Комплексная мобильная насосная установка для перекачивания жидкости из скважины в систему нефтесбора

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при текущем и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин, а также при освоении нефтяных и газовых скважин.
Преимущественно, полезная модель относится к мобильным насосным установкам, которые могут быть использована для приема, накопления и перекачивания жидкостей, характеризующихся высокой степенью коррозионного воздействия на оборудование, в том числе нефтепродуктов, нефти, воды подтоварной, сеноманской класса опасности с высоким содержанием КВЧ (механические примеси с высокой концентрацией взвешенных частиц) и наличием растворенных попутных нефтяных газов.
Известны мобильные насосные установки для сбора нефтепродуктов, содержащие автомобильное шасси, на котором установлена цистерна для сбора и перекачивания нефтепродуктов с входными и выходными трубопроводами, погружной насос, гибкий рукав для соединения погружного насоса с входным трубопроводом цистерны для подачи нефтепродуктов в цистерну, насос, соединяемый с выходным трубопроводом цистерны, для откачки нефтепродуктов из цистерны (RU №№59645, 109707).
Известные установки позволяют производить закачку нефтепродуктов в цистерну погружным насосом и откачку нефтепродуктов из цистерны другим насосом, соединенным с выходным трубопроводом цистерны. При этом для перекачки нефтепродуктов из цистерны, ее, как правило, транспортируют на место сбора.
В описанных установках регулирование процессов сбора нефтепродуктов в цистерну и откачки нефтепродуктов из цистерны, а именно, контроль за уровнем нефтепродуктов в цистерне, запуск/остановку погружного насоса и насоса на выходном трубопроводе цистерны осуществляют в ручном режиме, а именно вручную оператором, что не позволяет осуществлять автономную и непрерывную работу установки. В частности, при ручном режиме эксплуатации установки стравливание жидкости из скважин может производиться только в светлое время суток в присутствии обслуживающего персонала.
Наиболее близким к предлагаемому решению является Устройство для очистки скважинной жидкости по патенту RU №104231, которое может быть использовано как мобильная насосная установка для перекачивания жидкости из скважины при текущем и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин, а также при освоении нефтяных и газовых скважин.
Известное устройство содержит емкость очистительную с входным и выходным трубопроводами, расположенную на передвижной раме или прицепе, соединенным с транспортным средством. Емкость служит для сбора жидкости из скважины (далее скважинная жидкость), ее очистки от примесей, накопления и перекачки в систему нефтесбора.
Емкость очистительная разделена глухой вертикальной перегородкой на отсек тонкой очистки и отсек грубой очистки, который в свою очередь разделен вертикальной перегородкой на две части и снабжен трубой дегазационной. Глухая вертикальная перегородка снабжена узлом переливания и устройством с поворотным затвором для перелива. Дополнительно емкость снабжена люками для ее очистки, расположенными в отсеках грубой очистки и тонкой очистки, паропроводом, который позволяет подогревать скважинную жидкость в случаях низких температур атмосферы во всех отсеках очистительной емкости, люками смотровыми, расположенными в отсеках грубой очистки и тонкой очистки, снабженными съемными крышками для визуального контроля внутреннего состояния отсеков.
Кроме того, емкость снабжена уровнемером, расположенным в отсеках тонкой и грубой очистки, представляющим собой уровнемер поплавкового типа и обеспечивающим визуальный контроль заданного уровня наполнения скважинной жидкости в отсеки емкости.
Устройство снабжено нагнетательным насосом с приводом, который соединен с отсеком тонкой очистки емкости посредством выходного трубопровода.
Устройство работает следующим образом:
Скважинную жидкость, представляющую собой, например, смесь воды, конденсата, нефти, газа, песка и включений в виде некрупных частиц - с преобладающим количеством воды, под давлением из скважины подают в блок дросселирования, где скважинная жидкость теряет свой избыточный напор, то есть происходит снижение ее давления.
