СКВАЖИНА ПО ДОБЫЧЕ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ С СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована для газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений с использованием автоматического, дистанционного и ручного управления запорными и регулирующими органами скважин.
Известна газоконденсатная скважина, содержащая эксплуатационную колонну с колонной насосно-компрессорных труб, устьевое оборудование, колонную головку, трубную головку, клапан-отсекатель выполненный с исполнительным механизмом, контрольно-управляющие органы - плавкую вставку и клапан контроля низкого и высокого давления. Устьевое оборудование содержит выполненные с исполнительными механизмами запорных органов, надкоренную и боковую задвижки, дроссельный клапан. Скважина подключена исполнительными механизмами запорных органов клапана-отсекателя, надкоренной и боковой задвижки, дроссельного клапана к силовым гидравлическим линиям станции управления, включающей насосно-аккумуляторную установку, пневмогидроаккумулятор, линию высокого давления, блок управления. Блок управления включает регуляторы давления, силовые гидравлические линии, линию логического управления на закрытие скважины в логической последовательности - боковая задвижка - надкоренная задвижка - клапан-отсекатель (RU 84055 U1).
Однако, данное техническое решение, не обеспечивает необходимого уровня безаварийной эксплуатации скважины, поскольку управление исполнительными механизмами привода запорных органов устьевого оборудования осуществляется посредством гидравлической системы управления, содержащей большое количество гидравлических устройств и соединений, что увеличивает вероятность нарушения нормальной работы гидравлической системы управления, обусловленную возможной разгерметизацией гидравлических соединений и выхода из строя отдельных гидравлических устройств, кроме того расстояние от гидравлической панели до исполнительных механизмов привода запорных органов ограничено длинной гидравлических импульсных линий, длина которых ограничена в следствие возникновения явления гидравлического сопротивления, к тому же с увеличением расстояния от гидравлической системы управления до исполнительных механизмов запорных органов увеличивается время прохождения управляющего сигнала.
Известна газоконденсатная скважина, содержащая эксплуатационную колонну с колонной насосно-компрессорных труб с подземным эксплуатационным оборудованием, содержащим клапан-отсекатель с дистанционным управлением, устье скважины с колонной головкой, трубной головкой, фонтанной арматурой. Фонтанная арматура имеет надкоренную и боковую задвижки с исполнительными механизмами, а также дроссельный клапан, выполненный с исполнительным механизмом, и контрольно-управляющие органы - плавкую вставку и клапан контроля низкого и высокого давления. Скважина подключена к станции управления, включающей насосно-аккумуляторную установку и блок управления. Насосно-аккумуляторная установка включает насосную группу и сообщенный с ней по рабочему телу линией высокого давления силовой функциональный пневмогидроаккумулятор высокого давления. Блок управления включает регуляторы давления, силовые линии функционального управления исполнительными механизмами запорных органов, дроссельного клапана, клапана-отсекателя. Управление их работой предусмотрено через систему ступенчатого по времени замедления прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие скважины в логической последовательности - боковая задвижка - надкоренная задвижка - клапан-отсекатель - линию логического управления, сообщенную с плавкой вставкой и клапаном контроля низкого и высокого давления и оснащенную с возможностью дублирования прохождения команд на закрытие скважины гидравлическими распределительными клапанами (RU 2352760 C1).
Однако, данное техническое решение, не обеспечивает необходимого уровня безаварийной эксплуатации скважины, поскольку управление исполнительными механизмами привода запорных органов устьевого оборудования осуществляется посредством гидравлической системы управления, содержащей большое количество гидравлических устройств и соединений, что увеличивает вероятность нарушения нормальной работы гидравлической системы управления, обусловленную возможной разгерметизацией гидравлических соединений и выхода из строя отдельных гидравлических устройств, кроме того расстояние от гидравлической панели до исполнительных механизмов привода запорных органов ограничено длинной гидравлических импульсных линий, длина которых ограничена в следствие возникновения явления гидравлического сопротивления, к тому же с увеличением расстояния от гидравлической системы управления до исполнительных механизмов запорных органов увеличивается время прохождения управляющего сигнала. Кроме того, логическая последовательность открытия-закрытия запорных органов скважины, не предусматривает минимальный износ труднозаменимых запорных органов скважины.
