НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ГАЗОСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЫ
PUMP STATION FOR PUMPING OF MULTI-COMPONENT GAS-CONTAINING MEDIUM

Изобретение относится к технике перекачивания углеводородов, а именно к насосным станциям для перекачивания многокомпонентных газожидкостных смесей, преимущественно продукции нефтяных скважин, и может быть использовано в нефтяной и нефтегазовой отраслях промышленности.
Известен способ перекачки продукции нефтяных скважин, включающий сепарацию многокомпонентной газосодержащей смеси перед поступлением в насосную станцию (Нефтепромысловое оборудование. Справочник. Под ред. Е.И.Бухаленко. - М.: Недра, 1990, стр.425).
Недостатком известного способа является необходимость в полном удалении газа от жидкой фракции при сепарации (сложность процесса), а также потеря газа и отрицательные экологические последствия при его сжигании в факельной установке.
Известны различные технические решения для нагнетания газожидкостной смеси: насосные установки, содержащие дозировочный и дожимной поршневые насосы, соединенные между собой посредством трубопровода и клапана (а.с. СССР №1339297, опубл. 23.09.87; а.с. СССР №1585545, опубл. 15.08.90), насосные станции с предварительным разделением продукции нефтяных скважин перед станцией на нефть, воду и газ с последующим раздельным нагнетанием и смешением после станции (а.с. СССР №623049, опубл. 1978; а.с. СССР №653481, опубл. 1979, пат. РФ №2007659, опубл. 1994).
Недостатками известных технических решений являются сложность конструкции, низкая надежность в работе и высокая стоимость насосных станций, реализующих указанные технические решения.
Известна насосная станция для перекачивания многофазных смесей, содержащая установленный на трубопроводе винтовой насос (П.Е.Амосов и др. Винтовые компрессорные машины. - Л.: Машиностроение, 1977, стр.13).
Указанная станция на основе винтового насоса проста по конструкции и в эксплуатации, надежна в работе, экономична (КПД до 75%). Однако при высоких газосодержаниях (60…100 об.%) и больших степенях повышения давления (5…10 раз и выше) ее КПД снижается до 20…30% и возникает недопустимо высокий перегрев винтового насоса из-за отсутствия жидкостного уплотнения и охлаждения в местах контакта винтов между собой и корпусом насоса.
Наиболее близкой по своей сущности и достигаемому техническому результату является насосная станция для перекачки многокомпонентной газосодержащей смеси, содержащая, по крайней мере, один насос, например винтовой насос, установленный на трубопроводе, при этом вход насоса соединен магистралью с дополнительной емкостью зажижения, заполненной нефтеводяной смесью (Патент RU 2239122 С2, опубл. 27.10.2004).
Основным недостатком указанной станции является то, что в емкости зажижения не контролируется уровень раздела газонефтяной и нефтеводяной фракций смеси, что может привести к перегреву насоса и выходу станции из строя при падении уровня ниже минимально обусловленного для надежной работы насоса и станции в целом.
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении бесперебойного перекачивания скважинных жидкостей - сырой нефти, газового конденсата, потоков смешанных углеводородов, включающих нефть, воду, пар, газоконденсат, в том числе с газовыми и водяными пробками переменного объема, а также с примесями твердых дискретных частиц, и в повышении надежности и длительности работы насосной станции в экстремальных ситуациях с исключением перегрева и выхода из строя насосного оборудования.