Далее, по входному трубопроводу скважинная жидкость поступает в дегазатор, где происходит отделение газа от скважинной жидкости.
Частично очищенная от газа скважинная жидкость по патрубкам для разделения потока, обеспечивающим дополнительное выделение газа из скважинной жидкости, поступает в очистительную емкость, где осуществляется ее грубая очистка в отсеке грубой очистки и тонкая очистка, соответственно, в отсеке тонкой очистки, где осуществляется процесс отстаивания скважинной жидкости в течение заданного времени, в результате которого происходит дополнительная очистка с выпадением осадка песка, включений.
После этого включают нагнетательный насос с приводом, который забирает очищенную скважинную жидкость из отсека тонкой очистки емкости по патрубкам выдачи выходного трубопровода, и доставляют очищенную скважинную жидкость по трубопроводу выдачи в систему нефтесбора.
В описанной установке производится очистка скважинной жидкости, и ее выдача из емкости может осуществляться непосредственно в месте ее сбора, без транспортировки цистерны.
Однако, как и в ранее описанных установках, процесс перекачки скважинной жидкости из скважины в систему нефтесбора регулируется оператором. В частности, оператор визуально по уровнемеру поплавкового типа следит за уровнем жидкости в емкости, запускает/останавливает нагнетательный насос при достижении заданного верхнего и, соответственно, заданного нижнего уровней жидкости в цистерне.
При этом оператор вынужден работать на открытом воздухе в любой сезон, что затрудняет обслуживание установки. В темное время суток работа оператора практически невозможна.
Необходимость присутствия оператора на всех стадиях процесса перекачки скважинной жидкости из скважины в систему нефтесбора не позволяет обеспечить автономное и непрерывное осуществление процесса.
Настоящее техническое решение направлено на решение проблемы создания мобильной насосной установки для перекачивания скважинной жидкости из скважины в систему нефтесбора, в которой процесс заполнения емкости скважинной жидкостью и ее откачка из емкости в систему нефтесбора регулировался бы автоматически, с тем, чтобы обеспечить непрерывную и автономную работу установки и тем самым повысить эффективность, безопасность и безаварийность ее работы, а также повысить эффективность и упростить обслуживание установки.
Технический результат, который достигается настоящей полезной моделью, заключается в обеспечении автоматической регулировки процесса перекачивания скважинной жидкости из скважины в систему нефтесбора.
Поставленная проблема решается тем, что в мобильной насосной установке для перекачивания жидкости из скважины в систему нефтесбора, содержащей установленную на передвижной платформе емкость для сбора скважинной жидкости, включающую входную линию для заполнения емкости скважинной жидкостью и выходную линию для ее опорожнения, насосный агрегат на выходной линии, содержащий приемную линию, соединенную с выходной линией емкости, и линию нагнетания, соединяемую с системой нефтесбора, согласно предлагаемой полезной модели, она содержит установленные в емкости датчик нижнего уровня жидкости и датчик верхнего уровня жидкости, клапан электромагнитный, установленный на входной линии емкости, и контроллер управления, соединенный с указанными датчиками, электромагнитным клапаном и насосным агрегатом с возможностью управления работой электромагнитного клапана и насосного агрегата в зависимости от показаний датчиков верхнего и нижнего уровня жидкости в емкости.
Наличие контроллера управления, соединенного с указанными насосным агрегатом, электромагнитным клапаном и датчиками уровня жидкости в емкости, позволяет автоматизировать процесс перекачивания скважинной жидкости из скважины в систему нефтесбора. В частности, автоматический контроль за уровнем скважинной жидкости в емкости, и автоматический запуск или остановка насосного агрегата, открытие или закрытие электромагнитного клапана на входной линии емкости в зависимости от уровня жидкости в емкости, обеспечивает автономность и непрерывность работы установки.
