СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ НЕФТИ НА ПОДГОТОВКУ С НЕСКОЛЬКИХ ОБЪЕКТОВ
METHOD OF OIL FROM SEVERAL OBJECTS TRANSPORTATION TO PROCESSING

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к системе сбора и транспорта нефти.
Известен способ сбора нефти (см. книгу: Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. - М.: Недра, 1974 г., стр.11-13), включающий: транспорт продукции скважин (нефти) по выкидным линиям, измерение на групповой замерной установке, транспорт нефти на дожимную насосную станцию, включающую сепаратор первой ступени с насосным агрегатом, сборный коллектор нефти, транспорт нефти на установку подготовки нефти, транспорт товарной нефти по трубопроводу товарной нефти.
Недостатком данного способа сбора является неравномерность поступления нефти на установку подготовки от дожимной насосной станции (ДНС), вызванная неравномерностью поступления нефти на ДНС и периодическим режимом откачки нефти с ДНС насосными агрегатами, обусловленным необходимостью ожидания заполнения емкостей на ДНС.
Наиболее близким по технологическим признакам к предлагаемому способу сбора является способ транспорта нефти (см. С.И.Братцев и др. Разработка программного модуля диагностики состояния инженерной сети нефтегазодобычи // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2003. - №11. - С.35 - 41), включающий: транспорт сырой нефти по трубопроводам сырой нефти на дожимные насосные станции (ДНС), транспорт нефти с ДНС на нефтесборные пункты, транспорт нефти на установку подготовки нефти, транспорт товарной нефти по трубопроводу товарной нефти.
В данном способе нефть на установку подготовки транспортируют с нескольких направлений (ДНС). Нефть с нескольких ДНС смешивают и в общем потоке подготавливают на установке подготовки. При этом работа (откачка/накопление) всех ДНС, сдающих нефть на установку подготовки, между собой не согласована, поступление нефти от каждой ДНС имеет периодический характер. На Фиг.1 представлены графики поступления нефти на установку подготовки нефти на примере четырех объектов. График 5 отображает общий поток нефти, поступающей на установку подготовки, образованный суммой потоков нефти от четырех ДНС (графики 1-4).
Неравномерность поступающего потока на подготовку вызвана следующими причинами:
- неравномерностью поступления нефти по отдельным направлениям;
- периодической откачкой нефти с ДНС;
- не согласованной работой ДНС, при которой возможны одновременный запуск или остановка откачки с нескольких ДНС.
Вследствие перечисленных причин возможны значительные изменения количества поступающей нефти на подготовку, нестабильная работа установки подготовки нефти, что сказывается на качестве нефти, газа и воды (которую впоследствии закачивают в пласт), а также неоптимальная работа ДНС и, как следствие, увеличение энергозатрат на транспортировку нефти.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение равномерного поступления нефти на установку подготовки и, как следствие, экономия затрачиваемой электроэнергии и материальных ресурсов, повышение качества подготовки нефти, более качественная очистка воды, направляемой с установки подготовки нефти для закачки в пласт.
Техническая задача решается предлагаемым способом транспортирования нефти на подготовку, включающим перекачку нефти дожимными насосными станциями (несколькими объектами).
Новым является то, что при транспортировании нефти на установку подготовки нефти с нескольких дожимных насосных станций обеспечивают постоянный поток нефти путем согласования и рассогласования работы нескольких дожимных насосных станций во времени, при этом осуществляют регулирование производительности насосного агрегата по крайней мере одной из ДНС, для чего при достижении уровня нефти в емкостях ДНС заданных минимальных значений соответствующие ДНС периодически останавливают и откачку нефти прекращают с таким условием, чтобы для нескольких ДНС время их совместной работы было минимальным или равно нулю, а запуск остальных ДНС осуществляют одновременно и поддерживают их непрерывную работу с изменяющейся скоростью откачки нефти, обеспечивающей колебание суммы потоков от ДНС минимально возможным, при этом объемы емкостей на ДНС уменьшают. Количество дожимных насосных станций, транспортирующих нефть на одну установку подготовки нефти, для отдельных установок подготовки нефти различно, может составлять две и более ДНС и определяется количеством нефтяных месторождений (лицензионных участков), объектов (цеха добычи, малые нефтяные компании), нефть с которых поступает на одну (общую) установку подготовки нефти.