Известен способ добычи газового конденсата. По способу на месторождении бурят и обустраивают кусты добывающих скважин. В них устанавливают эксплуатационные колонны, заводят в них колонны насосно-компрессорных труб, оснащаемые подземным эксплуатационным оборудованием, в том числе включающим управляемый подземный клапан-отсекатель газа, и устьевым оборудованием, включающим фонтанную арматуру с запорными органами, в том числе не менее чем одной боковой и одной надкоренной задвижками. Монтируют на шлейфе дроссельный клапан и устанавливают контрольно-управляющие устройства системы аварийного отключения скважины. Эти системы включают, в том числе, по меньшей мере, клапан контроля низкого и высокого давления и плавкую вставку. Подключают, по меньшей мере, часть скважин куста месторождения к станции или блоку станций управления запорными органами фонтанной арматуры и подземным клапаном-отсекателем, которая содержит насосно-аккумуляторную установку с силовым пневмогидроаккумулятором и не менее одного обслуживающего скважину блока управления с силовыми линиями функционального управления исполнительными механизмами запорных органов. С ними завязана логическая линия управления, оснащенная не менее, чем трижды продублированными пусковыми механизмами, в том числе два из которых работают от импульса, подаваемого на закрытие скважины при возникновении опасности пожара, или закритически малого или высокого давления в шлейфе. Разработана система закрытия скважины в логической последовательности отсечения флюида: «боковая задвижка - надкоренная задвижка - подземный клапан-отсекатель», работающая через систему замедления прохождения команды на закрытие. Эта система включает тандем из управляющего пневмогидроаккумулятора и дросселя в логической линии управления на участках взаимодействия с силовыми линиями функционального управления исполнительными механизмами надкоренной задвижки и подземного клапана-отсекателя (RU 2367781 E21).
Однако, данное техническое решение, не обеспечивает необходимого уровня безаварийной эксплуатации скважины, поскольку управление исполнительными механизмами привода запорных органов устьевого оборудования осуществляется посредством гидравлической системы управления, содержащей большое количество гидравлических устройств и соединений, что увеличивает вероятность нарушения нормальной работы гидравлической системы управления, обусловленную возможной разгерметизацией гидравлических соединений и выхода из строя отдельных гидравлических устройств, кроме того расстояние от гидравлической панели до исполнительных механизмов привода запорных органов ограничено длинной гидравлических импульсных линий, длина которых ограничена в следствие возникновения явления гидравлического сопротивления, к тому же с увеличением расстояния от гидравлической системы управления до исполнительных механизмов запорных органов увеличивается время прохождения управляющего сигнала.
Задачей полезной модели является разработка скважины по добыче углеводородов с системой управления и контроля, обеспечивающей, повышение надежности эксплуатации, увеличение возможностей системы управления запорно-регулирующими органами, увеличение расстояния и уменьшение времени прохождения управляющего сигнала от станции управления до запорно-регулирующих органов скважины, влияющих на безопасность и себестоимость процесса добычи, минимальный износ труднозаменимых запорно-регулирующих органов скважины.
