НАСОСНЫЙ УЗЕЛ, ГРУППОВАЯ ЗАМЕРНАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
PUMP UNIT, GROUP MEASURING DEVICE AND METHOD FOR OPERATION THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области нефтедобычи, а именно к внутрипромысловой перекачке нефти, и, в частности, к насосному узлу для групповой замерной установки, групповой замерной установке и способу ее эксплуатации при транспортировке газожидкостной смеси с высоким газовым фактором.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время промысловая перекачка нефти в нефтедобывающих компаниях производится при помощи мультифазных насосов винтового типа. Основными недостатками указанных насосных агрегатов являются низкая наработка на отказ конструктивных элементов в виду наличия в текучей среде сероводород содержащих примесей и избыточного количества попутного нефтяного газа. При этом стоимости приобретения и сервисного обслуживания высоки, а в случае выхода из строя насосных агрегатов указанного типа или их элементов требуется продолжительный ремонт.
В уровне техники известны решения, направленные на повышение надежности работы мультифазных насосов, общая идея которых заключается в подаче дополнительной текучей среды в жидкой фазе на впуск насоса. Например, в RU 2403448 C1 (МПК F04C 2/16; опубл. 10.11.2010) описаны способ защиты мультифазного насоса, который состоит в том, что во всасывающую полость мультифазного насоса осуществляют дополнительную подачу жидкой фазы в периоды снижения доли жидкой фазы в перекачиваемой газосодержащей рабочей среде ниже допустимого значения порциями, через интервалы времени, в течение которых жидкая фаза гарантированно сохраняется в количестве, достаточном для замыкания зазоров в рабочих органах и уплотнениях валов мультифазного насоса.
В качестве другого схожего примера может служить система нефтегазового мультифазного насоса, описанная в CN 203067275 U (МПК F04B 53/20; опубл. 2013-07-17), в которой предусмотрено впускное отверстие, для впрыска в насос нефтяной составляющей, отделенной на сепараторном и фильтрующем устройстве, при подаче в нефтегазовый мультифазный насос смеси с высоким отношением газа к жидкости, при этом не возникает сухого трения, а впрыснутая нефтяная взвесь служит в качестве смазки.
Общим недостатком указанных решений является необходимость выполнения в насосе дополнительного впуска для введения жидкой фазы нефтегазовой смеси, что в свою очередь требует усложнения конструкции насосного агрегата, в том числе включением дополнительных устройств накопления и подведения текучей среды в жидкой фазе, что приводит к снижению надежности насосного агрегата.
Другой подход, который является наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению, состоит в выполнении системы для нагнетания мультифазного скважинного флюида с возможностью борьбы с газовыми пробками, как это описано в WO 2014/006371 (опубл. 09.01.2014). Указанная система содержит циклонный сепаратор, имеющий выпуски в первую обогащенную газом линию и первую обогащенную жидкостью линию, гравитационный сепаратор, имеющий выпуски во вторую обогащенную газом линию и вторую обогащенную жидкостью линию, расположенный ниже по потоку от циклонного сепаратора. Указанная система также содержит газовый компрессор для повышения давления во второй обогащенной газом линии и жидкостный насос для повышения давления во второй обогащенной жидкостью линии. Нагнетаемые газ и жидкость поступают в смеситель ниже по потоку, который выдает комбинированный поток текучей среды.
Недостатком указанной системы является сложность конструкции, которая не обладает высокой эксплуатационной надежностью ввиду наличия множества сложных устройств, таких как сепараторы и компрессоры. Кроме того, необходимо дополнительно предусматривать средства разделения текучей среды на фазы, а также выявления газовых пробок в потоке текучей среды, которые в выбранной в качестве наиболее близкого аналога системе выполнены в виде регулирующих клапанов и детекторов режима потока.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для преодоления вышеуказанных проблем, а именно обеспечения щадящего режима работы насосного агрегата посредством упрощенной конструкции насосного узла, что увеличивает межремонтный интервал оборудования при гарантировании надежности и стабильности транспортировки газожидкостной смеси с высоким газовым фактором в системах внутрипромысловой перекачки нефти, авторами в одном из аспектов изобретения был предложен насосный узел, содержащий:
по меньшей мере одну задвижку на впуске насосного узла,
по меньшей мере один фильтр, расположенный ниже по потоку от по меньшей мере одной задвижки на впуске насосного узла,
насосный агрегат, расположенный в основной линии для протекания текучей среды и выполненный с возможностью нагнетания текучей среды, представляющей собой газожидкостную смесь,
байпасную линию, впуск которой соединен по текучей среде с основной линией в местоположении выше по потоку от насосного агрегата, а выпуск соединен по текучей среде с основной линией в местоположении ниже по потоку от насосного агрегата,
по меньшей мере одну задвижку, расположенную в байпасной линии,
эжектор, расположенный в байпасной линии ниже по потоку от по меньшей мере одной задвижки, расположенной в байпасной линии, и выполненный с возможностью регулирования потока текучей среды через байпасную линию и через насосный агрегат, причем нагнетающий впуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии с основной линией в местоположении ниже по потоку от насосного агрегата и выше по потоку от места соединения основной линии и выпуска байпасной линии, всасывающий впуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии со впуском байпасной линии, а выпуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии с выпуском байпасной линии,
по меньшей мере одну задвижку и по меньшей мере один обратный клапан на выпуске насосного узла,
по меньшей мере одно средство измерения параметров текучей среды, расположенное в основной линии для текучей среды,
блок управления, выполненный с возможностью управления задвижками в ответ на параметры текучей среды, измеренные по меньшей мере одним средством измерения параметров текучей среды.