1
2
3
6
1
4
2
5
3
7
6
8
На Фиг.1 представлены графики потоков нефти 1-4, поступающих на одну установку подготовки нефти, на примере четырех объектов (ДНС) и общий поток нефти 5, поступающий на подготовку, образованный суммой потоков 1-4 нефти от четырех ДНС без использования предлагаемого способа. Моменты времени t, t, t, t соответствуют началу работы второй (график 2), первой (график 1), третьей (график 3) и четвертой (график 4) ДНС соответственно. Интервал времени t-t соответствует продолжительности работы (откачки нефти) второй ДНС, t-t - продолжительность работы первой ДНС, t-t - продолжительность работы третьей ДНС и t-t - продолжительность работы четвертой ДНС. Из графиков, приведенных на Фиг.1, видно, что работа четырех ДНС не согласована, поступление нефти от отдельных объектов имеет периодический характер, а общий поток нефти (график 5), поступающей на подготовку, имеет значительную неравномерность (максимальное и минимальное значения различаются кратно).
На Фиг.2 представлена схема осуществления способа на примере четырех объектов (ДНС), транспортирующих нефть на одну установку подготовки нефти.
Способ включает в себя (см. Фиг.2) поступление сырой нефти (поток I) по трубопроводам, накопление нефти в емкостях 1 и в емкости 1' с уровнемерами 2, передачу (поток II) информации от уровнемера 2 об уровне нефти в емкостях 1 и 1' в станции управления 3 и 3', управление (поток III) работой насосных агрегатов 4 станциями управления 3, откачку нефти (потоки IV и поток IV') из емкостей 1 и 1' насосными агрегатами 4 и 4', смешивание нефти от четырех объектов (потоки IV и поток IV') в общий поток V, измерение количества нефти в общем потоке V расходомером 5, передачу информации (поток VI) о результатах измерения количества нефти в общем потоке V в контроллер 6, обработку результатов измерения (поток VI) количества нефти в общем потоке V контроллером 6, передачу информации (поток VII) от станций управления 3 в контроллер 6 и от контроллера 6 в станции управления 3, передачу информации (поток VII') от станции управления 3' в контроллер 6 и от контроллера 6 в станцию управления 3', регулирование производительности (поток VIII и поток VIII'), по крайней мере, одного насосного агрегата (например, насосного агрегата четвертого объекта) устройством управления 7 (вся нумерация с ' относится к четвертому объекту).
На Фиг.3 представлены графики поступления нефти на подготовку в варианте четырех ДНС с использованием предлагаемого способа.
На Фиг.4 представлены графики поступления нефти на подготовку в варианте с трех ДНС без использования предлагаемого способа транспорта нефти.
На Фиг.5 представлены графики поступления нефти на подготовку в варианте с трех ДНС с применением предлагаемого способа транспорта нефти.
Способ осуществляют в следующей последовательности.
