УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ПРОДУКЦИИ ГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ К ИЗМЕРЕНИЮ

Полезная модель относится к газовой промышленности, в частности к устройствам для подготовки к измерению природного газа, а также углеводородного конденсата и сопутствующей пластовой воды, которые поступают из скважины.
Коммерческий замер природного газа непосредственно из скважины обычными средствами измерения расхода газа не решается в связи с тем, что требования приборов и методик измерения газа к качеству измеряемой среды выше, чем качество газа, который поступает из скважины. В газе, который поступает непосредственно из скважины, присутствуют механические примеси (песок, глина), капельная влага (вода, углеводородный конденсат), наличие которых недопустимо при измерении количества газа. На сегодняшний день стандартная технология подготовки газа к измерению, используемая в промышленности, представляет собой сбор газа с некоторой территории, на которой располагается определенное количество скважин (обычно не менее десяти), сепарацию этого газа, в частности, отделение механических примесей и влаги, дополнительную осушку (применяется для крупных установок комплексной подготовки газа) путем редуцирования с понижением температуры, извлечением влаги с последующим повышением давления. Лишь после этого устанавливаются замерные узлы. Однако, такая технология, устройства и оборудование, которые применяются в ней, являются целесообразными на больших месторождениях, в то время как при разработке небольших месторождений использование указанных устройств становится экономически невыгодным. Таким образом актуальной является проблема создания блочного компактного устройства подготовки продукции газовой скважины к измерению промышленного изготовления, которое:
- позволило бы стационарно осуществлять замер природного газа и/или углеводородного конденсата и/или сопутствующей пластовой воды непосредственно со скважины;
- требовало бы минимального присутствия обслуживающего персонала;
- применение которого было бы экономически выгодным на небольших месторождениях;
- имело бы высокую строительную готовность для сокращения времени монтажа и ввода в эксплуатацию непосредственно на объекте.
Известно подвижное устройство непрерывного измерения и трехфазной сепарации на одиночной скважине (патент Китая на полезную модель №2216142, опубл. 27.12.1995, МПК E21B 47/00), которое устанавливается на транспортное средство и включает трехфазный сепаратор с вертикально ориентированной и горизонтально ориентированной емкостями. Однако, данное устройство направлено на разделение газожидкостной смеси на нефть и газ с последующим обезвоживанием смеси и очищением газа и предназначено для кратковременных замеров газа, углеводородного конденсата или нефти и сопутствующей пластовой воды с целью обследования и изучения параметров скважины, что обеспечено соответствующими конструктивными особенностями устройства, обусловленными его назначением.
Наиболее близким к заявляемому решению по своим существенным признакам, достигаемому техническому результату и принятым в качестве прототипа является термодинамический сепаратор и способ подготовки природного газа (патент РФ на изобретение №2353764, опубл. 27.04.2009, МПК E21B 43/34), который включает сепарационный блок с вертикально ориентированным газовым сепаратором для отделения газа от жидкой фазы и механических примесей и накопителем для жидкой фазы. При этом накопитель для жидкой фазы выполнен горизонтально ориентированным и предназначен для сбора и частичной дегазации жидкой фазы. Устройство дополнительно включает термодинамический сепаратор, после которого подготовленный газ подается потребителю.
Недостатком данного устройства является сравнительно более сложная конструкция, обусловленная наличием дополнительных конструктивных элементов, которые являются избыточными для решения проблемы, изложенной выше, что в свою очередь увеличивают его себестоимость.
В основу полезной модели поставлена задача создания такого устройства подготовки продукции газовой скважины к измерению, которое благодаря оптимальной блочной конструкции вместе с высоким качеством подготовки природного газа к измерению, путем его очищения от залповой, капельной влаги и механических примесей, и возможностью установки устройства непосредственно после добычи их из скважины, обеспечит накопление жидкой фазы, полученной в процессе очищения природного газа, разделение ее на воду и углеводородный конденсат, с последующим коммерческим измерением, и при этом будет экономически выгодным, надежным и компактным.
Поставленная задача решается тем, что устройство подготовки продукции газовой скважины к измерению включает сепарационный блок с вертикально ориентированным газовым сепаратором для разделения продукции газовой скважины на очищенный природный газ пригодный к измерению, жидкую фазу и механические примеси, а также накопителем для жидкой фазы. При этом, согласно полезной модели, накопитель для жидкой фазы выполнен с возможностью разделения жидкой фазы на воду и углеводородный конденсат.
В предпочтительном варианте исполнения, вертикально ориентированный газовый сепаратор включает зону предварительной сепарации и зону сепарации с сепарационным элементом.
Также предпочтительно накопитель для жидкой фазы выполнен в виде горизонтально ориентированной емкости с вертикальной перегородкой, которая образует две объединенные сверху камеры: конденсатную и водо-конденсатную. Причем конденсатная камера соединена со средствами отвода и измерения углеводородного конденсата, а водо-конденсатная камера соединена со средствами отвода и измерения воды.
В предпочтительном варианте исполнения устройство выполнено блочным с возможностью установки непосредственно на шлейфе скважины.