В одном из вариантов предложен узел, в котором насосный агрегат представляет собой открыто-вихревой насос.
В одном из вариантов предложен узел, в котором насосный агрегат представляет собой насос самовсасывающего типа.
В одном из вариантов предложен узел, в котором участок байпасной линии, присоединенный к нагнетающему впуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром не менее 60 мм.
В одном из вариантов предложен узел, в котором участок байпасной линии, присоединенный к всасывающему впуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром, составляющим не более половины диаметра участка байпасной линии, присоединенного к нагнетающему впуску эжектора.
В одном из вариантов предложен узел, в котором участок байпасной линии, присоединенный к всасывающему впуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром 26 мм.
В одном из вариантов предложен узел, в котором участок байпасной линии, присоединенный к выпуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром, составляющим не менее полутора диаметров участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора, и не более двух диаметров участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора.
В одном из вариантов предложен узел, в котором участок байпасной линии, присоединенный к выпуску эжектора, выполнен в виде трубы диаметром 48 мм.
3
В одном из вариантов предложен узел, в котором насосный агрегат выполнен с возможностью работы при производительности не менее 2,4 м/час.
3
В одном из вариантов предложен узел, в котором насосный агрегат выполнен с возможностью работы при производительности до 40 м/час.
В одном из вариантов предложен узел, в котором насосный агрегат потребляет не более 10 КВт электроэнергии.
В одном из вариантов предложен узел, в котором насосный агрегат выполнен с возможностью нагнетания текучей среды, подаваемой при давлении до 25 атм.
В одном из вариантов предложен узел, в котором насосный агрегат выполнен с возможностью создания давления нагнетаемой текучей среды не менее 20 атм.
В одном из вариантов предложен узел, в котором насосный агрегат содержит одно или более рабочих колес, причем насосный агрегат выполнен с возможностью вращения одного или более рабочих колес со скоростью до 1450 об/мин.
В одном из вариантов предложен узел, в котором средствами измерения параметров текучей среды является одно или более из датчика температуры, датчика давления, манометра, расходомера.
3
В одном из вариантов предложен узел, который выполнен с возможностью нагнетания текучей среды с газосодержанием от 100 до 1500 и более м на тонну текучей среды.
В одном из вариантов предложен узел, который выполнен с возможностью нагнетания текучей среды с процентным содержанием газа до 60%.
В одном из дополнительных аспектов предложена групповая замерная установка для сбора и учета дебита скважин, отличающаяся тем, что содержит насосный узел, выполненный по первому аспекту изобретения.
В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ эксплуатации групповой замерной установки по второму аспекту изобретения, включающий в себя этапы, на которых:
осуществляют сбор текучей среды, представляющий собой газожидкостную смесь, со скважин,
осуществляют замер параметров текучей среды для учета дебита скважин,
направляют текучую среду через фильтр,
направляют текучую среду в насосный агрегат, и
одновременно направляют текучую среду в байпасную линию,
регулируют поток текучей среды посредством блока управления для одновременной работы насосного агрегата и байпасной линии с эжектором.
В одном из вариантов предложен способ, в котором регулирование потока текучей среды включает в себя этапы, на которых:
увеличивают поток текучей среды через байпасную линию при увеличении содержания газа в нагнетаемой текучей среде;
уменьшают поток текучей среды через байпасную линию при уменьшении содержания газа в нагнетаемой текучей среде.
В одном из вариантов предложен способ, в котором регулирование потока текучей среды включает в себя этап, на котором регулируют степень открывания задвижки, установленной на участке байпасной линии, присоединенном к всасывающему впуску эжектора.