Нефть (поток I) поступает (см. Фиг.2) и накапливается в емкостях 1 и 1', в которых осуществляют измерение уровня нефти уровнемерами 2. Информацию (поток II) об уровне нефти в емкостях 1 и 1' передают на станции управления 3 и 3' и передают (поток VII) в контроллер 6. При достижении уровнем нефти в емкостях 1 соответствующих верхних заданных (установленных) уровней контроллером 6 формируют сигнал для соответствующих станций управления 3 на запуск соответствующих насосных агрегатов 4, станции управления 3 формируют сигналы на запуск соответствующих насосных агрегатов 4 и на начало откачки нефти (поток IV) из емкостей 1 в общий поток V. При достижении уровнем нефти в емкостях 1 соответствующих минимальных заданных значений формируют контроллером 6 для соответствующих станций управления 3 сигнал на остановку соответствующих насосных агрегатов 4, соответствующие насосные агрегаты 4 останавливают и откачку прекращают. Рассогласование работы насосных агрегатов 4 соответствующих объектов - дожимных насосных станций (ДНС) - осуществляют таким образом, чтобы для нескольких ДНС, выбранных из всех ДНС, транспортирующих нефть на одну установку подготовки нефти (на Фиг.2 не показана), время совместной работы было минимальным или равно нулю. При этом работу остальных ДНС из количества ДНС, транспортирующих нефть на одну установку подготовки нефти, согласуют таким образом, чтобы запуск и останов насосных агрегатов 4 осуществлялись одновременно. Рассогласование и согласование работы насосных агрегатов 4 ДНС осуществляют для того, чтобы колебание суммы потоков этих ДНС было минимально возможным. В приведенном примере для согласования и рассогласования работы по времени выбраны насосные агрегаты 4 первых трех объектов (ДНС). Одновременный запуск и остановка насосных агрегатов 4 из выбранных объектов, рассогласование и согласование во времени моментов пуска и останова насосных агрегатов 4 выбранных объектов осуществляется контроллером 6, в соответствии с заложенным алгоритмом, устанавливающим объекты, запуск и остановка насосных агрегатов которых должна осуществляться одновременно или последовательно, а также определяющим необходимые уровни нефти в емкостях 1 для запуска и остановки насосных агрегатов 4 соответствующих объектов.
Управление работой насосного агрегата 4', по крайней мере, одной ДНС (в данном примере выбрана четвертая ДНС) осуществляют следующим образом. Производительность (скорость откачки нефти) насосного агрегата 4' подбирают таким образом, чтобы обеспечить непрерывную откачку нефти (поток IV') из емкости 1', при этом объект оснащают дополнительно устройством управления 7 (например, станция управления насосным агрегатом с частотным приводом), которым осуществляют изменение скорости откачки нефти с объекта таким образом, чтобы общий поток нефти (поток V) оставался неизменным при изменении режима работы остальных ДНС (включения или выключения объектов). Управление осуществляют следующим образом. Расход нефти в общем потоке V измеряют расходомером 5 и передают информацию о расходе (поток VI) в контроллер 6. В контроллере 6 в соответствии с заложенной программой (алгоритмом) работы осуществляют проверку выхода величины расхода нефти за пределы установленного диапазона. При изменении расхода нефти в общем потоке V и выходе из допустимого диапазона контроллером 6 формируют сигнал управления VII' для устройства управления 7, которое осуществляет через станцию управления 3' регулирование производительности насосного агрегата 4' и, соответственно, изменение расхода нефти (поток IV') с выхода объекта (увеличение или уменьшение соответственно). Таким образом, обеспечивают постоянство общего потока нефти V, поступающей на подготовку. При этом уровень нефти в емкости 1' поддерживается таким образом, чтобы обеспечить при изменяющейся производительности непрерывную работу насосного агрегата 4', допускается изменение (колебание) уровня нефти в емкости 1' в определенном диапазоне. Производительность насосного агрегата 4' рассчитывается и устанавливается таким образом, чтобы для поддержания потока нефти V неизменным при минимальной необходимой производительности насосного агрегата 4' осуществлялось накопление нефти в емкости 1', при максимальной необходимой производительности насосного агрегата 4' осуществлялось снижение уровня накопленной нефти в емкости 1' до минимально допустимого уровня, необходимого для обеспечения непрерывной работы насосного агрегата 4'.
Если одного объекта для регулирования общего потока недостаточно, то регулирование производительности насосного агрегата осуществляют дополнительно на другом (других) объекте.
Рассмотрим вариант согласования, рассогласования и регулирования работы объектов на примере четырех ДНС (см. Фиг.3).
