[go: up one dir, main page]

RU2354821C1 - Device for separation of solid particles and gas in submerged electric centrifugal pump - Google Patents

Device for separation of solid particles and gas in submerged electric centrifugal pump Download PDF

Info

Publication number
RU2354821C1
RU2354821C1 RU2007131180/03A RU2007131180A RU2354821C1 RU 2354821 C1 RU2354821 C1 RU 2354821C1 RU 2007131180/03 A RU2007131180/03 A RU 2007131180/03A RU 2007131180 A RU2007131180 A RU 2007131180A RU 2354821 C1 RU2354821 C1 RU 2354821C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solid particles
gas
separator
channel
liquid
Prior art date
Application number
RU2007131180/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007131180A (en
Inventor
Валерий Викторович Нужных (RU)
Валерий Викторович Нужных
Аленик Григорьевич Газаров (RU)
Аленик Григорьевич Газаров
Игорь Дмитриевич Ельцов (RU)
Игорь Дмитриевич Ельцов
Азамат Равильевич Буранчин (RU)
Азамат Равильевич Буранчин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Когалымский научно-исследовательский и проектный институт нефти (ООО "КогалымНИПИнефть")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Когалымский научно-исследовательский и проектный институт нефти (ООО "КогалымНИПИнефть") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Когалымский научно-исследовательский и проектный институт нефти (ООО "КогалымНИПИнефть")
Priority to RU2007131180/03A priority Critical patent/RU2354821C1/en
Publication of RU2007131180A publication Critical patent/RU2007131180A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2354821C1 publication Critical patent/RU2354821C1/en

Links

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention is related to oil machine building and may be used in submerged electric centrifugal pumps that pump gas-liquid mixtures with high content of solid particles from wells. Device comprises body, shaft, receiving base with channels and mesh for passage of well liquid, separator, channel for gas discharge, channel for discharge of separated liquid, channel for discharge of solid particles connected to container. Inside separator there is axial wheel installed, which is arranged with upper annular disc with internal channel for gas discharge. Ends of wheel blades and internal part of separator are arranged as cone-shaped. Above disc on shaft there is baffle installed, which is arranged in the form of cruciform radial blades, and fixed protective grid, above which compressing wheel is located. Suggested design will make it possible during pump operation to separate gas-liquid mixture with solid particles after supply to device in three flows: gas, liquid and solid particles with their direction along their motion channels due to effect of centrifugal forces.
EFFECT: increased efficiency of pumps operation in crooked wells having viscous, highly carbonated liquid and high content of solid particles.
1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных электроцентробежных насосах, перекачивающих из скважин газожидкостные смеси с высоким содержанием твердых частиц.The invention relates to petroleum engineering and can be used in submersible electric centrifugal pumps that pump gas-liquid mixtures with a high solids content from wells.

Известно устройство для сепарации твердых частиц и газа погружного электронасоса, состоящее из коническо-цилиндрического гидроциклона с тангенциальными отверстиями для подвода скважинной жидкости и эжектора, установленного на напорной линии. Камера сбора мехпримесей гидроциклона и эжектор выполнены совместно в одном объеме по ходу движения жидкости, а трубопровод для подвода очищенной жидкости к насосу проложен вдоль корпуса насоса рядом с кабелем питания (патент РФ № 2186252, опуб. 2002 г.). Это устройство прекратит работать в случае заполнения камеры сбора крупными твердыми частицами по диаметру несоизмеримыми с диаметром каналов камеры смешивания и диффузора. Диаметр сечения трубопровода ограничен толщиной кабеля, что повышает гидравлические потери в нем и снижает кпд насоса, особенно при перекачке высоковязких нефтей и высоких дебитах скважины, увеличивает условный диаметр насоса и установки в целом, что ведет к невозможности размещения в скважине без изгиба. При спуско-подъемных операциях насосной установки не гарантировано получение вмятин или разгерметизации трубопровода. Набор функциональных возможностей ограничивает использование малоэффективного создания процесса центробежной сепарации мехпримесей и газа за счет тангенциального исполнения крупных отверстий, особенно при низких расходах поступающей жидкости.A device for the separation of solid particles and gas of a submersible electric pump, consisting of a conical-cylindrical hydrocyclone with tangential openings for supplying well fluid and an ejector mounted on a pressure line. The hydrocyclone solids collection chamber and the ejector are made together in the same volume along the fluid path, and the pipeline for supplying the purified fluid to the pump is laid along the pump casing next to the power cable (RF patent No. 2186252, publ. 2002). This device will stop working if the collection chamber is filled with large solid particles with a diameter incommensurable with the diameter of the channels of the mixing chamber and the diffuser. The diameter of the cross-section of the pipeline is limited by the thickness of the cable, which increases hydraulic losses in it and reduces the efficiency of the pump, especially when pumping high-viscosity oils and high flow rates of the well, increases the conditional diameter of the pump and installation as a whole, which makes it impossible to place in the well without bending. During hoisting operations of the pumping unit, dents or depressurization of the pipeline are not guaranteed. A set of functionality limits the use of inefficient creation of a process of centrifugal separation of solids and gas due to the tangential execution of large holes, especially at low flow rates of the incoming fluid.

