ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЕ ОБУСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ КУСТОВ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к нефтегазовой отрасли, в частности к области разработки газовых месторождений, и может быть использовано для дистанционного, автоматического и ручного управления исполнительными механизмами запорных органов скважины газового месторождения с применением возобновляемых источников электроснабжения.
Известен комплекс оборудования для управления, по меньшей мере, одной содержащей запорные органы скважиной газового месторождения, содержащий станцию управления запорными органами скважины, а именно боковой и надкоренной задвижками, установленными на фонтанной арматуре, дроссельным клапаном для регулирования дебита скважины, подземным клапаном-отсекателем, имеющими исполнительные механизмы, а также клапан контроля низкого и высокого давления и плавкую вставку, при этом станция управления включает, по меньшей мере, один блок управления исполнительными механизмами запорных органов, насосно-аккумуляторную установку с рабочим телом, силовые линии функционального управления упомянутыми исполнительными механизмами и линию логического управления, выполненную с обеспечением возможности прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие скважины в логической последовательности: боковая задвижка - надкоренная задвижка - подземный клапан-отсекатель, оснащенную для этого системой дублированного избирательного приведения в действие от срабатывания соответственно клапана контроля низкого и высокого давления, плавкой вставки, либо дистанционной или ручной команд на закрытие запорных органов скважины, для чего указанная линия снабжена также системой трехступенчатого по времени срабатывания с замедлением прохождения исполнительной команды, по крайней мере, на закрытие надкоренной задвижки и подземного клапана-отсекателя, включающей установленные, по крайней мере, на участках управления надкоренной задвижкой и клапаном-отсекателем линии логического управления, разнонастроенные по времени замедлители прохождения команды, состоящие из сочетания последовательно установленных на указанных участках управляющих пневмогидроаккумулятора и дросселя, при этом силовая линия функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя снабжена не менее чем одним мультипликатором давления. Комплекс содержит центральный пульт управления, размещенный на расстоянии от станции управления и сообщенный с ней линией связи, например оптоволоконным кабелем или радиоканалом, причем станция управления запорными органами скважины конструктивно выполнена в виде, по меньшей мере, одного шкафа, в котором смонтированы упомянутая насосно-аккумуляторная установка и, по меньшей мере, один упомянутый блок управления, кроме того, станция снабжена обвязкой в виде упомянутых линий управления, сообщенных по рабочему телу с исполнительными механизмами запорных органов скважины (RU №2367770, Е21В 33/03, Е21В 43/12, опубл. 20.09.2009).
Недостаток данного комплекса заключается в том, что его функционирование прямо зависит от системы централизованного электроснабжения, обеспечивающей питание всех исполнительных узлов и аппаратов управления и контроля. В связи с этим обустройство кустовых скважин и их объединение в централизованно структурированную систему с общим для всех кустов центром контроля и управления возможно только после решения задачи обеспечения гарантированно и постоянно функционирующего электропитания. В связи с этим для создания разветвленного комплекса взаимосвязанных узлов кустовых скважин и системы управления и контроля необходимо, прежде всего, выстроить разветвленную инфраструктуру централизованного электропитания. Решение такой задачи становится сильным препятствием для разработки скважин в условиях, отдаленных от централизованных линий электроснабжения. Кроме того, отсутствует устройство подготовки газа.
В связи с этим в эксплуатацию был введен комплекс информационно-управляющего обустройства системы кустов газовых скважин, содержащий по крайней мере один куст газовой скважины, оснащенный обустройством кустовой площадки этой скважины, в состав которой входят исполнительные узлы фонтанной арматуры и сообщенные с выходным патрубком последней запорно-регулирующие устройства, оснащенные исполнительными узлами, связанными с блоком контроля и управления исполнительными узлами запорно-регулирующих устройств, и устройство питания исполнительных узлов обустройства кустовой площадки и блока контроля и управления, станцию подготовки газа, поступающего через блок-бокс переключающей аппаратуры, связанного магистралями с кустами газовых скважин, и диспетчерский центр, информационно связанный с блоками контроля и управления исполнительными узлами запорно-регулирующих устройств обустройств кустовых площадок газовых скважины и исполнительных узлов переключающей аппаратуры блок-бокса, и связанный по линии электропитания с автономным источником энергии или комбинации таких источников, связанного с аккумуляторным блоком, выполненным с возможностью подсоединения к потребляющим электроэнергию аппаратам диспетчерского центра (см. каталог продукции НПО Вымпел «Автоматизация без ЛЭП, сервис без дорог», 2011 г.стр.4, копия прилагается)
Данное решение принято в качестве прототипа.