1
2
2
3
1
2
3
4
5
6
2
3
4
5
Работа первой и второй ДНС (графики 1 и 2) организована таким образом, что моменты пуска и останова насосных агрегатов 4 (см. Фиг.2) t-t (см. Фиг.3) обеих ДНС совпадают. Работа третьей ДНС (график 3) разнесена во времени с работой первой и второй ДНС (графики 1 и 2) таким образом, что момент остановки работы t первой и второй ДНС совпадает с моментом начала работы третьей ДНС (график 3), а момент остановки работы t третьей ДНС соответствует началу работы первой и второй ДНС. Режим работы первых трех ДНС (графики 1-3) остается периодическим. Работу четвертой ДНС (график 4) поддерживают непрерывной с изменяющейся скоростью откачки нефти с ДНС за счет регулирования производительности насосного агрегата 4' (см. Фиг.2). В интервалы времени t-t, t-t, t-t (см. Фиг.3) производительность насосного агрегата 4' (см. Фиг.2) (скорость откачки нефти) четвертой ДНС (график 4) (см. Фиг.3) снижена, в интервалы времени t-t, t-t производительность (скорость откачки нефти) насосного агрегата 4' (см. Фиг.2) увеличена.
1
2
3
4
5
6
2
3
4
5
2
3
4
5
Общий поток нефти (график 5) (см. Фиг.3) в интервалы времени t-t, t-t, t-t определяется суммой потоков нефти от первой, второй и четвертой ДНС (графики 1, 2 и 4 соответственно). В интервалы времени t-t, t-t работа первой и второй ДНС остановлена и общий поток нефти (график 5) определяется суммой потоков нефти третьей (график 3) и четвертой (график 4) ДНС. При этом сумма потоков нефти первой и второй ДНС (графики 1 и 2) больше потока нефти третьей ДНС (график 3). Для поддержания общего потока нефти (график 5) неизменным в интервалах времени t-t и t-t производительность насосного агрегата 4' (см. Фиг.2) (скорость откачки нефти) четвертой ДНС (график 4) (см. Фиг.3) увеличивают.
Примеры конкретного выполнения предлагаемого способа.
3
3
3
3
На вход УПВСН-1 поступает нефть на подготовку с четырех объектов: «ДНС-206» (количество 23,1 м/ч), «ДНС-205» (количество 54,5 м/ч), «ДНС-207» (количество 38,6 м/ч), «ДНС-1» (количество 31,2 м/ч).
3
Поступление нефти на подготовку до применения предлагаемого способа (см. Фиг.1) с «ДНС-207» показано на графике 1, с «ДНС-206» - на графике 2, с «ДНС-205» - на графике 3 и с «ДНС-1» - на графике 4. График 5 отображает количество нефти, поступающей на подготовку, в общем потоке (сумма потоков нефти, поступающих от четырех ДНС). При этом диапазон изменения количества поступающей в общем потоке нефти составляет 23,1-116,2 м/ч, максимальное значение в 5 раз превышает минимальное значение. На Фиг.2 «ДНС-207», «ДНС-206», «ДНС-205», «ДНС-1» показаны соответственно: объект номер один, объект номер два, объект номер три и объект номер четыре.
На Фиг.3 представлена работа четырех ДНС («ДНС-206», «ДНС-205», «ДНС-207», «ДНС-1») и поступление нефти на вход УПВСН-1 с использованием предлагаемого способа транспортирования нефти.
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
2
3
4
5
3
3
3
3
3
3
Работа «ДНС-207» (график 1) и «ДНС-206» (график 2) была совмещена по времени, обеспечены одновременные запуск и остановка насосных агрегатов 4 (см. Фиг.2, соответственно первый и второй объекты) двух ДНС в интервалах t-t, t-t, t-t (см. Фиг.3). При этом количество откачиваемой нефти с «ДНС-207» и «ДНС-206» не изменилось и составляет 38,6 м/ч и 23,1 м/ч соответственно. Работа «ДНС-205» (график 3) в данных интервалах (t-t, t-t, t-t) остановлена, откачка нефти с «ДНС-205» осуществляется в интервалах времени t-t, t-t в количестве 54,5 м/ч. Производительность насосного агрегата 4' (см. Фиг.2, четвертый объект) «ДНС-1» (график 4) (см. Фиг.3) установлена 12 м/ч в интервалах времени t-t, t-t, t-t и 19,2 м/ч в интервалы времени t-t, t-t. Таким образом, применение данного способа транспортирования нефти на УПВСН-1 позволило обеспечить равномерное поступление нефти в количестве 85,7 м/ч.