Целесообразно, чтобы на приемной линии насоса был установлен фильтр и датчик давления, соединенный с контроллером управления с возможностью остановки насосного агрегата при понижении давления на приемной линии насоса ниже предельно допустимого.
Датчик давления на приемной линии насосного агрегата предназначен для предотвращения аварийных ситуаций при работе установки. В частности, датчик осуществляет контроль наличия жидкости и защиту от «сухого» хода насосного агрегата в результате засорения фильтра.
Целесообразно, чтобы на нагнетательной линии насоса были установлены датчик давления и обратный клапан, при этом датчик давления соединен с контролером с возможностью остановки насосного агрегата при превышении давления на выходной линии насоса выше предельно допустимого.
Датчик давления и обратный клапан на нагнетательной линии насосного агрегата предназначены для предотвращения аварийных ситуаций при работе установки. В частности, датчик давления измеряет давление нагнетания насосного агрегата. В случае достижения давления нагнетания критического давления в системе нефтесбора (предельное давление, на которое рассчитана система нефтесбора, составляет около 40 атмосфер), контроллер блокирует питание электродвигателя насосного агрегата, что приводи к его остановке. При этом обратный клапан предотвращает попадания скважинной жидкости из линии нагнетания насосного агрегата в емкость при прекращении работы насосного агрегата.
Целесообразно, чтобы установка включала радиостанцию, антенну и радиомодемом, соединенным с контролером.
При этом обеспечивается возможность дистанционного контроля работы установки, в том числе, дистанционный контроль работы насосного агрегата, включая его запуск и остановку; контроль по давлению на приеме и выходе насосного агрегата, контроль текущего динамического уровня в емкости, контроль предельного минимального и максимального уровня в емкости, возможность отсечения входного трубопровода при отсутствии напряжения питания или в аварийных ситуациях, объему откаченной жидкости и пр. параметрам.
Целесообразно, чтобы выходная линия цистерны, насосный агрегат с приемной и нагнетательной линиями и контроллер были размещены в технологическом блоке-боксе, установленном на платформе.
Наличие на платформе технологического блока-бокса обеспечивает удобное обслуживание и ремонт оборудования установки.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель будет более подробно раскрыта на конкретных примерах ее выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображены:
фиг. 1 - общий вид установки;
фиг. 2 - общая функциональная схема установки.
На фиг. 1 показан общий вид установки для перекачивания жидкости из скважины в систему нефтесбора.
Насосная установка выполнена мобильной и содержит передвижную платформу 1, технологический блок-бокс 2 и емкость 3, установленные на передвижной платформе 1.
Платформа 1 выполнена с возможностью соединения с транспортным средством (не показано). В качестве платформы 1 может быть использован специальный тракторный прицеп, например, прицеп с грузоподъемностью в статическом положении - 55 т.
3
В преимущественном варианте емкость 3 имеет объем 40 м, но возможно использование емкости другого объема в зависимости от задач установки и типа платформы. В преимущественном варианте, емкость 3 выполнена с возможностью очистки скважинной жидкости при ее прохождении через емкость 3. Например, емкость 3 может быть выполнена как очистительная емкость, описанная в прототипе, но возможна и иная конструкция.
В частности, как условно показано на фиг. 1, емкость 3 разделена перегородкой 31 на входной отсек 32 и выходной отсек 33 с целью обеспечения отделения от поступающей жидкости механических частиц и их накопления.
Для очистки емкости 3 и удаления из нее грязи в верхней части входного и выходного отсеков 32 и 33 емкости 3 выполнены люки 34, в нижней части входного отсека 32 емкости 3 выполнен патрубок 35 и боковой люк 36 для очистки емкости. В нижней части перегородки 31 установлена шиберная заслонка 311 для перемещения осадков со дна емкости 3 во входной отсек 32, в котором предусмотрены боковой люк 36 и патрубок 35.
Технологический блок-бокс 2 выполнен из профлиста или сендвич-панелей и снабжен дверью 201 с возможностью нахождения в блоке-боксе оператора.
