Существующие конструкции и принцип действия газосепараторов и диспергаторов

Российскими производителями выпускаются га­зосепараторы в соответст­вии со следующими нормативными документами:

ТУ 26-06-1416-84. Модули насосные — газосепараторы МНГ и МНГК.

ТУ 313-019-92. Модули насосные — газосепараторы Ляпкова МН ГСЛ.

ТУ 3381-003-00217780-98. Модули насосные — газосепарато­ры МНГБ5.

По принципиальной схеме эти газосепараторы являются цен­тробежными. Они представляют собой отдельные насосные мо­дули, монтируемые перед па­ке­том ступеней нижней секции на­соса посредством фланцевых соединений. Ва­лы секций или мо­дулей соединяются шлицевыми муфтами.

Одним из первых устройств, запатентованных в нашей стране (заявка на авторское свидетельство от 1 октября 1954 г.), был газосепаратор П.Д. Ляпкова — известного российского ученого. Принцип действия данного газосепаратора заключается в том, что ротор, вращаясь с валом насоса, создает интенсивное вра­ща­тельное движение смеси в сепараторе, благодаря чему происхо­дит раз­де­ле­ние смеси на жидкость и газ. Газ под действием воз­никающего при вращении смеси градиента давления выжимается из вращающегося кольца смеси в сто­ро­ну наименьшего давле­ния, т.е. к центру, а жидкость под действием цент­робеж­ных сил отбрасывается к периферии внутренней камеры газосепаратора.

Более 10 лет назад запущен в серийное производство отече­ственный се­па­ра­тор 1МНГ5 к ЭЦН 5 группы. Они успешно ра­ботали в широком диапазоне изме­нения условий эксплуатации. Однако сепаратор имел сложную конст­рук­цию, большую массу, был подвержен абразивному износу и обрыву по корпусу сепа­ратора. Кроме того, в условиях высоких газосодержаний на многих режи­мах наблюдалось существенное влияние газа на работу ЭЦН, оборудованных 1МНГ5.

Поэтому возникла необходимость создания нового типа се­паратора. Уче­ны­ми ГАНГ им. И. М. Губкина был предложен новый тип сепарации, на основе которого специалисты АО «Ле­бедянский машиностроительный завод» разра­бо­та­ли конструк­цию модуля насосного газосепаратора МН-ГСЛ5 (рис. 1.88) к пог­ружным насосам группы 5. Масса нового сепаратора оказа­лась примерно в 2 раза меньше, чем у 1МНГ5, в частности, — за счет упрощения конструкции. Кро­ме того, в МН-ГСЛ5 предус­мотрена защита внутренней поверхности кор­пу­са от абразивно­го износа воздействия. Новый газосепаратор позволяет стабиль­но работать насосу до 80 % содержания газа. С целью сравнения сепараторов по эффективности газоотделения были проведены специальные стендовые испы­тания [3].

Рис. 1.88. Газосепаратор типа МН(К)-ГСЛ

Газосепаратор типа МН(К)-ГСЛ состоит из трубного корпуса 1 с головкой 2, основания 3 с приемной сеткой и вала 4 с распо­ложенными на нем рабочими органами. В головке выполнены две группы перекрестных каналов 5, 6 для газа и жидкости и установлена втулка радиального подшипника 7. В основании раз­мещены закрытая сеткой полость с каналами 8 для приема газожидкостной сме­си, подпятник 9 и втулка 10 радиального подшипника. На валу размещены пята 11, шнек 12, осевое рабо­чее колесо 13 с суперкавитирующим профилем лопас­тей, сепа­раторы 14 и втулки радиальных подшипников 15. В корпусе раз­меще­ны направляющая решетка и гильзы.

Газосепаратор работает следующим образом: газожидкостная смесь (ГЖС) попадает через сетку и отверстия входного модуля на шнек и далее к рабочим органам газосепаратора. За счет при­обретенного напора ГЖС поступает во вра­щаю­щуюся камеру сепаратора, снабженную радиальными ребрами, где под дейст­вием центробежных сил газ отделяется от жидкости. Далее жидкость с пе­ри­ферии камеры сепаратора поступает по каналам перевод­ника на прием на­со­са, а газ через наклонные отверстия отводит­ся в затрубное пространство.

Характеристика газосепаратора типа МН(К)-ГСЛ представ­лена на рис. 1.89 [3].

ОАО «Борец» предлагает газосепараторы двух типов:

— модульные(модели МНГБ5, МНГБ5А, 1 МНГБ5, 1 МНГБ52);

— встроенные в нижнюю секцию насоса.

Газосепараторы ОАО «Борец» имеют головку оригиналь­ной конструкции, ко­торая разделяет потоки газа и жидкости и повышает эффективность работы га­зосепаратора. Все типы газосепараторов снабжены защитной гильзой, пре­дох­раняю­щей корпус газосепаратора от гидроабразивного износа. Бла­годаря это­му повышается ресурс работы оборудования, уменьшается вероятность ава­рий. Газосепараторы 1 МНГБ5 и 1 МНГБ52 не имеют осевой опоры вала, что упро­щает их кон­струкцию и снижает стоимость ЗИП. Модель 1 МНГБ52 пред­наз­начена для использования на скважинах с повышенным газовым фактором. Га­зосепаратор имеет сдвоенную конструк­цию, что позволяет уменьшить об­щую длину насосной уста­новки по сравнению с установкой, укомплектованной двумя газосепараторами.

Рис. 1.89. Характеристика модулей насосных газосепараторов Ляпкова МН-ГСЛ5 (МНК-ГСЛ5) на воде плотностью ρ =1000 кг/м³ при частоте вращения 3000 оборотов в минуту

Осевые опоры валов моделей МНГБ5 и МНГБ5А могут быть выполнены из следующих материалов: «бельтинг — сталь» — для обычных условий эксплуа­тации; «керамика — керамика» — для осложненных условий эксплуа­тации.

Расширенная номенклатура газосепараторов позволяет подо­брать наиболее эффективный из них в зависимости от условий эксплуатации.

Модули насосные — диспергаторы МНДБ5 (производства ОАО«Борец») пред­назначены для измельчения газовых включений в пластовой жидкости, под­готовки однородной газожидкостной смеси и подачи ее на вход насоса. Дис­пергаторы МНДБ5 уста­навливаются на входе насоса вместо входного модуля. Макси­мальное допустимое содержание свободного газа на входе в диспергатор при максимальной подаче — 55 % по объему. При про­хождении потока газо­жид­костной смеси через диспергатор повышается ее однородность и степень измель­ченности газовых включений, благодаря чему улучшается работа цент­ро­беж­ного насоса:

уменьшается его вибрация и пульсация потока в насосно-компрессорных тру­бах, обеспечивается работа с заданным КПД. За насосом в насосно-комп­рес­сорной трубе из перекачиваемой жидкости выделяется свободный газ, который, расширяясь, со­вершает дополнительную работу по подъему жидкости из сква­жи­ны. В целом, применение диспергатора способствует улучше­нию условий ра­боты насоса, повышению стабильности его ха­рактеристик и увеличению эко­но­мичности всей установки по­гружного центробежного насоса.

Условия эксплуатации

В месте подвески насоса в сборе с диспергатором, протекто­ром, электрод­ви­гателем и компенсатором кривизна ствола сква­жины не более 3° на 10 м и угол отклонения скважины от верти­кали не более 40°.

Кроме указанных выше, ОАО«Борец» выпускает модули газосепараторы-диспергаторы МНГДБ5, предназначеные для сни­жения содержания газа в плас­то­вом жидкости и ее преобразова­ния в однородную газожидкостную смесь пе­ред подачей в насос. Газосепаратор-диспергатор МНГДБ5 устанавливается на входе насоса вместо входного модуля. Максимальное допустимое со­держание свободного газа на входе в газосепарапор-диспергатор при максимальной по­да­че — 68 % по объему [7].

Газосепаратор-диспергатор разделяет пластовую жидкость на две фазы: жид­костную и газовую. Газ удаляется в затрубъе, а пластовая жидкость преоб­ра­зуется в однородную газожидкост­ную смесь и полается на вход насоса.