, вследствие чего значительная часть пузырьков газа проскальзывает в зазор между верхней ступенью корпуса и газоотводной трубкой. Причем якорь характеризуется незащищенностью входных отверстий от попадания в нижнюю ступень корпуса вместе с жидкостью крупных включений газа, приводящих к периодическим срывам подачи насоса.

Цель изобретения — повышение сепар. ционной способности скважинного газосепаратора путем исключения проскальзывания газа к приему насоса.

Указанная цель достигается тем, что в скважинном газосепараторе, содержащем всасывающий коллектор с верхней и ниж987080 ней ступенями, в верхней из которых установлена газоотводная трубка, а в нижней— завихритель потока, газозащитную камеру и сепарационную с газовыпускным клапаном, верхняя ступень коллектора размещена в сепарационной камере и сообщена с нижней частью ее.

Кроме того, высота газоотводной трубки и высота сепарационной камеры определяются по формулам

3D

Н = 7D, где D — диаметр сепарационной камеры, м.

Причем нижняя часть сепарационной камеры сообщена с верхней ступенью коллектора при помощи отверстий.

При этом диаметр каждого из двух от- 15 верстий, сообщающих всасывающий коллектор с сепарационной камерой, определяется по формуле

d = 0,005 Н, где Н вЂ” высота сепарационной камеры, м.

Кроме того, завихритель потока выполнен в виде турбинки.

Нижняя ступень всасывающего коллектора размещена в газоотводной камере.

На фиг. 1 изображена схема скважинного газосепаратора при ходе плунжера глубин- 25 ного насоса вверх; на фиг. 2 — то же, вниз; на фиг. 3 — сечение А — А на фиг. 1.

На схеме сплошными стрелками показан ток жидкости, пунктирными — газа.

Скважинный газосепаратор состоит из верхней ступени всасывающего коллектора 1 с отверстиями 2, газоотводной трубки 3, сепарационной камеры 4, нижней ступени всасывающего коллектора 5, завихрителя потока турбинки 6, газозащитной камеры 7 с отверстиями 8, газовыпускного клапана 9.

Сепарационная и газозащитная камеры образуют единый корпус якоря, в котором размещается всасывающий коллектор таким образом, чтобы верхняя его ступень распо- 4р лагалась в сепарационной камере 4, а нижняя ступень 5 в газозащитной камере 7.

Скважинный газосепаратор работает следующим образом.

При ходе плунжера вверх (см. фиг. 1) в нижнюю ступень всасывающего коллекто- 4> ра 5 через отверстия 8 газозащитной камеры

7 засасывается газожидкостная смесь, содержащая мелкие пызурьки газа. Крупные пузыри газа отделяются при повороте струи на 180 у входе в газозащитную камеру 7 и уходят в затрубное пространство.

Жидкость с неотсепарированными пузырьками газа поступает в нижнюю ступень всасывающего коллектора 5, проходит через завихритель потока турбинку 6, пройдя которую пузырьки закручиваются в «газовый у шнур» по оси якоря и попадают в газоотводную трубку 3. В «газовом шнуре» значительная часть мелких пузырьков объединяются в крупные, которые при выходе в сепарационную камеру 4 всплывают в ее верхнюю часть.

Жидкость, отбрасываемая завихрителем потока к стенкам всасывающего коллектора, попадает в кольцевое пространство между верхней ступенью всасывающего коллектора 1 и газоотводной трубкой 3 и далее поступает в прием насоса. К этому потоку добавляется 10 — 15О/р жидкости, одновременно всасываемой через отверстия 2 из сепарационной камеры 4.

При всасывающем входе насоса давление в сепарационной камере 4 под клапаном 9 всегда меньше, чем давление над клапаном, поэтому последний закрыт.

С началом хода вниз (см. фиг. 2) давление в сепарационной камере 4 под клапаном начинает расти в связи с продолжающимся накоплением в ее верхней части пузырьков газа. Как только это давление превысит давление под клапаном 9, последний открывается и происходит выброс газовой подушки в затрубное пространство.

При выбросе газовой подушки уровень жидкости в сепарационной камере 4 поднимается и вызывает приток газожидкостной смеси в сепаратор, за счет чего поддерживается постоянный «газовый шнур» над завихрителем потока.

