ДОЖИМНАЯ НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ
BOOSTER PUMP STATION

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано для перекачки газожидкостных смесей, добываемых из скважин. Известны промысловые системы сбора и подготовки нефти и газа (см. В.И.Бараз. «Сбор, подготовка и транспортирование нефтяного газа», с.37-38), в которых, для транспортировки добываемой из скважин смесей нефти, газа и воды к установкам подготовки нефти и газа (УПНГ), используются дожимные насосные станции (ДНС), содержащие: газожидкостной сепаратор с входом для газожидкостной смеси, выходом для газа и выходом для жидкости; электродвигатель; электронную станцию управления работой электродвигателя; корпус насоса; вал насоса, соосно связанный с валом электродвигателя; насосные ступени, снабженные впускным и выпускным окнами и состоящие из ротора, установленного на валу насоса и вращающегося вместе с ним в процессе работы, и статора, неподвижно закрепленного в корпусе насоса, который вместе с ротором образует рабочие камеры сжатия перекачиваемой жидкости; входную камеру, выполненную в корпусе и сообщенную с впускным окном первой насосной ступени и выходом для жидкости сепаратора; выходную камеру, выполненную в корпусе и сообщенную с выпускным окном последней ступени и с трубопроводом промысловой сети для сбора жидкости добываемой из скважин. На вход для газожидкостной смеси дожимной насосной станции подается откачиваемая из скважин продукция, выход для газа присоединяют к газосборной промысловой сети, а выход для жидкости - к трубопроводу, по которой жидкость транспортируется на УПНГ.
Недостаток данной дожимной насосной станции состоит в том, что при ее использовании на территории промысла необходимо сооружать отдельную газосборную сеть, оснащенную компрессорами, дожимающими газ до давления, обеспечивающего его транспортировку на УПНГ, что приводит к значительному удорожанию строительства и эксплуатации промысловой системы сбора и подготовки нефти и газа.
Известны также промысловые системы, в которых давление, необходимое для транспортировки добываемой из скважин газожидкостной смеси на УПНГ, обеспечивается глубинно-насосными установками для подъема жидкости из скважин. Недостаток таких систем заключается в том, что увеличение давления в выкидных линиях скважин существенно ухудшает условия работы скважинных насосных установок, приводит к снижению их межремонтных периодов, КПД и, в конечном счете, к росту затрат на подъем жидкости из скважин и процесс добычи нефти и газа в целом.
Целью настоящего изобретения является снижение затрат на строительство и эксплуатацию промысловых систем сбора и подготовки нефти и газа.
Указанная цель достигается тем, что дожимная насосная станция, содержащая: газожидкостной сепаратор с входом для газожидкостной смеси, выходом для жидкости и выходом для газа; электродвигатель; электронную станцию управления, наделенную функциями управления электродвигателем; корпус насоса; вал насоса, соосно связанный с валом электродвигателя; насосные ступени, снабженные впускным и выпускным окнами и состоящие из ротора, установленного на валу насоса и вращающегося вместе с ним в процессе работы, и статора, неподвижно закрепленного в корпусе насоса, который вместе с ротором образует, по меньшей мере, одну рабочую камеру для сжатия перекачиваемой среды; основную входную камеру, выполненную в корпусе и сообщенную с впускным окном первой насосной ступени и с выходом для жидкости сепаратора; выходную камеру, выполненную в корпусе и сообщенную с выпускным окном последней ступени, снабжена промежуточной входной камерой, которая выполнена в корпусе между двумя группами ступеней и сообщает выпускное окно последней ступени первой группы, расположенной между основной входной камерой и промежуточной входной камерой, с впускным окном первой ступени второй группы, расположенной между промежуточной входной камерой и выходной камерой, и соединена трубопроводом с выходом для газа сепаратора, а ступени первой группы выполнены с конструктивными параметрами, обеспечивающими при перекачке однородных жидкостей и одинаковых скоростях вращения их роторов более низкую производительность, чем ступени второй группы. Кроме того, дожимная насосная станция снабжена каналом формирования потока жидкости, выходящего из выпускного окна последней ступени первой группы и входящего в впускное окно первой ступени второй группы, который выполнен в промежуточной входной камере, а электронная станция управления электродвигателем насоса дожимной насосной станции наделена функцией управления частотой оборотов вала электродвигателя.