Известна погружная насосная установка для добычи нефти, содержащая спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник (патент № 2278959, опуб. 27.06.2006 г.). Центробежный сепаратор расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи с вала электродвигателя на вал центробежного сепаратора, при этом ротор сепаратора окружен неподвижной винтовой решеткой с нарезкой лопаток противоположной движению потока жидкости и направлению вращения ротора сепаратора. Также электродвигатель содержит кожух, гидравлически связывающим прием насоса и полость центробежного сепаратора.Known submersible pumping unit for oil production, containing a lowered pump with a submersible electric motor, a centrifugal separator of solid particles and a sump (patent No. 2278959, publ. June 27, 2006). The centrifugal separator is located below the submersible motor with the possibility of transmission from the motor shaft to the shaft of the centrifugal separator, while the separator rotor is surrounded by a fixed helical grill with slicing blades opposite to the movement of the fluid flow and the direction of rotation of the separator rotor. The electric motor also contains a casing hydraulically connecting the pump intake and the cavity of the centrifugal separator.

К недостаткам устройства относятся:The disadvantages of the device include:

- винтовая решетка сепаратора создает встречный поток движению жидкости через сепаратор к приему насоса и при определенной вязкости добываемой смеси сепаратор может блокироваться встречными потоками, т.е. добываемая смесь пойдет к насосу, минуя сепаратор;- the separator screw grill creates an oncoming flow to the fluid moving through the separator to the pump intake and at a certain viscosity of the produced mixture, the separator can be blocked by oncoming flows, i.e. the produced mixture will go to the pump, bypassing the separator;

- в случае наличия кожуха, диаметр которого будет существенно превышать диаметр электродвигателя, то это приведет к увеличению условного диаметра установки электроцентробежной насосной (УЭЦН).- in the case of a casing, the diameter of which will significantly exceed the diameter of the electric motor, this will lead to an increase in the nominal diameter of the electric centrifugal pump installation (ESP).

В целом, всякое увеличение диаметров электроцентробежного насоса (ЭЦН), погружного электродвигателя (ПЭД) или любых других компонентов (УЭЦН), например газосепараторов, противополетных муфт и др. существенно повышает требования к размещению УЭЦН в скважине без изгиба. Усложняются возможности спуско-подъемных операций из-за увеличения условного диаметра УЭЦН.In general, any increase in the diameters of the electric centrifugal pump (ESP), submersible electric motor (SEM), or any other components (ESP), for example gas separators, overflow couplings, etc. significantly increases the requirements for placing the ESP in the well without bending. Complicated opportunities for tripping due to an increase in the nominal diameter of the ESP.

Устройство имеет ограниченные возможности по надежности эксплуатации УЭЦН в наклонно-направленных скважинах при существующих повышенных вязкостях и газосодержаниях добываемых газонефтяных смесей.The device has limited capabilities for the reliability of the operation of the ESP in directional wells with the existing increased viscosities and gas contents of the extracted gas-oil mixtures.

Наиболее близким техническим решением является газосепаратор для ЭЦН типа МН(К)-ГСЛ, который состоит из трубного корпуса с головкой, основания с приемной сеткой и вала с расположенными на нем деталями. В головке выполнены два перекрестных канала для газа и жидкости. В основании размещены закрытая сеткой полость с каналами для приема газожидкостной смеси с твердыми частицами. На валу размещены пята, шнек, осевое рабочее колесо, сепаратор. В корпусе размещены направляющая решетка и гильзы (Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти: Международный транслятор. /Под ред. В.Ю.Алекперова, В.Я.Керженбаума, «Нефть и газ», 1999 г. - 611; ил., см. стр.293-299 - прототип.The closest technical solution is a gas separator for an ESP type MN (K) -GSL, which consists of a tube body with a head, a base with a receiving grid and a shaft with parts located on it. Two cross channels for gas and liquid are made in the head. At the base there is a cavity closed with a mesh with channels for receiving a gas-liquid mixture with solid particles. Heel, auger, axial impeller, separator are placed on the shaft. The guide grill and sleeves are placed in the casing (Installations of submersible centrifugal pumps for oil production: International translator. / Under the editorship of V.Yu. Alekperov, V.Ya. Kerzhenbaum, Oil and Gas, 1999 - 611; ill., see p. 293-299 - prototype.