Поставленная задача решается тем, в скважине по добыче углеводородного сырья с системой управления и контроля, состоящей из колонны обсадных труб, колонны насосно-компрессорных труб, колонной головки, трубной головки, запорно-регулирующих органов, содержащих, по меньшей мере, клапан-отсекатель с гидравлическим приводом, надкоренную и боковую задвижки, дроссель регулирования дебета скважины, шлейфовую задвижку, задвижку обвязки, обратный клапан, факельную задвижку, горелки, коллектора, фланцев, трубопровода, датчика давления проводимой среды, датчика пожарной сигнализации, станции управления, выполненной с электрической и гидравлической панелью управления, удаленным и местным пультами управления, причем электрическая панель управления содержит контроллер и электрические кабели, гидравлическая панель содержит электрический насос, электромагнитный клапан, вентиль ручного сброса, датчик давления, вентиль внешнего подключения, пневмогидроаккамулятор, гидравлические импульсные трубки, при этом запорно-регулирующие органы снабжены дистанционно управляемыми приводами, связанными со станцией управления и оснащенными датчиками положения и давления, при этом, станция управления обеспечивает определенную последовательность открытия-закрытия скважины, дистанционно управляемые приводы выполнены электрогидравлическими, снабжены датчиками давления гидравлического контура, связаны со станцией управления электрическими кабелями, управляются с электрической панели управления оснащенной аккумуляторной батарей, гидравлический привод клапана-отсекателя связан с гидравлической панелью управления управляемой с электрической панели управления, станция управления обеспечивает открытие-закрытие скважины в последовательности обеспечивающей минимальный износ труднозаменимых запорно-регулирующих органов скважины. При этом гидравлическая панель управления конструктивно, может быть выполнена в отдельном, от станции управления, блок-боксе.
Полезная модель поясняется описанием и схемами, на которых изображено:
Фиг. 1 - скважина по добыче углеводородного сырья с системой управления и контроля;
Фиг. 2 - структурная схема станции управления. Скважина по добыче углеводородного сырья с системой управления и контроля, состоит из колонны обсадных труб 1 (Фиг. 1), колонны насосно-компрессорных труб 2 (Фиг. 1), колонной головки 3 (Фиг. 1), трубной головки 4 (Фиг. 1), запорно-регулирующих органов 5 (Фиг. 1), горелки 6 (Фиг. 1), коллектора 7 (Фиг. 1), фланцев 8 (Фиг. 1), трубопровода 9 (Фиг. 1; Фиг. 2), датчика давления проводимой среды 10 (Фиг. 1; Фиг. 2), датчика пожарной сигнализации 11 (Фиг. 1; Фиг. 2), станции управления 12 (Фиг. 1; Фиг. 2). Запорно-регулирующие органы 5 включают, по меньшей мере, клапан-отсекатель 13 (Фиг. 1) с гидравлическим приводом 14 (Фиг. 1), надкоренную 15 (Фиг. 1) и боковую 16 (Фиг. 1) задвижки, дроссель 17 (Фиг. 1) регулирования дебета скважины, шлейфовую задвижку 18 (Фиг. 1), задвижку обвязки 19 (Фиг. 1), обратный клапан 20 (Фиг. 1), факельную задвижку 21 (Фиг. 1). Станция управления 12 выполнена с электрической 22 (Фиг. 2) и гидравлической 23 (Фиг. 2) панелью управления, удаленным 24 (Фиг. 2) и местным 25 (Фиг. 2) пультами управления. Электрическая 22 панель управления содержит контроллер 26 (Фиг. 2) и электрические кабели 27 (Фиг. 1; Фиг. 2). Гидравлическая 23 панель управления содержит электрический насос 28 (Фиг. 2), электромагнитный клапан 29 (Фиг. 2), вентиль ручного сброса 30 (Фиг. 2), датчик давления 31 (Фиг. 2), вентиль внешнего подключения 32 (Фиг. 2), пневмогидроаккамулятор 33 (Фиг.2), гидравлические импульсные трубки 34 (Фиг. 1; Фиг. 2). Запорно-регулирующие органы 5 снабжены дистанционно управляемыми электрогидравлическими приводами 35 (Фиг. 1; Фиг. 2), связанными электрическими кабелями 27, с электрической панелью 22 станции управления 12, и оснащенными датчиками положения 36 (Фиг. 2) и давления гидравлического контура 37 (Фиг. 2). Электрическая панель 22 управления оснащена аккумуляторной батареей 38 (Фиг. 2). Гидравлический привод 14 клапана-отсекателя 13 связан гидравлическими импульсными трубками 34 с гидравлической панелью 23 управления. Гидравлическая панель 23 управления гидравлическим приводом 14 клапана-отсекателя 13 связана с электрической панелью 22 электрическими кабелями 27. Станция управления 12 обеспечивает открытие-закрытие скважины в последовательности обеспечивающей минимальный износ труднозаменимых запорно-регулирующих органов скважины. Гидравлическая панель 23 управления, может быть, выполнена в отдельном, от станции управления 12, блок-боксе 39 (Фиг. 2).