На крыше технологического блока-бокса 2 установлена мачта 4 с радиоантенной 5.
На фиг. 2 показана общая функциональная схема установки.
Емкость 3 имеет входную линию 37, соединяемую со скважиной (не показано), для заполнения емкости 3 скважинной жидкостью и выходную линию 38 для ее опорожнения. Входная и выходная линии 37 и 38 включают выполненные известным образом трубопроводы с соединительными элементами, например, трубой манифольда (не показана) и запорной арматурой в виде задвижек (не показаны), управляемых в ручном режиме.
На верхней стенке емкости 3 установлен клапан 6 (фиг. 1) дыхательный для отвода газа, отделяемого от поступающей в емкость 3 скважинной жидкости. Емкость 3 снабжена датчиком давления 7 (фиг. 2) для измерения и контроля давления скважинной жидкости в емкости 3.
В качестве датчика давления 7 может быть использован известный измерительный датчик давления, например, преобразователь давления измерительный АИР-30М.
Внутри емкости 3 установлены датчик 8 нижнего уровня скважинной жидкости в емкости и датчик 9 верхнего уровня скважинной жидкости в емкости.
В качестве датчиков 8 и 9 нижнего и верхнего уровней могут быть использованы известные датчики, например датчики сигнализаторы уровня СУР-10.
Кроме того, в преимущественном варианте, емкость 3 снабжена датчиком 10 уровня для контроля динамики ее наполнения. В качестве датчика 10 уровня может быть использован уровнемер поплавкового типа.
На входной линии 37 емкости 3 установлен клапан 11 электромагнитный. Могут быть использованы известные клапаны электромагнитные взрывозащищенные.
Выходная линия 38 емкости соединена с насосным агрегатом 12, включающим приемную линию 121, соединенную с выходной 38 линией емкости 3, и нагнетательную линию 122.
В преимущественном варианте, на приемной линии 121 насосного агрегата 12 установлены запорный кран 13, фильтр 14 и датчик 15 давления. Фильтр 14 предназначен для очистки перекачиваемой из емкости 3 жидкости от механических примесей. Предпочтительно использовать фильтр, в котором обеспечивается возможность оперативной очистки фильтрующего элемента, например фильтр сетчатый жидкостной.
Запорный кран 13 предназначен для остановки подачи скважинной жидкости из емкости 3 на насосный агрегат 12 в ручном режиме, в частности на начальном этапе эксплуатации установки.
Датчик 15 давления на приемной линии 121 осуществляет контроль наличия жидкости и защиту от «сухого» хода насосного агрегата 12 в результате засорения фильтра.
В качестве датчика давления 15 может быть использован известный измерительный датчик давления, например, преобразователь давления измерительный АИР-30М,
В преимущественном варианте используют насосный агрегат с производительностью не менее 2000 л/час и максимальным давлением - 4,0 МПа·с взрывозащищенным электродвигателем.
На нагнетательной линии 122 насосного агрегата 12 установлены датчик 16 давления, манометр 17. Датчики давления 15, 16 и манометр 17 снабжены вентилями 18. На нагнетательной линии установлены также предохранительный клапан 19, расходомер 20 объемного типа и обратный капан 21. Кроме того, выходная линия 38 емкости 3 соединена с дренажной линией 22 с установленными на ней кранами 221 шаровыми для опорожнения технологической обвязки (выходной линии емкости, приемной и нагнетательной линий насосного агрегата) перед проведением ремонтных работ.
В качестве датчика давления 16 может быть использован известный измерительный датчик давления, например, преобразователь давления измерительный АИР-30М. Известны готовые манометры, которые могут быть использованы в данной установке, например, манометр тип МП4-УУ2.
Устройство снабжено контролером 23 управления, соединенным с датчиками 8 и 9 нижнего и верхнего уровней скважинной жидкости в емкости 3, клапаном 11 электромагнитным на входной линии 37 емкости 3, насосным агрегатом 12 на выходной линии 38 емкости 3, которые в совокупности образуют систему автоматического управления установкой.