Однако недостатком этого устройства является снижение надежности работы при перекачке газожидкостных смесей с повышенным содержанием твердых частиц, что на практике приводит к засорению и преждевременному абразивному износу деталей газосепаратора.However, the disadvantage of this device is the decrease in reliability when pumping gas-liquid mixtures with a high content of solid particles, which in practice leads to clogging and premature abrasive wear of the gas separator parts.

Целью изобретения является повышение эффективности работы УЭЦН в искривленных скважинах, имеющих вязкую высокогазированную жидкость и высокое содержание твердых частиц.The aim of the invention is to increase the efficiency of the ESP in deviated wells having a viscous highly carbonated liquid and a high solids content.

Цель достигается тем, что устройство для сепарации твердых частиц и газа погружного электроцентробежного насоса, размещенное под насосом, содержит корпус, вал, приемное основание с каналами и сеткой для прохода скважинной жидкости, сепаратор, канал для отвода газа, канал для отвода отсепарированной жидкости, канал для отвода твердых частиц, соединенный с контейнером, внутри сепаратора размещено осевое колесо, выполненное с верхним кольцевым диском с внутренним каналом отвода газа, концы лопаток колеса и внутренняя часть сепаратора выполнены конусообразными, над диском на валу размещен отбойник, выполненный в виде крестообразных радиальных лопаток и неподвижная защитная решетка, выше которой размещено компремирующее колесо.The goal is achieved in that the device for separating solid particles and gas of an electric submersible centrifugal pump, located under the pump, contains a housing, a shaft, a receiving base with channels and a grid for the passage of well fluid, a separator, a channel for exhausting gas, a channel for removing the separated fluid, a channel for removal of solid particles, connected to the container, an axial wheel is placed inside the separator, made with an upper annular disk with an internal gas exhaust channel, the ends of the wheel blades and the inner part of the separator Nena tapered over drive shaft disposed bump configured as a cruciform radial blades and stationary protective screen above which is compressed taken wheel.

Предлагаемая конструкция позволит при работе насоса получить разделение газожидкостной смеси с твердыми частицами при поступлении в устройство на три потока: газ, жидкость и твердые частицы с направлением их по своим каналам движения вследствие действия центробежных сил. Отвод твердых частиц в контейнер снижает возможность засорения и абразивного износа устройства и ЭЦН, а газа за пределы устройства, что повышает надежность их работы. При этом диаметральные габариты устройства не превышают диаметра ЭЦН.The proposed design will allow the pump to obtain the separation of the gas-liquid mixture with solid particles upon entering the device into three streams: gas, liquid and solid particles with their direction through their channels of motion due to the action of centrifugal forces. The removal of solid particles into the container reduces the possibility of clogging and abrasive wear of the device and ESP, and gas outside the device, which increases the reliability of their work. In this case, the diametrical dimensions of the device do not exceed the diameter of the ESP.

На чертеже схематически изображено заявляемое устройство.The drawing schematically shows the inventive device.