Поставленная задача решается тем, что предложенная насосная станция для перекачивания многокомпонентной газосодержащей среды с переменным содержанием газа согласно изобретению содержит не менее чем два, предпочтительно, винтовых насоса, установленных с возможностью перекачивания указанной среды от разных источников - скважин, кустов скважин; приданные насосам емкости зажижения, установленные с возможностью заполнения перекачиваемой средой и при необходимости водой, блок управления, технологическую обвязку и арматуру, включая сообщенные с каждым насосом подводящий и отводящий трубопроводы, циркуляционный контур с замыкающим трубопроводом, подключенным к емкости зажижения и через подводящий трубопровод к насосу с возможностью его охлаждения; электрически связанные с блоком управления не менее чем один установленный на замыкающем трубопроводе каждого циркуляционного контура регулируемый электромагнитный клапан и размещенную у выхода из насоса термопару; при этом емкость зажижения сообщена с внешней магистралью и выполнена в виде гидростатического сепаратора с корпусом, включающим расположенный в верхней части переменный газовый объем и расположенную под ним кубовую часть для жидкой среды, включающую два разных по назначению объема, один - расходуемый объем переменного заполнения, а другой - резервный объем, определенный из условия достаточности для охлаждения насоса в режиме перекачивания упомянутой среды с высоким содержанием газа, газовых пробок прогнозируемого объема и/или прогнозируемого времени работы в указанном режиме и поддерживаемый постоянным до включения в работу циркуляционного контура и полной выработки среды зажижения из расходуемого объема переменного заполнения указанной емкости, для чего корпус последнего наделен одним входным патрубком, двумя выходными патрубками, расположенными в стенке корпуса, и третьим - возвратным, размещенным в донной части корпуса и сообщенным с циркуляционным контуром, причем один из выходных патрубков расположен в верхней части корпуса, а другой ниже первого на уровне раздела упомянутых расходуемого переменного заполнения и резервного объемов кубовой части емкости зажижения, кроме того, по меньшей мере, один из насосов станции дополнительно регулируемо сообщен на входе с другим насосом, запитанным от другого источника многокомпонентной среды с взаимной возможностью подачи, по меньшей мере, жидкой составляющей указанной среды или воды для охлаждения каждого из сообщенных таким образом насосов, в экстремальных ситуациях связанных с исчерпанием указанной среды в емкости зажижения, приданной любому из указанных насосов.
При этом, по меньшей мере, один из насосов у входа и/или не менее чем одна из емкостей зажижения могут быть подключены к источнику водоснабжения через дополнительный регулируемый электромагнитный клапан, электрически связанный с блоком управления через замедлитель исполнения команд на включение подачи в емкость зажижения воды до второго подъема температуры в насосе после срабатывания первого регулируемого электромагнитного клапана на включение охлаждения насоса через циркуляционный контур жидкостным компонентом многокомпонентной среды из емкости зажижения.
В циркуляционном контуре может быть установлен холодильник, а в верхней части емкости зажижения расположен центробежный сепаратор.
По меньшей мере привод регулируемого клапана, установленного в циркуляционном контуре, может быть кинематически связан со снабженным поплавком-уровнемером, установленным внутри корпуса емкости зажижения, а привод регулируемого клапана связан с поплавком-уровнемером посредством штока или кинематической пары «шток плюс штанга».
Емкость зажижения может быть оснащена расходомерами, установленными на выходных патрубках, подающих многокомпонентную среду в магистраль или отсепарированные газовый и жидкостный компоненты в раздельные трубопроводы, а также отдельный расходомер установлен на циркуляционном контуре.
Насосная станция может быть снабжена, по меньшей мере, двумя, предпочтительно, винтовыми насосами, которые адаптированы к перекачиванию сырой нефти с переменным процентным содержанием газа с различной влажностью и газовых пробок.
Насосная станция может быть снабжена, по меньшей мере, двумя, предпочтительно, винтовыми насосами, которые адаптированы к перекачиванию газового конденсата с переменным содержанием газа, варьируемым в широком диапазоне, достигающем 99%, а также с переменным содержанием жидкой углеводородной фазы, парообразной влаги и воды.
Дополнительно взаимосвязанные по многокомпонентной среде винтовые насосы могут быть соединены не менее чем одним, предпочтительно, двумя функционально симметричными трубопроводами, каждый из которых через врезанный в него регулируемый клапан, электрически связанный с блоком управления, одним концом подключен на входе к одному из насосов, а другим к циркуляционному контуру и емкости зажижения другого насоса.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в повышении надежности и длительности работы насосной станции за счет обеспечения бесперебойного охлаждения насоса в течение заданного периода времени, не менее требуемого для перекачивания максимальных из прогнозируемых по объему газовых пробок или сухого конденсата. Это достигается выверенной по высоте установкой патрубка для перекачивания жидкостного компонента смеси с сохранением в емкости зажижения резервного объема жидкостного компонента, по меньшей мере, до наступления экстремальной ситуации, что приводит к повышению КПД насоса и обеспечению бесперебойного перекачивания скважинных жидкостей в экстремальных ситуациях с исключением перегрева и выхода из строя насосного оборудования в период до полного израсходования жидкостного компонента из резервного объема емкости зажижения. Дополнительное присоединение емкости зажижения от второй нитки трубопровода регулируемым автоматическим включением ее в работу также повышает ресурс надежной работы насосного оборудования при длительном сохранении экстремальной ситуации с газовыми пробками.
