НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ПРОДУКЦИИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН С ВЫСОКИМ ГАЗОВЫМ ФАКТОРОМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области нефтедобычи, а именно, к внутрипромысловой перекачке нефти, и в частности, к насосному устройству для перекачки продукции нефтяных скважин с высоким газовым фактором.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Традиционным подходом для нагнетания мультифазной текучей среды является его сепарация для дальнейшей транспортировки. При этом основной проблемой, которая возникает при нагнетании мультифазной текучей среды, является формирование так называемых газовых пробок, когда содержание газа в мультифазной текучей среде резко повышается и становится преобладающим. Из документов уровня техники известно выполнение системы для нагнетания мультифазного скважинного флюида с возможностью борьбы с газовыми пробками, как это описано в WO 2014/006371 (опубл. 09.01.2014). Указанная система содержит циклонный сепаратор, имеющий выпуски в первую обогащенную газом линию и первую обогащенную жидкостью линию, гравитационный сепаратор, имеющий выпуски во вторую обогащенную газом линию и вторую обогащенную жидкостью линию, расположенный ниже по потоку от циклонного сепаратора. Указанная система также содержит газовый компрессор для повышения давления во второй обогащенной газом линии и жидкостный насос для повышения давления во второй обогащенной жидкостью линии. Нагнетаемые газ и жидкость поступают в смеситель ниже по потоку, который выдает комбинированный поток текучей среды.
Недостатком указанной системы является сложность конструкции, которая не обладает высокой эксплуатационной надежностью в виду наличия множества сложных устройств таких как сепараторы и компрессоры. Кроме того, необходимо дополнительно предусматривать средства разделения текучей среды на фазы, а также выявления газовых пробок в потоке текучей среды, которые в указанной системе выполнены в виде регулирующих клапанов и детекторов режима потока.
Другой подход, реализуемый в системах внутрипромысловой перекачки нефти состоит в использовании мультифазных насосов винтового типа. Основными недостатками указанных насосных агрегатов являются низкая наработка на отказ конструктивных элементов в виду наличия в текучей среде сероводород-содержащих примесей и избыточного количества попутного нефтяного газа. При этом стоимости приобретения и сервисного обслуживания высоки, а в случае выхода из строя насосных агрегатов указанного типа или их элементов требуется продолжительный ремонт.
В уровне техники известны решения, направленные на повышение надежности работы мультифазных насосов, общая идея которых заключается в подаче дополнительной текучей среды в жидкой фазе на впуск насоса. Например, система нефтегазового мультифазного насоса, описанная в CN 203067275 U (МПК F04B 53/20; опубл. 2013-07-17), в которой предусмотрено впускное отверстие, для впрыска в насос нефтяной составляющей, отделенной на сепараторном и фильтрующем устройстве, при подаче в нефтегазовый мультифазный насос смеси с высоким отношением газа к жидкости, при этом не возникает сухого трения, а впрыснутая нефтяная взвесь служит в качестве смазки.
Кроме того, например, в RU 2403448 C1 (МПК F04C 2/16; опубл. 10.11.2010) описана система защиты мультифазного насоса, выполненная с возможностью осуществления способа, включающего в себя этапы, на которых во всасывающую полость мультифазного насоса осуществляют дополнительную подачу жидкой фазы в периоды снижения доли жидкой фазы в перекачиваемой газосодержащей рабочей среде ниже допустимого значения порциями, через интервалы времени, в течение которых жидкая фаза гарантированно сохраняется в количестве, достаточном для замыкания зазоров в рабочих органах и уплотнениях валов мультифазного насоса.
Указанная система, выбранная в качестве наиболее близкого по своей технической сущности аналога для заявляемого устройства, обладает рядом недостатков, как например, необходимость выполнения в насосе дополнительного впуска для введения жидкой фазы нефтегазовой смеси, что в свою очередь требует усложнения конструкции насосного агрегата и включения дополнительных устройств накопления и подведения текучей среды в жидкой фазе. Это в свою очередь приводит к снижению эксплуатационной надежности системы.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Для преодоления вышеуказанных проблем, а именно обеспечения щадящего режима работы насосного агрегата посредством упрощенной конструкции насосного устройства, что увеличивает межремонтный интервал оборудования при гарантировании надежности и стабильности транспортировки газожидкостной смеси с высоким газовым фактором в системах внутрипромысловой перекачки нефти, авторами было предложено насосное устройство для перекачки продукции нефтяных скважин с высоким газовым фактором, содержащее:
насоса осуществляют дополнительную подачу жидкой фазы в периоды снижения доли жидкой фазы в перекачиваемой газосодержащей рабочей среде ниже допустимого значения порциями, через интервалы времени, в течение которых жидкая фаза гарантированно сохраняется в количестве, достаточном для замыкания зазоров в рабочих органах и уплотнениях валов мультифазного насоса.