Устройство для сепарации твердых частиц и газа погружного электроцентробежного насоса размещено под нижней частью насоса и включает трубный корпус 1 с расположенным в нем сепаратором 2 и направляющей решеткой 3, вал 4 с установленным на нем осевым колесом 5, размещенным внутри сепаратора 2. Колесо 5 выполнено с верхним кольцевым диском 6 с внутренним каналом для прохода газа вдоль вала 4. Концы лопаток колеса 5 и внутренняя часть сепаратора 2 выполнены конусообразными для обеспечения отвода твердых частиц по каналу 7 в контейнер 8, размещенный под приемным основанием 9 с сеткой. Над диском 6 на валу 4 размещен отбойник 10, выполненный в виде крестообразных радиальных лопаток, и неподвижная защитная решетка 11. По концам устройства размещены верхняя головка 12 и нижняя головка 13, служащие для соединения с ЭЦН и гидрозащитой. В верхней головке выполнены канал 14 для прохода жидкости в ЭЦН и канал 15 для отвода газа за пределы устройства. Выше решетки 11 на валу 4 размещено компремирующее колесо 16, способствующее отводу газа.A device for separating solid particles and gas from a submersible electric centrifugal pump is located under the lower part of the pump and includes a pipe housing 1 with a separator 2 and a guiding grid 3 located therein, a shaft 4 with an axial wheel 5 mounted on it and placed inside the separator 2. Wheel 5 is made with the upper annular disk 6 with an internal channel for the passage of gas along the shaft 4. The ends of the blades of the wheel 5 and the inner part of the separator 2 are conical to ensure the removal of solid particles through the channel 7 into the container 8, placed od receiving base 9 with the grid. Above the disk 6 on the shaft 4 there is a chipper 10 made in the form of crosswise radial blades, and a fixed protective grill 11. At the ends of the device are placed the upper head 12 and lower head 13, which are used to connect to the ESP and hydraulic protection. In the upper head, a channel 14 is made for the passage of liquid into the ESP and a channel 15 for the removal of gas outside the device. Above the grate 11, a compression wheel 16 is placed on the shaft 4, which facilitates the removal of gas.

Устройство работает следующим образом. При работе насоса газожидкостная смесь с твердыми частицами из скважины поступает по каналам приемного основания 9 в сепаратор 2, где под действием центробежных сил, создаваемых осевым колесом 5, происходит распределение смеси по плотности. Самые тяжелые компоненты смеси: твердые частицы и жидкость отбрасываются на периферию к стенке сепаратора 2. При этом твердые частицы при ударе о стенку сепаратора 2 под углом отскакивают вниз и, попадая в направляющую решетку 3, теряют окружную скорость и оседают по каналу 7 в контейнер 8. Объем контейнера варьируется в зависимости от ожидаемой концентрации твердых частиц в добываемой смеси. Жидкость за счет работы насоса по каналу 14 поступает в насос. При определенных условиях жидкость может увлечь с собой отдельные твердые частицы. В этом случае эти частицы задерживаются защитной сеткой 11, а отбойник 10 своими лопатками очищает от частиц защитную решетку 11 и отбрасывает частицы в сепаратор 2. Газ как самый легкий компонент собирается в центре осевого колеса 5 и за счет центробежных сил отводится через кольцевой канал вдоль вала 4 к компремирующему колесу 16, которое способствует движению газа в канал 15 и за пределы устройства, в затрубное пространство.The device operates as follows. When the pump is operating, the gas-liquid mixture with solid particles from the well enters through the channels of the receiving base 9 into the separator 2, where, under the action of centrifugal forces created by the axial wheel 5, the mixture is distributed in density. The heaviest components of the mixture: solid particles and liquid are thrown to the periphery to the wall of the separator 2. At the same time, solid particles bounce down at an angle against the wall of the separator 2 and, falling into the guide grid 3, lose peripheral speed and settle along channel 7 into the container 8 The volume of the container varies depending on the expected concentration of solid particles in the produced mixture. The liquid due to the operation of the pump through channel 14 enters the pump. Under certain conditions, liquid can carry away individual solid particles. In this case, these particles are retained by the protective mesh 11, and the fender 10 removes particles from the protective grill 11 with its vanes and throws the particles into the separator 2. Gas, as the lightest component, is collected in the center of the axial wheel 5 and is removed through centrifugal forces through the annular channel along the shaft 4 to the compression wheel 16, which facilitates the movement of gas into the channel 15 and beyond the device, into the annulus.

Внедрение устройства позволит существенно повысить наработку до отказа УЭЦН в сравнении с существующей при откачке газожидкостной среды с твердыми частицами.The introduction of the device will significantly increase the operating time to failure of the ESP in comparison with the existing solid-particle gas-liquid medium during pumping.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ № 2186252, опубл. 2002 г.1. RF patent No. 2186252, publ. 2002 year

2. Патент РФ № 2278959, опубл. 27.06.2006 г.2. RF patent No. 2278959, publ. 06/27/2006

3. Международный транслятор./Под ред. В.Ю.Алекперова, В.Я.Керженбаума, «Нефть и газ», 1999 г. - 611; ил., стр.293-299 - прототип.3. International translator. / Ed. V.Yu. Alekperova, V.Ya. Kerzhenbaum, “Oil and Gas”, 1999 - 611; ill., pp. 293-299 - prototype.

