Принцип действия и конструкции диспергаторов

Одним из методов борьбы с газом при эксплуатации УЭЦН является применение диспергаторов. Для диспергирования пузырьков газа необходимы высокие градиенты скорости, свойственные вихревому движению. В то же время установлено, что диспергирование происходит постепенно и тонкодисперс­ная структура достигается через значительное число (50-150) ступеней насоса. Повышение эффективности работы УЭЦН путем специальной подготовки высокодисперсной структуры откачиваемой смеси перед поступлением ее в ступени насоса имеет определенные преимущества по сравнению с предвари­тельным отделением газа от жидкости у приема насоса. Эти преимущества следующие: во-первых, отпадает необходимость в отдельном канале для подъема отсепарированного газа; во-вторых, присутствие определенного количества газовой фазы снижает потери давления в насосных трубах и способствует повышению напора ЭЦН; в-третьих, снижаются затраты энер­гии на подъем жидкости вследствие усиления газлифтного эффекта в НКТ.

Диспергатор должен отвечать следующим требованиям:

• создавать высокие градиенты скорости;

• обеспечивать диспергирующий эффект значительно выше, чем у отдельной ступени, но не выше, чем у многоступенчатого насоса в целом;

• не допускать больших гидравлических потерь давления;

• иметь механический принцип действия и приводиться в движение валом.

Этим требованиям отвечает конструкция диспергатора, состоящего из нескольких реконструированных ступеней на­соса, в рабочих колесах и направляющих аппаратах которого просверлены сквозные отверстия, чем достигается нарушение условия безударного перехода смеси от рабочих колес к на­правляющим аппаратам. Диспергатор такого типа является сильным турбулизатором потока и способствует эффективному выравниванию структуры газожидкостной эмульсии.

Основные диспергирующие устройства для откачки ГЖС из скважин:

- устройство AGH (Advansed Gas Handling) фирмы REDA;

- диспергатор ОАО "Борец".

Устройство AGH представляет собой пакет ступеней, конструктивно отличающихся от стандартной конструкции ступеней, помещенный в отдельный корпус, а может быть смонтирован в одном корпусе с напорными ступенями насоса. Количество диспергирующих ступеней обычно состоит из 15, а предпочтительное количество диспергирующих ступеней 20-40 в зависимости от диаметра насоса, газосодержания, дебита.

Основным прототипом конструкции диспергирующей ступени является конструкция высокопроизводительной ступени с рабочим колесом, разгруженным от осевой силы при помощи выполненного у колеса второго верхнего уплот­нения камеры за ведущим диском колеса, в которой давление с помощью отверстий в диске уравновешивается с давлением у входа в колесо. По сравнению с прототипом в диспер­гирующей ступени фирмы REDA дополнительно введен второй ряд отверстий (отверстия 1,2; рис. 6.18, а, б). Два ряда отверстий позволяют ограниченному количеству жидкости постоянно циркулировать для уменьшения вероятности об­разования газовой пробки в области Л, при этом жидкость, циркулирующая через отверстия смешивается с потоком в межлопастных каналах рабочего колеса, что позволяет раз­бивать газовые пузыри на более мелкие, т.е. диспергировать ГЖС. Этой же цели служат отверстия 3 в лопатках рабочих колес (рис. 6.18, в).

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 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 НКТ, обеспечивается работа с заданным КПД. За насосом в НКТ 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.