Устройство для измерения дебита добываемой продукции из нефтегазовых скважин с утилизатором попутного нефтяного газа

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к установкам для учета количества нефти, воды и газа, поступающего из нефтяной скважины, с функцией утилизации попутного газа.
Для измерения дебита нефтегазовых скважин применяют измерительные установки стационарного и передвижного типов («ОЗНА - Измерительные системы», ozna.ru).
Измерительные установки, предлагаемые для топливно-энергетического комплекса, по своим характеристикам отвечают запросам нефтедобывающих компаний, однако, они обладают существенным недостатком - достаточно большой энергоемкостью от 10 кВт для передвижных установок, до 25 кВт - для стационарных.
Известна передвижная автоматизированная установка «ОЗНА-Массомер», предназначенная для автоматических измерений массы и среднего массового расхода сепарированной сырой нефти, сепарированной обезвоженной нефти, объема и объемного расхода свободного нефтяного газа, извлекаемых из недр. Работа установки основана на принципе разделения с помощью сеапараторов потока жидкости и газа, измерения их дебита расходомерами и измерения обводненности добываемой продукции влагомерами.
Комплектация установки может быть выполнена с питанием установки от дизельного генератора как стационарно, так и с системой автоматического переключения с основного питания на резервное (ozna.ru/catalog).
Известно устройство для измерения дебита продукции нефтедобывающих скважин, содержащее входной трубопровод, сепаратор, газовый и жидкостной трубопроводы для отвода соответственно газа и жидкости из сепаратора с установленными на жидкостном трубопроводе сепаратора счетчиком жидкости и двухпозиционным регулятором расхода, и выходным трубопроводом. Управляющий контроллер обеспечивает срабатывание переключающих клапанов и производит расчет среднего значения дебита продукции и расчет значений обводненности нефти (пат. РФ № 2269650, Е21В 47/00, G01F 15/08, приор. 24.05.2004, опубл. 10.02.2006).
К недостаткам известной установки можно отнести высокую энергозатратность, которую можно снизить применением альтернативных источников энергии, таких как топливные элементы (www.intech-gmbh.ru, «инновации в энергосбережении», и www.innergy.ru), вырабатывающие электроэнергию любой мощности до 500 кВт и более.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение энергозатратности путем использования попутного нефтяного газа в качестве источника энергии для питания топливных батарей, вырабатывающих тепло и энергию для питания силовых узлов установок для измерения дебита продукции, добываемой из нефтегазовых скважин.
Указанная задача решается тем, что устройство для измерения дебита добываемой продукции из нефтегазовых скважин с утилизатором попутного нефтяного газа, содержащее установленные в корпусе сепарационную и газосборную емкости, трубопроводные коммуникации для транспортировки продукции, измерительные узлы, включающие расходомеры нефти, воды и газа, влагомеры, а также запорные клапаны с электроприводом и управляющий процессор, в отличие от известного, снабжено автономным источником питания и батареей топливных элементов, к одному входу которой подведен выходной газопровод из газосборной емкости, а к другому входу подведен воздуховод, снабженный компрессором, приводимым в движение электродвигателем, при этом теплоотводящий канал из батареи топливных элементов подключен к змеевику, расположенному в воздуховоде для подачи при помощи вентилятора нагретого воздуха на сепарационную емкость, кроме того, батарея топливных элементов электрически подсоединена к управляющему процессору, к автономному источнику питания, к электродвигателю и к вентилятору.
В качестве автономного источника питания использован электрический аккумулятор.
Управляющий процессор сопряжен с приемопередающей антенной для дистанционной радиосвязи.
На прилагаемой фигуре представлена принципиальная схема передвижной измерительной установки с утилизатором попутного нефтяного газа.
Предлагаемое устройство, использующее для своей работы в качестве источника энергии батарею топливных элементов, предназначенных для выработки электроэнергии и тепла в процессе утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ), состоит из следующих узлов и деталей.
Входной продукторовод 1, снабженный запорным клапаном 2, соединен с сепарационной емкостью 3, сообщающейся через газоотвод 4 с газосборной емкостью 5, к которой подсоединен выходной газопровод 6, снабженный запорным клапаном 7 и соединенный через счетчик газа 8, и запорный клапан 9 с батарей топливных элементов 10. Теплоотводящий канал 11 на выходе блока топливных элементов 10 подключен к змеевику 12, расположенному в воздуховоде 13, снабженном воздушным вентилятором 14, направляющим поток нагретого воздуха на сепарационную емкость 3.
Блок батареи топливных элементов 10 подключен к управляющему процессору 15 электролинией 16, к аккумулятору 17 - электролинией 18, к электродвигателю 19 - электролинией 20 и ветилятору 14 - электролинией 21.
Воздухозаборный канал 22 устройства включает в свой состав запорный клапан 23, счетчик воздуха 24, компрессор 25, приводимый в движение электродвигателем 19 и подсоединенный с помощью воздуховода 26 к батарее топливных элементов 10.