На фиг 1 представлена принципиальная схема дожимной насосной станции, на фиг.2 - схема промысловой обвязки дожимной насосной станции.
Дожимная насосная станция содержит: газожидкостной сепаратор с входом для газожидкостной смеси 2, выходом для газа 1 и выходом для жидкости 3; электродвигатель 5; электронную станцию управления 4, наделенную функцией управления частотой оборотов электродвигателя; насос, в корпусе которого размещены вал насоса 6, соосно связанный с валом электродвигателя 5, и насосные ступени, снабженные впускным 8 и выпускным 9 окнами и состоящие из ротора 11, установленного на валу насоса 6 и вращающегося вместе с ним в процессе работы, и статора 10, неподвижно закрепленного в корпусе насоса. Статор 10 вместе с ротором 11 образует рабочие камеры сжатия перекачиваемой среды. В корпусе насоса выполнены входная камера 7, сообщенная с выходом для жидкости 3 сепаратора и с впускным окном 8 первой насосной ступени, и выходная камера 14, сообщенная с выпускным окном 9 последней ступени и с промысловым трубопроводом 19, соединяющим дожимную насосную станцию с УПНГ. Кроме того, в корпусе насоса выполнена промежуточная входная камера 12, которая сообщена с выходом для газа 1 сепаратора и делит насосные ступени на две группы. Первая группа ступеней расположена между основной входной камерой 7 и промежуточной входной камерой 12, причем выпускное окно 9 последней ступени первой группы сообщено с промежуточной входной камерой 12. На фиг.1 и 2 первая группа ступеней изображена состоящей только из одной ступени, что во многих случаях будет отвечать требованиям реальных условий. Вторая группа ступеней расположена между промежуточной входной камерой 12 и выходной камерой 14 насоса, причем впускное окно 8 первой ступени второй группы сообщено с промежуточной входной камерой 12. Ступени первой группы имеют конструктивные параметры, обеспечивающие при перекачке однородных жидкостей при одинаковых скоростях вращения их роторов 11, более низкую производительность, чем ступени второй группы. В промежуточной входной камере 12 выполнен канал 13, формирующий поток жидкости, выходящий из выпускного окна 9 последней ступени первой группы и поступающий в впускное окно 8 первой ступени второй группы. Электронная станция управления 4 наделена функцией управления частотой оборотов вала электродвигателя. Вход для газожидкостной смеси 2 сепаратора дожимной насосной станции присоединен к выкидной линии 15 нефтедобывающей скважины, по которой поступает газожидкостная смесь, которая откачивается из скважины на поверхность, например, с помощью электропогружного насоса 17, спущенного на колонне лифтовых труб 16 и снабжаемого электроэнергией по электрокабелю 18. Выходная камера 14 насоса дожимной насосной станции с помощью трубопровода, снабженного обратным клапаном 20, присоединена к сборному промысловому трубопроводу 19, транспортирующему откачиваемую из скважин газожидкостную смесь на УПНГ.