Указанная система, выбранная в качестве наиболее близкого по своей технической сущности аналога для заявляемого устройства, обладает рядом недостатков, как например, необходимость выполнения в насосе дополнительного впуска для введения жидкой фазы нефтегазовой смеси, что в свою очередь требует усложнения конструкции насосного агрегата и включения дополнительных устройств накопления и подведения текучей среды в жидкой фазе. Это в свою очередь приводит к снижению эксплуатационной надежности системы.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Для преодоления вышеуказанных проблем, а именно обеспечения щадящего режима работы насосного агрегата посредством упрощенной конструкции насосного устройства, что увеличивает межремонтный интервал оборудования при гарантировании надежности и стабильности транспортировки газожидкостной смеси с высоким газовым фактором в системах внутрипромысловой перекачки нефти, авторами было предложено насосное устройство для перекачки продукции нефтяных скважин с высоким газовым фактором, содержащее:
открыто-вихревой насосный агрегат самовсасывающего типа, выполненный с возможностью нагнетания текучей среды, представляющей собой газожидкостную смесь,
байпасную линию, впуск которой расположен выше по потоку от насосного агрегата, а выпуск расположен ниже по потоку от насосного агрегата,
одну задвижку, расположенную в байпасной линии,
эжектор, расположенный в байпасной линии ниже по потоку от одной задвижки, расположенной в байпасной линии, и выполненный с возможностью регулирования потока текучей среды через байпасную линию и через насосный агрегат, причем нагнетающий впуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии с основной линией в местоположении ниже по потоку от насосного агрегата и выше по потоку от места соединения основной линии и выпуска байпасной линии, всасывающий впуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии со впуском байпасной линии, а выпуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии с выпуском байпасной линии.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором участок байпасной линии, присоединенный к нагнетающему впуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром не менее 60 мм.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором участок байпасной линии, присоединенный к всасывающему впуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром, составляющим не более половины диаметра участка байпасной линии, присоединенного к нагнетающему впуску эжектора.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором участок байпасной линии, присоединенный к всасывающему впуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром 26 мм.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором участок байпасной линии, присоединенный к выпуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром, составляющим не менее полутора диаметров участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора, и не более двух диаметров участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором участок байпасной линии, присоединенный к выпуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром 48 мм.
3
В одном из вариантов предложено устройство, в котором насосный агрегат выполнен с возможностью работы при производительности не менее 2,4 м/час.
3
В одном из вариантов предложено устройство, в котором насосный агрегат выполнен с возможностью работы при производительности до 40 м/час.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором насосный агрегат потребляет не более 10 КВт электроэнергии.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором насосный агрегат выполнен с возможностью нагнетания текучей среды, подаваемой при давлении до 25 атм.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором насосный агрегат выполнен с возможностью создания давления нагнетаемой текучей среды не менее 20 атм.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором насосный агрегат содержит три рабочих колеса, причем насосный агрегат выполнен с возможностью вращения рабочих колес со скоростью до 1450 об/мин.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором насосный агрегат содержит четыре рабочих колеса, причем насосный агрегат выполнен с возможностью вращения рабочих колес со скоростью до 1450 об/мин.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором насосный агрегат содержит пять рабочих колеса, причем насосный агрегат выполнен с возможностью вращения рабочих колес со скоростью до 1450 об/мин.
В одном из вариантов предложено устройство, в котором насосный агрегат содержит шесть рабочих колеса, причем насосный агрегат выполнен с возможностью вращения рабочих колес со скоростью до 1450 об/мин.
3
В одном из вариантов предложено устройство, выполненное с возможностью нагнетания текучей среды с газосодержанием от 100 до 1500 и более м на тонну текучей среды.
В одном из вариантов предложено устройство, выполненное с возможностью нагнетания текучей среды с процентным содержанием газа до 60%.
В одном из вариантов предложено устройство, дополнительно содержащее две задвижки, расположенные в байпасной линии.
Таким образом, предложенное насосное устройство обеспечивает щадящий режим работы насосного агрегата, что в целом повышает надежность и стабильность транспортировки газожидкостной смеси с высоким газовым фактором в системах внутрипромысловой перекачки нефти.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее подробнее будут описаны наиболее предпочтительные варианты осуществления полезной модели со ссылкой на фигуру чертежа, на которой схематично показано насосное устройство в соответствии с полезной моделью.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Последующее описание относится к внутрипромысловой перекачке нефти, и в частности, к насосному устройству для перекачки продукции нефтяных скважин с высоким газовым фактором.