Сепарационная емкость 3 соединена с помощью входного продуктопровода 27 с запорным клапаном 28, затем со счетчиком жидкой фазы продукции 29 и влагомером 30. Жидкость, отсепарированная от сопутствующего газа в сепараторе 3, выводится из корпуса 44 устройства в выкидной (промысловый) трубопровод 31 и через него в нефтепарк (на фигуре не показан).
Выходной газопровод 6 снабжен выкидной линией 32 с аварийным запорным клапаном 33.
Управляющий процессор 15 соединен с запорными клапанами 2, 7, 9, 23, 28, 33 линиями передачи управляющего сигнала 34, 35, 36, 37, 38 соответственно. Управляющий процессор 15 подсоединен к аккумулятору 17 - линией 39, к электродвигателю 19 - линией 40, к счетчику воздуха 24 - линией 41, к счетчику жидкой фазы продукции 29 - линией 42, к счетчику газа 8 - линией 43.
Размещаются перечисленные функциональные узлы передвижного измерительного устройства в корпусе 44, смонтированном на колесном шасси 45 в виде прицепа, либо на платформе автомобиля повышенной грузоподъемности и проходимости (на фигуре не показан).
Дистанционная оперативная связь измерительного устройства с диспетчерским центром (на фигуре не показан) обеспечивается с помощью радиосвязи через приемопередающую антенну 46, сопряженную с процессором 15.
Работает предлагаемое устройство следующим образом. Измеряемая продукция поступает с отдельной скважины или куста скважин по входному продуктопроводу 1 через запорный клапан 2, который управляется по линии 34 командой от процессора 15 с питанием от аккумулятора 17.
Поступающая по продуктопроводу 1 добываемая из скважины продукция попадает в сепарционную емкость 3, из которой отсепарированный попутный нефтяной газ по газоотводу 4 поступает в газосборную емкость 5, одновременно по линиям управления 35 и 36 командой от процессора 15 открываются запорные клапана 7 и 9, и газ из газосборной емкости 5 начинает поступать через счетчик газа 8 в батарею топливных элементов 10. Одновременно по линии управления 37 командой от процессора 15 открывается запорный клапан 23, расположенный на воздухозаборном трубопроводе 22 и запускается электродвигатель 19, компрессора 25 и атмосферный воздух начинает поступать на противоположный полюс батареи топливных элементов 10 по воздухопроводу 26.
Затем, по линии управления 39 командой от процессора 15 с помощью аккумулятора 17 происходит запуск батареи топливных элементов 10, в которой начинается физико-химическая реакция по утилизации водорода из ПНГ и кислорода из атмосферного воздуха, сопровождаемая генерированием тепла и электричества.
Нагретая с помощью тепла, получаемого в результате происходящей реакции в батареи топливных элементов 10, вода по каналу 11 попадает в змеевик 12, находящемуся в воздуховоде 13, из которого горячий воздух с помощью вентилятора 14 идет на обогрев сепарационной емкости 3, что ускоряет процесс дегазации нефти и увеличивает объем газа в газосборной емкости 5. Процесс роста объема ПНГ контролируется с помощью газового счетчика 8, информация с которого поступает в процессор 15 в режиме реального времени. Одновременно на процессор 15 поступают данные со счетчика воздуха 24, находящегося в воздухозаборном трубопроводе 22. По мере набора электрической мощности батареей топливных элементов 10, процессор 15 переключает питание электродвигателя 19 с аккумулятора 17 на питание от батареи топливных элементов 10.
Параллельно утилизации ПНГ идет учет количества нефти и воды, прошедшего через сепарационную емкость 3 с помощью счетчика расхода 29 и влагомера 30, встроенных в выкидной трубопровод 31.
В случае необходимости поступление продукции по выходному трубопроводу 27 может быть остановлено по команде процессора 15 с помощью запорного клапана 28. При превышении давления ПНГ в газосборной емкости 5 выше заранее заданного предела, оно может быть снижено с помощью выкидной линии 32 через аварийный запорный клапан 33 по команде процессора 15.
Достоинством утилизаторов ПНГ на основе батареи топливных элементов является то, что они вырабатывают не только электроэнергию практически любой мощности (до 500 кВт и более), используемую для питания автономных передвижных измерительных установок, но также генерируют тепло, которое может использоваться как для обогрева рабочего помещения измерительной установки, так и для подогрева подводящих к установке от отдельной скважины или куста трубопроводных коммуникаций (на фиг. не показано), с целью предотвращения отложения в них парафина и снижения вязкости пластовой жидкости в условиях крайнего Севера и Заполярья.
Выполняя важную в современных условиях роль по охране окружающей среды, утилизаторы ПНГ на основе батарей топливных элементов могут обеспечить значительное снижение энергозатрат на добычу одной тонны нефти, что особенно актуально для большинства нефтяных месторождений, находящихся на завершающей стадии эксплуатации.