Дожимная насосная станция работает следующим образом. Поступающая на прием электропогружного насоса 17 смесь нефти газа и воды закачивается им в лифтовую колонну 16, по которой смесь поднимается вверх и поступает в выкидную линию скважины 15 с некоторым давлением Ру. Часть попутного нефтяного газа, выделяющегося в стволе скважины, минуя насос, поднимается по затрубному пространству скважины и, пройдя устьевой обратный клапан, также поступает в выкидную линии 15. Из выкидной линии 15 продукция скважины через вход для газожидкостной смеси 2 проходит в газожидкостной сепаратор и здесь под воздействием инерционных и гравитационных сил разделяется на газовую и жидкую фазы. Жидкая фаза через выход для жидкости 3 сепаратора поступает в основную входную камеру 7 насоса, а газовая фаза через выход для газа 1 сепаратора поступает в промежуточную входную камеру 12. При этом обе фазы имеют примерно равное давление, близкое к давлению Ру. Электродвигатель 5 вращает вал насоса 6 и роторы 11 насосных ступеней, благодаря чему текучая среда, поступающая через впускные окна 8 ступеней в рабочие камеры сжатия, получают на выходе в выпускных окнах 9 энергию, проявляющуюся в виде давления и скорости движущихся частиц этой текучей среды. Поскольку давления текучих сред в основной входной камере 7 и промежуточной входной камере 12 насоса примерно равны, то энергия, которую получает жидкая фаза, проходя насосные ступени первой группы, проявляется в виде определенной скорости, с которой частицы жидкости поступают из выпускного окна 9 последней ступени первой группы в канал формирования потока жидкости 13, двигаясь по которому, они поступают в впускное окно 8 первой ступени второй группы, где получают от ее ротора 11 новую порцию энергии, с которой устремляются во вторую ступень и т.д. Поскольку ступени второй группы имеют конструктивные параметры (в данном случае диаметр ротора 11), которые обеспечивают при перекачке однородных жидкостей и одинаковых скоростях вращения их роторов 11 более высокую производительность, чем ступени первой группы, то частицы жидкой фазы, проходя через ступени первой группы с одной скоростью, в ступенях второй группы получают ускорение, вследствие которого в впускном окне 8 первой ступени второй группы происходит понижение давления, благодаря чему, в это впускное окно 8 будет поступать не только жидкая фаза, но и газовая фаза, подведенная к промежуточной входной камере 12 от выхода для газа 1 сепаратора. Последовательно проходя через рабочие камеры ступеней второй группы, жидкая и газовая фазы будут там смешиваться и, взаимодействуя между собой, будут получать от вращающихся роторов порции энергии, которая проявится в виде определенного давления частиц газожидкостной смеси, поступающих в выходную камеру 14. Этого давления, зависящего от количества ступеней во второй группе, должно быть достаточно, чтобы эта смесь могла преодолевать давление в сборном промысловом трубопроводе 19 и проходить в него через обратный клапан 20, чтобы транспортироваться на УПНГ.
Подбор конструктивных параметров ступеней первой и второй групп, число ступеней в группах, выбор частоты оборотов и мощности электродвигателя 5 дожимной насосной станции производятся исходя иэ дебита и газосодержания продукции нефтедобывающих скважин, подключенных к входу 2 дожимной насосной станции. Очевидно, что чем выше газосодержание продукции, тем более высокую производительность должны обеспечивать ступени второй группы по сравнению со ступенями первой группы.
Достоинство предложенной конструкции дожимной насосной станции состоит в том, что при ее использовании на территории промысла не требуется сооружать отдельной газосборной сети, обеспечивающей сжатие и транспортировку газа на УПНГ, поскольку вся добываемая продукция из скважин, подключенных к дожимной насосной станции, может транспортироваться на УПНГ с использованием экономичной однотрубной системы сбора. Кроме того, дожимная насосная станция позволяет устанавливать и поддерживать пониженные устьевые давления в выкидных линиях нефтедобывающих скважин, что дает возможность увеличивать их добиты, применять режимы откачки, обеспечивающие более благоприятные условия работы глубинно-насосного оборудования.
Таким образом, дожимная насосная станция дает возможность уменьшить затраты на строительство и эксплуатацию промысловых систем сбора и подготовки нефти и газа, а также на подъем жидкости из скважин, что в итоге повышает рентабельность технологического процесса добычи нефти и газа в целом.