Скважина по добыче углеводородного сырья с системой управления и контроля работает следующим образом.
В скважину устанавливают колонну обсадных труб 1, колонну насосно-компрессорных труб 2, на которые посредством колонной головки 3, трубной головки 4, фланцев 8, трубопровода 9 устанавливают запорно-регулирующие органы 5. Подключают дистанционно управляемые электрогидравлические приводы 35 запорно-регулирующих органов 5 и гидравлическую панель 23 к электрической панели 22 управления станции управления 12. К гидравлической панели 23 управления подключают, посредством гидравлических импульсных трубок 34, гидравлический привод 14 клапана-отсекателя 13. Электрическую панель 22 управления соединяют электрическими кабелями 27 с удаленным 24 и местным 25 пультом управления. Электрическая панель 22 управления передает сигналы и принимает команды от удаленного 24 и местного 25 пульта управления. На электрическую панель 22 управления передаются сигналы от датчиков положения 36, давления гидравлического контура 37, датчика давления проводимой среды 10, датчика пожарной сигнализации 11. Электрическая панель 22 формирует выходные сигналы управляющие работой дистанционно управляемых электрогидравлических приводов 35, запорно-регулирующих органов 5, а так же работой гидравлической панели 23 управления гидравлическим приводом 14 клапана-отсекателя 13. Электрическая панель 22 управления контролирует последовательность открытия запорно-регулирующих органов 5 скважины, и в случае ее нарушения блокирует работу скважины, за счет остановки работы дистанционно управляемых электрогидравлических приводов 35, запорно-регулирующих органов 5, и гидравлической панели 23 управления.
Открытие скважины. Контроллер 26 электрической панели 22 станции управления 12 опрашивает значения датчиков положения 36, датчиков гидравлического контура 37, дистанционно управляемых электрогидравлических приводов 35 запорно-регулирующих органов 5, датчика давления проводимой среды 10, датчика пожарной сигнализации 11. При комбинации сигналов соответствующих состоянию закрытия шлейфовой 18, боковой 16, надкоренной 15 задвижек, клапана-отсекателя 13 разрешается дальнейшая работа станции управления 12. В противном случае контроллер 26 подает сигнал на электрическую панель 22 управления, сигнализирующий о необходимости привести шлейфовую 18, боковую 16, надкоренную 15 задвижки и клапан-отсекатель 13 в положение «закрыто». При следующем шаге контроллер 26 проверяет наличие сигнала от удаленного пульта 24 управления разрешающего работу, при отсутствии сигнала, контроллер 26 блокирует дальнейшую работу станции управления 12. Далее контроллер 26 отправляет управляющий сигнал на дистанционно управляемые электрогидравлические приводы 35 запорно-регулирующих органов 5, обеспечивая логическую последовательность открытия, при которой последними открываются наиболее труднозаменяемые запорно-регулирующие органы 5. Например очередность открытия может быть следующей: «клапан-отсекатель 13 - надкоренная задвижка 15 - боковая задвижка 16 - шлейфовая задвижка 18». При нарушении очередности контроллер 26 блокирует работу станции управления 12. Работа скважины при данной последовательности происходит следующим образом. Контроллер 26 опрашивает значение датчика положения 36 запорно-регулирующих органов 5, датчика давления гидравлического контура 37, сигнал от удаленного пульта 24 управления. При соответствующей комбинации сигналов запускается автоматическая процедура открытия скважины: подается сигнал на пуск электрического насоса 28, при этом контролируется сигнал датчика давления гидравлического контура 37. При достижении требуемого параметра давления происходит останов электрического насоса 28, при этом клапан-отсекатель 13 открыт.