В одном из вариантов предложен способ, в котором увеличивают степень открывания задвижки, установленной на участке байпасной линии, присоединенном к всасывающему впуску эжектора, для увеличения потока текучей среды, и уменьшают степень открывания задвижки, установленной на участке байпасной линии, присоединенном к всасывающему впуску эжектора, для уменьшения потока текучей среды.
В одном из вариантов предложен способ, в котором определяют уменьшение и/или увеличение содержания газа в нагнетаемой текучей среде средствами измерения параметров текучей среды, установленными перед впуском насосного агрегата.
В одном из вариантов предложен способ, в котором используют средства измерения параметров текучей среды, представляющие собой одно или более из датчика давления и манометра.
Следует понимать, что в предложенной групповой замерной установке и способе ее эксплуатации так же, как и в предложенном насосном узле, достигается технический результат, состоящий в обеспечении щадящего режима работы насосного агрегата посредством осуществления описанных выше этапов эксплуатации групповой замерной установки, содержащей насосный узел согласно первому аспекту изобретения. А значит, в целом увеличивается межремонтный интервал оборудования и обеспечивается надежность и стабильность транспортировки газожидкостной смеси с высоким газовым фактором в системах внутрипромысловой перекачки нефти.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее подробнее будут описаны наиболее предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематично показан насосный узел в соответствии с первым аспектом изобретения,
на фиг. 2 схематично показана групповая замерная установка, содержащая насосный узел по фиг. 1.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее описание относится к насосному узлу для групповой замерной установки, групповой замерной установке и способу ее эксплуатации при транспортировке газожидкостной смеси с высоким газовым фактором при внутрипромысловой перекачке нефти.
На фиг. 1 схематично показан один из предпочтительных вариантов осуществления насосного узла 1 в соответствии с первым аспектом изобретения, содержащего по меньшей мере одну задвижку на впуске насосного узла (в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения две задвижки 2 и 3), по меньшей мере один фильтр 4, расположенный ниже по потоку от по меньшей мере одной задвижки 2, 3 на впуске насосного узла, насосный агрегат 5, расположенный в основной линии для протекания текучей среды и выполненный с возможностью нагнетания текучей среды, представляющей собой газожидкостную смесь, байпасную линию, впуск которой соединен по текучей среде с основной линией в местоположении выше по потоку от насосного агрегата, а выпуск соединен по текучей среде с основной линией в местоположении ниже по потоку от насосного агрегата, по меньшей мере одну задвижку, расположенную в байпасной линии (в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения три задвижки 6, 7 и 8), эжектор 9, расположенный в байпасной линии ниже по потоку от по меньшей мере одной задвижки, расположенной в байпасной линии, и выполненный с возможностью регулирования потока текучей среды через байпасную линию и через насосный агрегат 5, причем нагнетающий впуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии с основной линией в местоположении ниже по потоку от насосного агрегата и выше по потоку от места соединения основной линии и выпуска байпасной линии, всасывающий впуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии со впуском байпасной линии, а выпуск эжектора соединен по текучей среде посредством участка байпасной линии с выпуском байпасной линии, по меньшей мере одну задвижку и по меньшей мере один обратный клапан на выпуске насосного узла (в проиллюстрированном варианте осуществления два клапана 10, 11 и две задвижки 12, 13), по меньшей мере одно средство измерения параметров текучей среды, расположенное в основной линии для текучей среды (в проиллюстрированном варианте осуществления средства 14, 15 измерения параметров текучей среды расположены выше и ниже по потоку от насосного агрегата, соответственно), блок управления (не показан), выполненный с возможностью управления задвижками в ответ на параметры текучей среды, измеренные по меньшей мере одним средством измерения параметров текучей среды.
В предпочтительном варианте осуществления насосный агрегат представляет собой открыто-вихревой насос самовсасывающего типа. Например, открытовихревой насос FAS-NZ, предназначенный для перекачки чистых и мутных, а также газонесущих жидкостей без абразивных примесей, перекачки сжиженных углеводородных газов.
3
3
С учетом свойств перекачиваемой текучей среды в системе внутрипромысловой перекачки нефти, таких как наличие в перекачиваемой текучей среде сероводород содержащих примесей и избыточного количества попутного нефтяного газа, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения необходимо предусмотреть насосный агрегат с возможностью работы при производительности не менее 2,4 м/час и по меньшей мере до 40 м/час.