Кроме того, система автоматического управления установкой, в преимущественном варианте, включает соединенные с контроллером 23 датчик 10 уровня, датчики давления 15, 16 на приемной и нагнетательной линиях 121 и 122 насосного агрегата 12 и датчик 7 давления, установленный на емкости 3, радиомодем 231 (показан условно) на котроллере 23 и радиостанция включающая мачту 4 с радиоантенной 5.
Система автоматического управления установкой, включающая контроллер 23 и соединенные с ним приборы, показана условно без электрической схемы, которая может быть создана специалистом известными методами построения электрических схем.
В качестве контроллера 23 может быть использован известный программируемый промышленный контроллер, применяемый в промышленности и других отраслях для автоматизации технологических процессов.
Насосный агрегат 12 с приемной и нагнетательной линиями 121 и 122 и установленными на них оборудованием размещен в технологическом блоке-боксе 2.
В частности в технологическом блоке-боксе 2 размещены на приемной линии 121 насосного агрегата 12: запорный кран 13, фильтр 14 и датчик 15 давления; на нагнетательной линии 122 насосного агрегата 12 размещены: датчик 16 давления, манометр 17 с манометрическим вентилем 18, предохранительный клапан 19, расходомер 20, обратный капан 21, дренажная линия 22 с установленными на ней кранами 221 шаровыми.
Кроме того, в технологическом блоке боксе размещен контроллер 23 с радиомодемом 231 и радиостанцией 232, предназначенные для приема и передачи в удаленный диспетчерский пункт (не показана) контролируемых параметров работы установки.
Контролер 23 с радиомодемом 231 и радиостанцией 232 размещены в шкафу 24, установленном в блоке-боксе 2.
Шкаф 24, в преимущественном варианте, выполнен во взрывозащищенном исполнении с индикацией наличия напряжения с лицевой стороны, возможностью запуска и остановки насосного агрегата в ручном режиме,
Кроме того, технологический блок-бокс оборудован вентиляционной системой, системой сигнализации загазованности, средствами пожаротушения, освещением и электрообогревом помещения и другими устройствами, необходимыми для обеспечения работы (не показаны).
Установка работает следующим образом.
На первом этапе, после размещения установки в районе скважины, в ручном режиме открывают запорный кран 13 на приемной линии 121 насосного агрегата 12.
При подаче электропитания на установку автоматически открывается клапан 11 электромагнитный на входной линии 37 емкости 3 и скважинная жидкость самотеком поступает в емкость 3. При достижении уровня жидкости верхнего заданного уровня, срабатывает датчик 9 верхнего уровня, который передает сигнал на контроллер 23. Контроллер 23, получив сигнал от датчика 9 верхнего уровня, подает сигнал на клапан 11 электромагнитный, по которому клапан 11 электромагнитный закрывается и перекрывает доступ скважинной жидкости в емкость 3. Одновременно контроллер 23 подает сигнал на электродвигатель (не показан) насосного агрегата 12, который запускает насосный агрегат 12. Насосный агрегат 12 начинает откачивать скважинную жидкость из емкости 3. При достижении уровня скважинной жидкости нижнего заданного уровня срабатывает датчик 8 нижнего уровня, который подает сигнал на контроллер 23. Контроллер 23 подает ответный сигнал на насосный агрегат 12, останавливая его работу, и сигнал на клапан 11 электромагнитный, который по этому сигналу открывается. Описанный цикл повторяется до достижения заданного уровня жидкости в скважине.
При этом клапан 11 электромагнитный автоматически закрывается при пропадании напряжения питания установки.
Показанный процесс перекачки скважинной жидкости из скважины в емкость 3 и из емкости 3 в систему нефтесбора осуществляется автоматически, без вмешательства оператора, что обеспечивает непрерывную и автономную работу установки и тем самым позволяет повысить эффективность ее работы, а также повысить эффективность обслуживания установки.