Подается сигнал на дистанционно управляемый электрогидравлический привод 35 надкоренной 15 задвижки. При получении на контроллер 26 сигнала открытия от датчика положения 36 надкоренной 15 задвижки, происходит останов дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 надкоренной 15 задвижки и подается сигнал на включение дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 боковой 16 задвижки. При получении на контроллер 26 сигнала открытия от датчика положения 36 боковой 16 задвижки, происходит останов дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 боковой 16 задвижки и подается сигнал на включение дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 шлейфовой 18 задвижки. При получении на контроллер 26 сигнала открытия от датчика положения 36 шлейфовой 18 задвижки, происходит останов дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 шлейфовой 18 задвижки. Для сброса давления в гидравлическом приводе 14 клапана-отсекателя 13 подается сигнал на электромагнитный клапан 29. Автономная работа станции управления 12 при отключении электроэнергии, обеспечивается за счет аккумуляторной батареи 38.
Закрытие скважины осуществляется в обратной последовательности. Закрытие происходит автоматически при критических значениях датчика давления проводимой среды 10, датчика пожарной сигнализации 11, а также управляющего сигнала на аварийный останов скважины от электрической 22 панели управления, удаленного 24 и местного 25 пульта управления. В случае аварийного останова скважины электрическая панель 22 передает сигнал на закрытие дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 шлейфовой 18 задвижки. При получении на контроллер 26 сигнала закрытия от датчика положения 36 шлейфовой 18 задвижки, подается сигнал на закрытие дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 боковой 16 задвижки. В случае отсутствия сигнала о закрытии от датчика положения 36 шлейфовой 18 задвижки, по истечении определенного времени, контролер 26 направляет сигнал на закрытие дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 боковой 16 задвижки. При получении на контроллер 26 сигнала закрытия от датчика положения 36 боковой 16 задвижки, подается сигнал на закрытие дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 надкоренной 15 задвижки. В случае отсутствия сигнала о закрытии от датчика положения 36 боковой 16 задвижки по истечении определенного времени, контролер 26 направляет сигнал на закрытие дистанционно управляемого электрогидравлического привода 35 надкоренной 15 задвижки. При получении на контроллер 26 сигнала закрытия от датчика положения 36 надкоренной 15 задвижки, контроллер 26 подает сигнал на электромагнитный клапан 29, для сброса давления в гидравлическом приводе 14 клапана-отсекателя 13. В случае отсутствия сигнала о закрытии от датчика положения 36 надкоренной 15 задвижки по истечении определенного времени, контролер 26 подает сигнал на электромагнитный клапан 29 гидравлической 23 панели управления, для сброса давления в гидравлическом приводе 14 клапана-отсекателя 13.
Давление в гидравлической панели 23 управления в случае отказа электрического насоса 28 поддерживается за счет пневмогидроаккумулятора 33. Для ручного сброса давления гидравлической панели 23 управления открывают вентиль ручного сброса 30. Для подключения внешнего источника используют вентиль внешнего подключения 32.
Для регулирования дебита добываемой среды с электрической 22 панели управления, подают управляющий сигнал на дистанционно управляемый электрогидравлический привод 35 дросселя 17 регулирования дебита скважины.
При проведении профилактических работ или по иной причине оператор с удаленного 24 или местного 25 пульта управления отключает автоматический режим работы и производит манипуляции с любыми из запорно-регулирующих органов 5, в произвольной последовательности.
Использование полезной модели, повышает надежность эксплуатации скважины, увеличивает скорость прохождения управляющего сигнала на запорно-регулирующие органы, позволяет увеличить расстояние между станцией управления и запорно-регулирующими органами, снижает себестоимость добычи.