Claims (1)

Устройство для сепарации твердых частиц и газа погружного электроцентробежного насоса, размещенное под насосом, содержащее корпус, вал, приемное основание с каналами и сеткой для прохода скважинной жидкости, сепаратор, канал для отвода газа, канал для отвода отсепарированной жидкости, канал для отвода твердых частиц, соединенный с контейнером, отличающееся тем, что внутри сепаратора размещено осевое колесо, выполненное с верхним кольцевым диском с внутренним каналом отвода газа, концы лопаток колеса и внутренняя часть сепаратора выполнены конусообразными, над диском на валу размещен отбойник, выполненный в виде крестообразных радиальных лопаток, и неподвижная защитная решетка, выше которой размещено компримирующее колесо. A device for separating solid particles and gas of a submersible electric centrifugal pump, located under the pump, comprising a housing, a shaft, a receiving base with channels and a grid for the passage of well fluid, a separator, a channel for removing gas, a channel for removing the separated liquid, a channel for removing solid particles, connected to the container, characterized in that an axial wheel is arranged inside the separator, made with an upper annular disk with an internal gas exhaust channel, the ends of the wheel blades and the inner part of the separator They are cone-shaped, a chipper made in the form of cross-shaped radial blades, and a fixed protective grill, above which a compression wheel is placed, are placed above the disk on the shaft.
RU2007131180/03A 2007-08-15 2007-08-15 Device for separation of solid particles and gas in submerged electric centrifugal pump RU2354821C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007131180/03A RU2354821C1 (en) 2007-08-15 2007-08-15 Device for separation of solid particles and gas in submerged electric centrifugal pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007131180/03A RU2354821C1 (en) 2007-08-15 2007-08-15 Device for separation of solid particles and gas in submerged electric centrifugal pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007131180A RU2007131180A (en) 2009-02-20
RU2354821C1 true RU2354821C1 (en) 2009-05-10

Family

ID=40531469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007131180/03A RU2354821C1 (en) 2007-08-15 2007-08-15 Device for separation of solid particles and gas in submerged electric centrifugal pump

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2354821C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526068C1 (en) * 2013-03-27 2014-08-20 Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" Downhole separator of mechanical impurities

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Международный транслятор. - М.: Нефть и газ, 1999, с.293-299. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526068C1 (en) * 2013-03-27 2014-08-20 Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" Downhole separator of mechanical impurities

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007131180A (en) 2009-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105308259B (en) Wear-resisting gas separator
CA2639428C (en) Gas separator within esp shroud
US7445429B2 (en) Crossover two-phase flow pump
CN110088424B (en) Wellbore debris handler for electric submersible pump
CA2709090A1 (en) Electrical submersible pump and gas compressor
EP2439412B1 (en) Liquid ring compressors for subsea compression of wet gases
RU2620667C1 (en) Method of application of electrical centrifugal pump with multiphase pump and packer
RU2442023C1 (en) Fluid pumping-out methods by using electric-centrifugal pump equipment and electric-centrifugal pump gas seperator equipment
CN210264663U (en) Rotary spiral type gas anchor
EP1499791A2 (en) Sand and particle separator for fluid pumping systems
RU2354821C1 (en) Device for separation of solid particles and gas in submerged electric centrifugal pump
CN112642248A (en) Efficient shale gas desanding device, desanding system and desanding method
RU2503808C2 (en) Gas separator of down-hole submerged pump
CN110080742B (en) Rotary spiral air anchor
RU2523943C1 (en) Gas-separator-dispersant of downhole pump for oil production
RU2232301C1 (en) Submersible pumping unit
RU2374497C1 (en) Submerged pump unit to pump out gas-fluid mixes
CN106194776B (en) A kind of deep well pump of band from sand discharge structure
RU2587204C1 (en) Submersible mechanical impurity separator
RU186850U1 (en) GAS SEPARATOR
RU2559277C1 (en) Mechanical impurities separator for fluid
RU2827420C1 (en) Method of producing formation fluid with high content of gas and abrasive particles and submersible installation with multi-vortex gas separator for its implementation
RU2526068C1 (en) Downhole separator of mechanical impurities
RU2810912C1 (en) Method of operation of installing a vane pump with a downhole separator of mechanical impurities and a gas phase enlarger (options) and submersible installation of a vane pump for its implementation (options)
RU2241858C1 (en) Submersible pumping system

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20111128

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160816