Такая реализация устройства, при которой сепарационный блок выполнен с вертикально ориентированным газовым сепаратором для разделения продукции газовой скважины на очищенный природный газ пригодный к измерению, жидкую фазу и механические примеси, а также накопителем для жидкой фазы, выполненным преимущественно в виде горизонтально ориентированной емкости, позволяет эффективно разделять газ, жидкую фазу и механические примеси за счет того, что газ и жидкая фаза отделяются при движении газа вверх, а жидкой фазы и механических примесей - вниз, после чего жидкая фаза расслаивается при медленном движении в горизонтальном направлении. Кроме того, выполнение вертикально ориентированного газового сепаратора и накопителя для жидкой фазы в виде отдельных аппаратов, объединенных в единый блок позволяет уменьшить общие габариты устройства, обеспечивает возможность установки устройства непосредственно на шлейфе скважины, а также возможность отдельно подбирать размеры газового сепаратора и накопителя для жидкой фазы в зависимости от характеристик скважины (ее дебита, рабочего давления, газоконденсатной характеристики и т.п.), что положительно сказывается как на качестве подготовки продукции газовой скважины к измерению в целом, так и на уменьшении себестоимости устройства. Также объединение вертикального газового сепаратора с накопителем для жидкой фазы позволяет избежать дополнительной линии отвода газа дегазации.
Выполнение вертикально ориентированного газового сепаратора с зоной предварительной сепарации позволяет избежать повреждения сепарационного элемента, который находится в основной зоне сепарации, и прорыва жидкой фазы на выход сепаратора в моменты поступления залповых выбросов жидкости из скважины, которые имеют место при эксплуатации скважин.
Выполнение накопителя для жидкой фазы в виде горизонтально ориентированной емкости с вертикальной перегородкой, которая образует две объединенные сверху камеры: конденсатную и водо-конденсатную, позволяет осуществлять эффективное разделение жидкой фазы на воду и углеводородный конденсат, которые через средства отвода и измерения выводятся из устройства, и вместе с добычей газа дополнительно получать ценное для производства продуктов нефтехимии сырье - углеводородный конденсат.
Заявляемая полезная модель поясняется при помощи Фигуры 1, где изображена общая схема устройства подготовки продукции газовой скважины к измерению.
Устройство 1 подготовки продукции газовой скважины к измерению включает сепарационный блок с вертикально ориентированным газовым сепаратором 2 для разделения продукции газовой скважины на очищенный природный газ пригодный к измерению, жидкую фазу и механические примеси, а также накопителем 3 для жидкой фазы. Согласно полезной модели накопитель 3 для жидкой фазы выполнен с возможностью разделения жидкой фазы на воду и углеводородный конденсат. Вертикально ориентированный газовый сепаратор 2 включает зону предварительной сепарации 4 и зону сепарации 5 с сепарационным элементом 6. Накопитель 3 для жидкой фазы выполнен, например, в виде горизонтально ориентированной емкости с вертикальной перегородкой 7, которая образует две объединенные сверху камеры: конденсатную 8 и водо-конденсатную 9. Конденсатная камера 8 соединена со средствами 10 отвода и измерения углеводородного конденсата, а водо-конденсатная камера 9 соединена со средствами 11 отвода и измерения воды. Устройство 1 выполнено блочным с возможностью установки непосредственно на шлейфе скважины (не показана).
Устройство работает следующим образом.
Устанавливают устройство 1 подготовки продукции газовой скважины к измерению на объекте добычи природного газа, в частности непосредственно на шлейфе скважины. Газ из скважины подводят к сепарационному блоку на вход 12 вертикально ориентированного газового сепаратора 2, где разделяют продукцию газовой скважины на очищенный природный газ, пригодный к измерению, жидкую фазу и механические примеси. При этом продукцию газовой скважины подводят сначала к зоне предварительной сепарации 4, где отделяют от газового потока залповые выбросы жидкости и механические примеси, после чего она попадает в зону сепарации 5, где с помощью сепарационного элемента 6, который подбирается для каждой инсталляции отдельно, освобождают газ от капельной влаги. После чего очищенный от жидкой фазы и механических примесей газ через выход 13 направляют в блок измерения газа (не показан), выполненный, например, на основе измерительной диафрагмы с установленными на ней контрольно-измерительными приборами и автоматическим вычислителем или другого подходящего средства. Жидкая фаза под действием силы тяготения направляется в накопитель 3 в виде, например, горизонтально ориентированной емкости, где осуществляется ее расслоение на воду и углеводородный конденсат. При этом механические примеси выпадают в осадок. Верхний слой конденсата перетекает через вертикальную перегородку 7 в накопителе 3 в конденсатную камеру 8, который оттуда периодически (по наполнению) сливают через средства 10 отвода и измерения углеводородного конденсата в виде контрольно-измерительных приборов и исполнительных механизмов. Воду из водо-конденсатной камеры 9 также по наполнению отводят из нижней части устройства через средства 11 отвода и измерения воды в виде контрольно-измерительных приборов и исполнительных механизмов. Механические примеси периодически удаляют с помощью механической чистки устройства. Управление исполнительными механизмами сепарационного блока на основе определенных алгоритмов осуществляют контроллерным блоком в виде шкафа (не показан), который собирает и накапливает данные от измерительных элементов о прошедшем количестве газа, углеводородного конденсата и воды, и передает данные в системы сбора данных высшего уровня.
Таким образом, полезная модель вместе с высоким качеством подготовки природного газа к измерению, путем его очищения от залповой, капельной влаги и механических примесей, и возможностью установки устройства непосредственно после добычи их из скважины, обеспечивает накопление жидкой фазы, полученной в процессе очищения природного газа, разделение ее на воду и углеводородный конденсат, с последующим коммерческим измерением, и при этом является экономически выгодной, надежной и компактной.