Недостаток данного решения заключается в том, что функционирование обустройства кустовой скважины возможно только при наличии централизованной подачи электропитания, что не всегда возможно при размещении обустройства в сильно удаленных зонах от линий подачи электроэнергии. А применение аккумуляторов не позволяет обеспечить длительное функционирование обустройства и требует постоянного контроля за состоянием аккумуляторов для их замены.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных показателей путем обеспечения работоспособности без централизованного электропитания на кустах скважин.
Указанный технический результат достигается тем, что в информационно-управляющем обустройстве системы кустов газовых скважин, содержащем по крайней мере один куст газовой скважины, оснащенный обустройством кустовой площадки этой скважины, в состав которой входят исполнительные узлы фонтанной арматуры и сообщенные с выходным патрубком последней запорно-регулирующие устройства, оснащенные исполнительными узлами, связанными с блоком контроля и управления исполнительными узлами запорно-регулирующих устройств, и устройство питания исполнительных узлов обустройства кустовой площадки и блока контроля и управления, станцию подготовки газа, поступающего через блок-бокс переключающей аппаратуры, связанного магистралями с кустами газовых скважин, и диспетчерский центр, информационно связанный с блоками контроля и управления исполнительными узлами запорно-регулирующих устройств обустройств кустовых площадок газовых скважины и исполнительных узлов переключающей аппаратуры блок-бокса, и связанный по линии электропитания с централизованным источником электропитания, автономным источником энергии или комбинации таких источников, связанного с аккумуляторным блоком, выполненным с возможностью подсоединения к потребляющим электроэнергию аппаратам диспетчерского центра, устройство питания исполнительных узлов обустройства кустовой площадки и блока контроля и управления куста газовой скважины и устройство питания узлов станции подготовки газа выполнены в виде автономного для каждого из них возобновляемого источника энергии или комбинации таких источников, связанного с аккумуляторным блоком, выполненным с возможностью подсоединения к потребляющим электроэнергию узлам.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - блок-схема информационно-управляющего обустройства системы кустов газовых скважин.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается информационно-управляющее обустройство системы кустов газовых скважин, функционирующая в автономном режиме от возобновляемых источников питания за счет использования природных явлений.
Информационно-управляющее обустройство можно условно разделить на три условных блока. Первый блок - это одна или несколько кустов 1 газовых скважин, дистантно расположенных в регионе в точках разработок. Второй блок - блок-бокс 2 переключающей аппаратуры, представляющий собой центр схождения магистральных трубопроводов 3, распределения поступающего газа и его подготовки. Третий блок - это диспетчерский центр 4, который расположен в удалении от первых двух блоков и связан с ними информационно, то есть с возможностью получения информационных сигналов и отправки управляющих сигналов.
Первый блок представляет собой модульную систему обустройства кустовой площадки газовой скважины, которая решает задачи обеспечения безопасности функционирования скважины, регулирование дебита и осуществление контроля, при этом функционирование может осуществляться в режиме удаленного доступа без участия оператора непосредственно у блока управления и в режиме возобновления источника питания за счет использования природных явлений.
Система обустройства кустовой площадки газовой скважины содержит входной патрубок, выполненный с возможностью подсоединения к выходному трубопроводу фонтанной арматуры 5 газовой скважины, и выходной патрубок, между которыми размещены запорно-регулирующие устройства 6, в состав которых входит, например (как вариант исполнения) устройство подачи ингибитора, расходомер газа и регулирующее устройство дебита, а так же блок 6 контроля и управления исполнительными узлами запорно-регулирующих устройств и устройство питания исполнительных узлов обустройства кустовой площадки и блока контроля и управления. Запорно-регулирующие устройства могут быть смонтированы на отдельной раме.