п
р
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором показана функциональная схема предлагаемой насосной установки, где h - высота расходуемого объема переменного заполнения, Н - высота резервного объема емкости зажижения.
Насосная станция для перекачивания многокомпонентной среды с переменным содержанием газа содержит не менее чем два, предпочтительно, винтовых насоса 1 и 2, установленных с возможностью перекачивания указанной среды от разных источников - скважин, кустов скважин; приданные насосам 1 и 2 соответственно емкости 3 и 4 зажижения, установленные с возможностью заполнения перекачиваемой средой и при необходимости водой, блок 5 управления, технологическую обвязку и арматуру, включая сообщенные с каждым насосом 1 и 2 подводящий трубопровод 6, 7 и отводящий трубопровод 8, 9 соответственно, циркуляционный контур 10 и 11 с замыкающим трубопроводом 12 и 13, подключенным к соответствующим емкостям 3 и 4 зажижения и через подводящий трубопровод 6 и 7 к насосу 1 и 2 с возможностью его охлаждения; электрически связанные с блоком 5 управления не менее чем один установленный на замыкающем трубопроводе 12, 13 каждого циркуляционного контура 10, 11 регулируемый электромагнитный клапан 14, 15 и размещенную у выхода из насоса 1, 2 термопару 16.
Каждая емкость 3 и 4 зажижения сообщена с внешней магистралью и выполнена в виде гидростатического сепаратора с корпусом 17, включающим расположенный в верхней части переменный газовый объем 18 и расположенную под ним кубовую часть для жидкой среды. Кубовая часть включает два разных по назначению объема, один - расходуемый объем 19 переменного заполнения, а другой - резервный объем 20, определенный из условия достаточности для охлаждения насоса 1, 2 в режиме перекачивания упомянутой среды с высоким содержанием газа, газовых пробок прогнозируемого объема и/или прогнозируемого времени работы в указанном режиме и поддерживаемый постоянным до включения в работу циркуляционного контура 10, 11 и полной выработки среды зажижения из расходуемого объема 19 переменного заполнения емкости 3, 4 зажижения. Корпус 17 каждой емкости 3, 4 зажижения наделен одним входным патрубком 21, двумя выходными патрубками 22, 23, расположенными в стенке корпуса 17, и третьим патрубком 24 - возвратным, размещенным в донной части корпуса 17 и сообщенным с циркуляционным контуром 10, 11. Выходной патрубок 22 расположен в верхней части корпуса 17, а патрубок 23 ниже первого на уровне раздела упомянутых расходуемого объема 19 переменного заполнения и резервного объема 20 кубовой части каждой емкости 3, 4 зажижения.
По меньшей мере, один из насосов 1 станции дополнительно регулируемо сообщен на входе с другим насосом 2, запитанным от другого источника многокомпонентной среды с взаимной возможностью подачи, по меньшей мере, жидкой составляющей указанной среды или воды для охлаждения каждого из сообщенных таким образом насосов, в экстремальных ситуациях связанных с исчерпанием указанной среды в емкости 3, 4 зажижения, приданной любому из указанных насосов 1, 2.
По меньшей мере, один из насосов 1, 2 у входа и/или не менее чем одна из емкостей 3, 4 зажижения дополнительно подключены к источнику водоснабжения через дополнительный регулируемый электромагнитный клапан, электрически связанный с блоком управления через замедлитель исполнения команд на включение подачи в емкость 3, 4 зажижения воды до второго подъема температуры в насосе 1, 2 после срабатывания первого регулируемого электромагнитного клапана 14, 15 на включение охлаждения насоса 1, 2 через циркуляционный контур 10, 11 жидкостным компонентом многокомпонентной среды из емкости зажижения.