На фигуре схематично показано насосное устройство 1 для перекачки продукции нефтяных скважин с высоким газовым фактором, содержащее открыто-вихревой насосный агрегат 5 самовсасывающего типа, выполненный с возможностью нагнетания текучей среды, представляющей собой газожидкостную смесь, байпасную линию 4, впуск которой расположен выше по потоку от насосного агрегата (ближе к впуску 2 устройства 1), а выпуск расположен ниже по потоку от насосного агрегата (ближе к выпуску 3 устройства 1), одну задвижку, расположенную в байпасной линии (в проиллюстрированном дополнительном варианте осуществления устройство с учетом дополнительных задвижек содержит три задвижки 6, 7, 8), эжектор 9, расположенный в байпасной линии 4 ниже по потоку от одной задвижки 6, расположенной в байпасной линии 4, и выполненный с возможностью регулирования потока текучей среды через байпасную линию 4 и через насосный агрегат 5, причем нагнетающий впуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии с основной линией в местоположении ниже по потоку от насосного агрегата и выше по потоку от места соединения основной линии и выпуска байпасной линии, всасывающий впуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии со впуском байпасной линии, а выпуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии с выпуском байпасной линии.
В качестве примера насосного агрегата 5, который представляет собой открыто-вихревой насос самовсасывающего типа, может быть указан открытовихревой насос FAS-NZ, предназначенный для перекачки чистых и мутных, а также газонесущих жидкостей без абразивных примесей, перекачки сжиженных углеводородных газов.
3
3
С учетом свойств перекачиваемой текучей среды в системе внутрипромысловой перекачки нефти, таких как наличие в перекачиваемой текучей среде сероводород содержащих примесей и избыточного количества попутного нефтяного газа, в предпочтительных вариантах осуществления полезной модели необходимо предусмотреть насосный агрегат с возможностью работы при производительности не менее 2,4 м/час и по меньшей мере до 40 м/час.
Для обеспечения указанных параметров производительности, с учетом в случае необходимости возможности проведения монтажных работ и последующих эксплуатационных работ стандартными средствами, предпочтительным является выполнения участка байпасной линии, присоединенного к нагнетающему впуску эжектора, в виде трубы диаметром не менее 60 мм. Тогда предпочтительным является выполнение участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора, в виде трубы диаметром, составляющим не более половины диаметра участка байпасной линии, присоединенного к нагнетающему впуску эжектора, в качестве наиболее предпочтительного варианта, диаметром 26 мм. Кроме того, предпочтительно выполнять участок байпасной линии, присоединенный к выпуску эжектора, в виде трубы диаметром, составляющим не менее полутора диаметров участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора, и не более двух диаметров участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора, в качестве наиболее предпочтительного варианта, диаметром 48 мм.
Исходя из требований энергопотребления и энергоэффективности использования насосного устройства в предпочтительных вариантах осуществления полезной модели насосный агрегат должен потреблять не более 10 КВт электроэнергии, при этом он должен быть выполнен с возможностью нагнетания текучей среды, подаваемой при давлении до 25 атм., а кроме того в наиболее предпочтительных вариантах осуществления с возможностью создания давления нагнетаемой текучей среды не менее 20 атм.
В одном из вариантов осуществления насосный агрегат содержит три рабочих колеса, в одном из дополнительных вариантов насосный агрегат содержит четыре рабочих колеса, в одном из других дополнительных вариантов насосный агрегат содержит пять рабочих колеса, а в одном из еще дополнительных вариантов насосный агрегат содержит шесть рабочих колес, причем насосный агрегат выполнен с возможностью вращения рабочих колес со скоростью до 1450 об/мин, обеспечивая тем самым необходимые показатели как по энергопотреблению исходя из потребляемой мощности насосным агрегатом, так и по условиям перекачки текучей среды.
Насосное устройство выполнено с различными дополнительными элементами и средствами, такими как задвижки и эжектор, в качестве которых могут быть использованы стандартные известные из уровня техники элементы. Указанные элементы предназначены для осуществления функций, известных специалисту в области техники, таких как предотвращение утечек, перекрытие потока текучей среды, например, для проведения ремонтных работ или других эксплуатационных нужд.
3
Эжектор служит для отвода через байпасную линию избыточного количества газа, при образовании газовых пробок в нефтепроводе и обеспечивает щадящий режим работы насосного агрегата. Компоновка насосного устройства в соответствии с полезной моделью позволяет выполнить устройство с возможностью нагнетания текучей среды с газосодержанием от 100 до 1500 и более м на тонну текучей среды, таким образом, в
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и полкомбинации, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных.