Принцип действия и конструкции газосепараторов

Мировыми производителями выпускается три типа газо­сепараторов:

1) гравитационные;

2) вихревые;

3) центробежные.

Применение центробежных газосепараторов является са­мым надежным средством защиты ЭЦН от вредного влияния свободного газа. От эффективности их работы во многом зави­сят параметры эксплуатации и наработка на отказ погружного насоса в скважине.

Для отделения газа от жидкости в этих газосепараторах используется плавучесть газовых пузырьков под действием гравитационных или центробежных сил.

Гравитационный газосепаратор имеет наименьший коэф­фициент сепарации, центробежный - наибольший, а вихревой занимает промежуточное положение.

К устройствам предъявляются следующие требования:

1. ликвидация вредного влияния свободного газа, содержа­ние которого больше допускаемого по техническим усло­виям, что и приводит к срыву подачи насоса;

2. обеспечение минимального диаметрального размера устройства, соответствующего диаметральным размерам насоса определенной габаритной группы;

3. обеспечение необходимой подачи жидкости через рабочие органы устройства для обеспечения устойчивой работы насоса;

4. обеспечение прохождения удлиненного за счет примене­ния устройства, погружного агрегата по всей глубине сква­жины, особенно - в наклонно-направленных скважинах. Наиболее часто газосепараторы для ЭЦН выполняются

по центробежной схеме. Газосепараторы 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, был газосепаратор известного российского ученого П. Д. Ляпкова. 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.

Долгое время применялись сепараторы типа 1МНГ5 (рис. 6.15). Газосепаратор 1МНГ5 обеспечивал работу насоса при газосодержании до 50 %. 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.

Рис. 6.15. Газосепаратор типа 1МНГ5

1 - головка; 2 - подшипник; 3 - вал; 4 - сепаратор; 5 - направ­ляющий аппарат; 6 - рабочее колесо; 7 - корпус; 8 - шнек; 9 - основание

Учеными ГАНГ им. И.М. Губкина был предложен новый тип сепарации, на основе которого была разработана конструкция модуля насосного газосепаратора МН-ГСЛ5 (рис. 6.16) 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. Новый сепаратор позволяет стабильно работать насосу до 80% содержания газа.

Газосепаратор типа МН-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: 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, где под действием центробежных сил газ отделяется от жидкости.

Рис. 6.17. Центробежный сепаратор фирмы REDA

Далее жидкость с перифе­рии камеры сепаратора по­ступает по каналам перево­дника на прием насоса, а газ через наклонные отверстия отводится в затрубное про­странство.

Газосепараторы выпу­скают и другие российские производители: ОАО "Бо­рец" и ОАО "Алнас". Пред­лагаются газосепараторы двух типов: модульные и встроенные в нижнюю сек­цию насоса.

Все типы отечественных газосепараторов снабжены защитной гильзой, предо­храняющей корпус газосепа­ратора от гидроабразивного износа. Благодаря этому повышается ресурс работы оборудования, уменьшается вероятность аварии.

Для откачивания из скважин нефтяной продукции, представ­ляющей собой ГЖС, установками погружных центробежных насосов фирма REDА предлагает центробежный (рис. 6.17) газосепаратор для случаев с большим газосодержанием (60%).

По данным фирмы, центробежный газосепаратор удаляет из ГЖС до 90% свободного газа.

Несмотря на широкое применение газосепараторов, необ­ходимо отметить и их недостатки:

1. Возможность блокирования скважины газовыми проб­ками из-за нестабильного поступления газа из скважины, из-за большой обводненности пластовой жидкости, при которой срывное газосодержание примерно пропорционально (1-в), где в - обводненность, или из-за грубой дисперсности газожидкост­ной смеси с остаточным газом, поступающей в первое рабочее колесо насоса, либо из-за воздействия всех этих факторов.

2. Применение газосепаратора может привести к частично­му фонтанированию скважины по затрубному пространству, что, в свою очередь, может привести к его перекрытию из-за отложений парафина и к прекращению функционирования сепаратора.

3. При применении сепаратора практически не использу­ется полезная работа газа при подъеме пластовой жидкости в НКТ, так как большей частью газ направляется в затрубное пространство.

4. Наблюдаются колебания потребляемой насосом с газосе­паратором мощности при откачивании ГЖС. Эти колебания при наличии газовой пробки могут привести к частым остановкам по недогрузке, повторным запускам, что снижает надежность работы всей установки.

5. Как показывает промысловая практика установок ЭЦН с газосепараторами, газосепаратор в силу характерных кон­структивных признаков (вращение откачиваемой жидкости с содержащимися в них мехпримесями на расстоянии достаточ­ной протяженности) или в силу недостаточной доработанности конструкции может явиться причиной не только отказа, но и «полета» установки.