Пропускная способность отверстий 2 рассчитывается на расход жидкости, при котором количество увлекаемых с потоком жидкости мелких пузнрьков, выходящих из газоотводной трубки 3 и не объединившихся в «газовом шнуре», было бы минимальным.

Визуальные наблюдения при лабораторных исследованиях показали, что когда закрыты отверстия 2, наблюдается проскальзывание газа в кольцевой зазор между верхней ступенью всасывающего коллектора и газоотводной трубкой 3 из-за отсутствия движения жидкости в газоотводной трубке.

При открытых отверстиях 2 создается ток жидкости в газоотводной трубке 3 и сепаационной камере 4, что исключает проскальывание газа в указанный зазор. При увеличении диаметра и количества отверстий 2 интенсивность потока увеличивается и вместе с жидкостью из сепарационной камеры 4 начинает засасываться в прием через отверстия 2 большее количество мелких пузырьков газа, не объединившихся в «газовом шнуре».

Кроме того, установлено также, что наилучшее газоотделение в сепарационной камере 4 происходит при расходе жидкости через отверстия 2, не превышающем 10—

15О/р от общего расхода жидкости, всасываемой насосом.

Расстояние от выхода газоотводной трубки до отверстия 2 рассчитывается по формуле с учетом доли расхода жидкости через отверстия 2 (0,1 — 0,15) Q® и составляет не более 3D.

987080

1О!

2О

30

Формула изобретения

Согласно лабораторным исследованиям для лучшей устойчивости «газового шнура» высоту газоотводной трубки следует принять }1 = 3D. Тогда, учитывая расстояние выхода газоотводной трубки до верха сепарационной камеры принятое равным 4D, следует принять высоту сепарационной камеры Н = 7D.

Лабораторные исследования показали, что если принять соотношение d = 0,005Н для указанных расходов жидкости газоотделение сепаратора изменяется незначительно. Поэтому при конструировании якоря принято соотношение d = 0,005Н.

Для получения устойчивого не размываемого «газового шнура» в качестве завихрителя потока применяется лопастная конструкция турбинки, простая в изготовлении.

При этом установлено, что «газовый шнур», образованный шнеком, недостаточно устойчив даже при расходах жидкости 25 — 30 м /

/сут и легко размывается. Напротив, неподвижно укрепленная турбинка образует плотный устойчивый «газовый шнур» при расходах, начиная с 5 м /сут и более.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого изобретения заключается в увеличении добычи нефти за счет повышения коэффициента подачи насоса вследствие увеличения сепарационной способности якоря и расширения его применения.

l. Скважинный газосепаратор, содержащий всасывающий коллектор с верхней и нижней ступенями, в верхней из которых установлена газоотводная трубка, а в нижней — завихритель потока, газозащитную камеру и сепарационную с газовыпускным клапаном, отличающийся тем, что, с целью повышения сепарационной способности его за счет исключения проскальзывания газа к приему насоса, верхняя ступень коллектора размещена в сепарационной камере и сообщена с нижней частью ее.

2. Газосепаратор по п. 1, отличающийся тем, что высота газоотводной трубки и высота сепарационной камеры определяются по формулам

h = 3D

Н = 7D, где D — диаметр сепарационной камеры, м.

3. Газосепаратор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нижняя часть сепарационной камеры сообщена с верхней ступенью коллектора при помощи отверстий.

4. Газосепаратор по пп. 1 — 3, отличиющийся тем, что диаметр каждого из двух отверстий, сообщающих всасывающий коллектор с сепарационной камерой, определяется по формуле

0,005Н, где Н вЂ” высота сепарационной камеры, м.

5. Газосепаратор по пп. 1 — 4, отличающийся тем, что завихритель потока выполнен в виде турбинки.

6. Газосепаратор по пп. 1 — 5, отличающийся тем, что нижняя ступень всасывающего коллектора размещена в газоотводной камере.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Хо 226530, кл. F 21 В 43/00, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

Хо 885544, кл. F 21 B 43/34, 1980 (прототип) .

987080

Составитель В. Борискина

Редактор М. Бандура Техред И. Верес, Корректор У. Пономаренко

Заказ 10238/10 ТираЖ 600 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4