В циркуляционном контуре 10, 11 установлен холодильник, а в верхней части емкости 3, 4 зажижения расположен центробежный сепаратор.
По меньшей мере привод регулируемого клапана 14, 15, установленного в соответствующем циркуляционном контуре 10, 11, кинематически связан со снабженным поплавком-уровнемером, установленным внутри корпуса емкости 3, 4 зажижения. Привод регулируемого клапана 14, 15 связан с поплавком уровнемера посредством штока или кинематической пары «шток плюс штанга».
Емкость 3, 4 зажижения оснащена расходомерами, установленными на выходных патрубках 22, 23, подающих многокомпонентную среду в магистраль или отсепарированные газовый и жидкостный компоненты в раздельные трубопроводы, а также отдельный расходомер установлен на циркуляционном контуре 10, 11.
Насосная станция снабжена, по меньшей мере, двумя, предпочтительно, винтовыми насосами 1, 2, которые адаптированы к перекачиванию сырой нефти с переменным процентным содержанием газа с различной влажностью и газовых пробок.
Насосная станция снабжена, по меньшей мере, двумя, предпочтительно, винтовыми насосами 1, 2, которые адаптированы к перекачиванию газового конденсата с переменным содержанием газа, варьируемым в широком диапазоне, достигающем 99%, а также с переменным содержанием жидкой углеводородной фазы, парообразной влаги и воды.
Дополнительно взаимосвязанные по многокомпонентной среде насосы 1, 2 соединены не менее чем одним, предпочтительно, двумя (функционально симметричными трубопроводами 25. Трубопровод 25 через врезанный в него регулируемый клапан 26, электрически связанный с блоком управления 5, одним концом подключен на входе к насосу 1, а другим к циркуляционному контуру 11 и емкости 4 зажижения другого насоса 2.
Работа насосной статьи осуществляется следующим образом.
При включении винтового насоса 1 происходит перекачка газонефтяной смеси по трубопроводу 6. На выходе из насоса 1 смесь попадает в емкость 3, в нижней части которой скапливается нефтеводяная фракция (смесь). В случае попадания на вход насоса 1 газовой или газонефтяной пробки с высоким (60…90 об.%) содержанием газа происходит нагрев смеси из-за адиабатического сжатия газа и снижения жидкостного охлаждения насоса 1. Этот нагрев регистрируется термопарой 16 на выходе из насоса 1 и приводит к срабатыванию электронного блока управления 5, электрический управляющий сигнал от которого подается на электромагнит 27 клапана 14. Клапан 14 срабатывает, при этом из емкости 3 водонефтяная смесь через патрубок 24 и открытый электромагнитный клапан 14 по замыкающему трубопроводу 12 поступает на вход винтового насоса 1 с сохранением при этом в емкости 3 зажижения резервного объема жидкостного компонента до исчерпания его в переменном объеме. При прохождении по трубопроводу 6 газовых пробок объемом, превышающим прогнозируемый, после исчерпания охлаждающего насос 1 расходуемого объема 19 переменного заполнения жидкостного компонента задействуется резервный объем 20 емкости 3 зажижения. Это обеспечивает восстановление КПД насоса и устраняет его перегрев.
При прохождении по трубопроводу 6 газовых пробок объемом, превышающим максимально прогнозируемый, после исчерпания охлаждающего насос 1 резервного объема 20 жидкостного компонента в емкости 3 соответствующей нитки трубопровода, в которой запитан требующий дальнейшего охлаждения насос 1 по повторному сигналу от термопары блок управления 5 подает команду на открытие клапана 26 на дополнительном трубопроводе 25, запитанном одним концом на входе насоса 1, а другим концом к циркуляционному контуру 11 с возможностью подачи жидкостного компонента к насосу 1 из емкости 4, минуя клапан 15.
Аналогичным образом обеспечивают продолжение охлаждения насоса 2 из емкости 3. Схема подачи жидкостного компонента к насосу 2 условно не показана.
Использование заявленного изобретения позволяет снизить энергозатраты на перекачивание многокомпонентных нефтегазовых смесей насосными станциями по сравнению с известным способом, построенным на предварительном разделении добываемого углеводорода на фракции в известных установках.