При открытии клапана 11 электромагнитного скважинная жидкость, представляющая собой, например, смесь воды, конденсата, нефти, газа, песка и включений в виде некрупных частиц - с преобладающим количеством воды, протекая через клапан 11 электромагнитный, теряет свой избыточный напор, то есть происходит снижение ее давления.
В емкости 3 скважинная жидкость дегазируется, отвод газа сепарирующего из жидкости, производится через клапан 6 дыхательный, установленный на емкости.
Во входной секции 32 и выходной секции 33 емкости 3 происходит отделение механических частиц от скважинной жидкости и их оседание и накопление на дне емкости 3.
При завершении работы установки емкость 3 очищают через люк 34, патрубок 35 и боковой люк 36.
В процессе работы установки осуществляют автоматический контроль ее параметров, в том числе контролируют давление в емкости 3, давление на приемной 121 и нагнетательной линии 122 насосного агрегата 12, расход перекачиваемой скважинной жидкости и другие заданные параметры.
Автоматический контроль давления в емкости, на приемной и нагнетательной линиях осуществляют, в том числе, с цель предотвращения аварийной ситуации и выхода из строя установки.
В частности датчиком давления 7 измеряют давление в емкости 3, чтобы не допустить предельно допустимого повышения давления, которое может возникнуть в результате эксплуатации установки. При пониженных температурах возможно оседание конденсата на дыхательном клапане 6, что может привести к повышению давления в емкости.
Датчик 15 давления на приемной линии 121 измеряет давление скважинной жидкости с целью контроля наличия жидкости на приеме насосного агрегата 12. Контроль наличия скважинной жидкости на приемной линии 121 насосного агрегата 12 требуется для предотвращения аварийной эксплуатации насосного агрегата без рабочего агента (скважинной жидкости), например при засорении фильтра 14 насосного агрегата 12.
Датчиком давления 16 измеряют давление на нагнетательной линии 122 насосного агрегата 12. В случае достижения давления нагнетания критического давления в системе нефтесбора (предельное давление, на которое рассчитана система нефтесбора, составляет около 40 атмосфер), контроллер блокирует питание электродвигателя насосного агрегата, что приводи к его остановке. При этом обратный клапан 21 предотвращает попадания жидкости из линии нагнетания 122 насосного агрегата 12 в емкость 3 при прекращении работы насосного агрегата.
Кроме того, при превышении давления в линии нагнетания выше предельно заданного, автоматически срабатывает предохранительный клапан 19, предотвращающий подачу скважинной жидкости в систему нефтесбора.
Кроме того, датчиком 10 уровня измеряют динамическое наполнение емкости 3, расходомером 20 замеряют объем перекаченной скважинной жидкости из емкости 3 в сборный нефтегазопровод.
Измеряемые параметры передаются в автоматически режиме с контроллера по системе радиосвязи на удавленный диспетчерский пункт, с возможностью видеть работу насосной станции. При необходимости обеспечивается возможность дистанционного изменения режима работы оборудования, запуск или остановку откачки жидкости или закрытие/открытие запорно-регулирующую арматуру на приемной линии емкости.
Система автоматизации позволяет осуществлять процесс регулирования давления и расхода жидкости, поступающей со скважины, ее накопление и закачку в систему нефтесбора в автоматическом режиме.
В случае технологической необходимости, например, при профилактическом осмотре работы установки, визуально оператором могут быть получены параметры об уровне скважинной жидкости в емкости 3 по уровнемеру 10 и о величине давления на линии нагнетания насосного агрегата по показаниям манометра 17.
При полной остановке работы установки, например при завершении ее работы на скважине или при других причинах остановки установки, открывают краны 221 шаровые дренажной линии 22 с целью слива скважинной жидкости из приемной и нагнетательной линий насосного агрегата.