В ситуациях, когда согласование моментов включения или выключения двух или более объектов по времени невозможно или затруднено (например, емкость резервуара не позволяет обеспечить длительное накопление нефти), обеспечение постоянного поступления нефти осуществляют только за счет регулирования производительности насосного агрегата 4' (см. Фиг.2), без согласования и рассогласования работы объектов (ДНС) во времени.
Совместное применение согласования и рассогласования работы объектов (ДНС) во времени и регулирования производительности насосного агрегата 4' позволяет снизить диапазон регулирования производительности насосного агрегата 4' в 2-3 раза по сравнению с вариантом, при котором осуществляют только регулирование производительности насосного агрегата 4' (без согласования и рассогласования работы объектов - ДНС во времени).
Рассмотрим совместную работу трех объектов (ДНС) (на Фиг.2 не показаны) без использования предлагаемого способа на графиках (см. Фиг.4).
На графиках 1, 2 и 3 представлены потоки поступления нефти с трех ДНС, график 4 отображает общий поток нефти, поступающей на подготовку.
На графиках 1-4 (см. Фиг.5) представлена работа трех ДНС после использования предлагаемого способа для транспорта нефти.
Работа трех ДНС - (см. Фиг.4) график 1, график 2 и график 3 - не согласована по времени, отсутствуют совместные (одновременные) запуск и остановка откачки нефти с нескольких ДНС, отсутствует последовательная работа ДНС, при которой при остановке откачки нефти с одной ДНС начинает откачка нефти с другой ДНС.
1
2
2
3
3
4
При использовании способа (см. Фиг.5) работа первой ДНС (график 1) согласована с работой второй ДНС (график 2) таким образом, что при выключении насосного агрегата первой ДНС (график 1) начинается работа насосного агрегата второй ДНС (график 2). Регулирование производительности насосного агрегата осуществляется на третьей ДНС (график 3), при этом обеспечивается непрерывная работа насоса. График 4 отображает поступление нефти в общем потоке. В интервалы времени t-t общий поток нефти складывается из потоков нефти второй и третьей ДНС (графики 2 и 3 соответственно), отсутствие потока нефти от первой ДНС (график 1) компенсируется большей производительностью насосного агрегата третьей ДНС (график 3). В интервалы времени t-t общий поток состоит из суммы потоков трех ДНС, производительность насоса третьей ДНС в данном интервале минимальная. В интервале t-t общий поток состоит из потоков нефти первой и третьей ДНС (графики 1 и 3 соответственно), отсутствие потока нефти со второй ДНС (график 2) компенсируется большей производительностью насоса третьей ДНС (график 3). Таким образом, согласование во времени работы первой и второй ДНС и управление производительностью насосного агрегата третьей ДНС обеспечивают равномерное поступление нефти в общем потоке (график 4) на подготовку.
3
3
3
3
Применение предлагаемого способа транспортирования нефти позволяет за счет согласования и рассогласования во времени работы насосных агрегатов, снижения количества одновременно работающих насосных агрегатов и снижения количества пусков и остановок насосного агрегата, по крайней мере, одного из объектов снизить давление транспортирования и затраты электроэнергии на 10%. Снижение неравномерности потока нефти и обеспечение равномерного поступления нефти на подготовку позволяет при проведении реконструкции установки подготовки нефти или при строительстве новой установки применить резервуары, устанавливаемые на линии поступления нефти на подготовку в общем потоке, с меньшим объемом (например, установить вместо резервуара объемом 5000 м резервуар объемом 2000 м или вместо резервуара объемом 2000 м установить резервуар объемом 1000 м). Применение резервуаров меньшего объема позволяет снизить капитальные затраты в 1,3-2,5 раза. Равномерное поступление нефти на подготовку и, соответственно, равномерная загрузка сепарационного оборудования и установки подготовки нефти позволяет повысить качество разделения нефти и воды в отстойниках, снизить остаточное количество нефти, содержащейся в сбрасываемой воде и направляемой для последующей закачки в пласт, также позволяет снизить капельный унос нефти газом при сепарации нефти.