Устройство питания исполнительных узлов обустройства кустовой площадки и блока контроля и управления выполнено в виде автономного размещенного рядом с системой обустройства кустовой площадки возобновляемого источника 7 энергии или комбинации таких источников, связанного с аккумуляторным блоком 8, выполненным с возможностью подсоединения к потребляющим электроэнергию узлам обустройства кустовой площадки.
Особенностью модуля является то, что в качестве автономного возобновляемого источника энергии можно использовать энергию ветра, солнца или перепадов температур. Например, может использоваться вышка с ветроэлектрогенератором или солнечные батареи. На вышке могут одновременно размещаться и солнечные батареи и ветроэлектрогенератор. Для управления перечисленными источниками энергии, а так же для эффективного управления электропитанием кустовой аппаратуры в условиях долговременного отсутствия активности внешних источников энергии (ветер, солнце, перепад температур) используется контроллер питания. Солнечные батареи способны вырабатывать до 40 Вт электроэнергии при прямом солнечном воздействии, и 1-2 Вт в пасмурную погоду. Технология вакуумной ламинации позволяет существенно снизить потери на отражение и поглощение (на 18% и 28%, соответственно). Используются ветроэлектрогенераторы, развивают мощность до 1000 Вт при скоростях ветра 11,6 м/с. Они устойчивы к ураганным нагрузкам и могут использоваться в расширенном температурном диапазоне. Лопасти ветроэлектрогенератора изготавливаются путем литья под давлением, вследствие чего обладают высокоэффективной аэродинамикой. Встроенный контроллер замедляет их движение при сверхвысокой скорости ветра. После полной зарядки аккумуляторов вращение лопастей блокируется. Термоэлектрогенераторы «ТЭГ-01» обеспечивают выработку электроэнергии мощностью до 6 Вт во взрывоопасных зонах при наличии разности температур между окружающей средой и источником тепла (например, теплая труба, по которой движется добываемый газ). Принцип действия термоэлектрогенераторов «ТЭГ-01» основан на термоэлектрическом эффекте Зеебека: сущность метода заключается в том, что если концы разомкнутой электрической цепи, состоящей из двух разнородных проводников, поддерживаются при различных температурах, то в такой цепи возникает термоэлектродвижущая сила, прямо пропорциональная разности температур ее концов.
Второй блок - блок-бокс 2 переключающей аппаратуры, представляющий собой центр схождения магистральных газоопроводов 3, распределения поступающего газа в станцию 9 его подготовки. Этот блок-бокс содержит магистральный узел входа газобопроводов, которые через крановые аппараты 10 с узлами их привода сообщены с общим каналом II, из которого происходит перераспределение газа на подготовку в станцию 9 или направление в другие отводные каналы 12. Этот второй блок может содержать блок-бокс теплоэнергетики, включающий в себя, например, генератор электроэнергии компании Ormat Industries (генераторы, работающие от возобновляемых источников энергии, например, солнца или перепадов температуры), водяной котел с насосом и др. агрегаты жизнеобеспечения процесса функционирования блок-бокса переключающей аппаратуры и блок-бокса подготовки газа (методом сепарации). Станция подготовки газа оснащена автономным размещенным рядом со станцией возобновляемым источником 13 энергии или комбинацией таких источников, связанного с аккумуляторным блоком, выполненным с возможностью подсоединения к потребляющим электроэнергию узлам (конструктивно может повторять такой же источник энергии. Как для куста газовой скважины).
Третий блок - диспетчерский центр, подключенный к централизованному линии 14 электропитания. Центр содержит комплект информационно-вычислительных и приемо-передающих устройств 15, связанных посредством радиосвязи 16 (в том числе и через спутник 17) с приемо-передающими и информационно-вычислительными устройствами блоков 6 контроля и управления исполнительными узлами запорно-регулирующих устройств кустовых обустройств газовых скважин. Каждое информационно-вычислительное устройство центра информационно связано с датчиками параметров соответствующей группы газовых скважин и связано с антенной для радиообмена информацией.
Разработанная конструкция обустройства систем кустовых газовых скважин позволяет обеспечить работу общекустовых линии сбора газа, в зонах, отдаленных от централизованной инфраструктуры электропитания. Это позволит организовать новые газовые разработки в регионах, не привязываясь к централизованному электропитанию.