Для обеспечения указанных параметров производительности, с учетом в случае необходимости возможности проведения монтажных работ и последующих эксплуатационных работ стандартными средствами, предпочтительным является выполнение участка байпасной линии, присоединенного к нагнетающему впуску эжектора, в виде трубы диаметром не менее 60 мм. Тогда предпочтительным является выполнение участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора, в виде трубы диаметром, составляющим не более половины диаметра участка байпасной линии, присоединенного к нагнетающему впуску эжектора, в качестве наиболее предпочтительного варианта, диаметром 26 мм. Кроме того, предпочтительно выполнять участок байпасной линии, присоединенный к выпуску эжектора, в виде трубы диаметром, составляющим не менее полутора диаметров участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора, и не более двух диаметров участка байпасной линии, присоединенного к всасывающему впуску эжектора, в качестве наиболее предпочтительного варианта, диаметром 48 мм.
Исходя из требований энергопотребления и энергоэффективности использования насосного узла в предпочтительных вариантах осуществления изобретения насосный агрегат должен потреблять не более 10 КВт электроэнергии, при этом он должен быть выполнен с возможностью нагнетания текучей среды, подаваемой при давлении до 25 атм, а кроме того, в наиболее предпочтительных вариантах осуществления с возможностью создания давления нагнетаемой текучей среды не менее 20 атм.
В одном из вариантов осуществления насосный агрегат содержит одно или более рабочих колес, причем насосный агрегат выполнен с возможностью вращения одного или более рабочих колес со скоростью до 1450 об/мин, обеспечивая тем самым необходимые показатели как по энергопотреблению исходя из потребляемой мощности насосным агрегатом, так и по условиям перекачки текучей среды.
Насосный узел выполнен с различными дополнительными элементами и средствами, такими как краны, задвижки, фильтры, клапаны, эжекторы, в качестве которых могут быть использованы стандартные известные из уровня техники элементы, кроме того, в качестве средств измерения параметров текучей среды может выбираться одно или более из датчика температуры, датчика давления, манометра, расходомера.
Указанные элементы предназначены для осуществления функций, известных специалисту в области техники, таких как предотвращение утечек, перекрытие потока текучей среды, например, для проведения ремонтных работ или других эксплуатационных нужд, грубая фильтрация от механических примесей, контроль параметров текучей среды (например, температуры, давления, расхода и т.п.).
3
Эжектор служит для отвода через байпасную линию избыточного количества газа, при образовании газовых пробок в нефтепроводе и обеспечивает щадящий режим работы насосного агрегата. Компоновка насосного узла в соответствии с первым аспектом изобретения позволяет выполнить узел с возможностью нагнетания текучей среды с газосодержанием от 100 до 1500 и более м на тонну текучей среды, таким образом, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения обеспечивается возможность нагнетания текучей среды с процентным содержанием газа до 60%.
Дополнительно может быть предусмотрен корпус вокруг насосного узла для зашиты всех элементов узла от внешних воздействий окружающей среды и неправомерных действий третьих лиц, кроме того, элементы насосного узла могут быть расположены на одной несущей раме, выполненной из подходящего материала, предпочтительно металла, обработанного известными методами обработки металлов для гарантирования надежного закрепления элементов насосного узла.
Далее обращаясь к фиг. 2, на которой схематично показана групповая замерная установка 21 (ГЗУ), содержащая насосный узел 1 по фиг. 1. Групповая замерная установка, как правило, предназначена для автоматического учета количества жидкости и газа, добываемых из нефтяных скважин с последующим определением дебита скважины. Установка, кроме того, позволяет осуществлять контроль над работой скважин по наличию подачи жидкости и газа и обеспечивает передачу этой информации, а также информацию об аварии на диспетчерский пункт.
Общий принцип работы ГЗУ 21 заключается в следующем. Текучая среда из скважин по сборным коллекторам, через обратные клапаны и линии задвижек (не показаны) поступает в переключатель 22 скважин многоходовой (ПСМ). Посредством ПСМ 22 текучая среда из одной из скважин направляется через задвижку (не показана) в измерительный узел 23, а продукция остальных скважин направляется в общий трубопровод через задвижку (не показана).
При этом для нагнетания текучей среды в общий трубопровод используется насосный узел 1, который согласно второму аспекту настоящего изобретения выполнен в соответствии с первым аспектом изобретения.
Тогда согласно третьему аспекту изобретения, способ эксплуатации ГЗУ 21 включает в себя этапы, на которых осуществляют сбор текучей среды, представляющий собой газожидкостную смесь, со скважин, осуществляют замер параметров текучей среды для учета дебита скважин, направляют текучую среду через фильтр 4, направляют текучую среду в насосный агрегат 5 и одновременно направляют текучую среду в байпасную линию, регулируют поток текучей среды посредством блока управления для одновременной работы насосного агрегата 5 и байпасной линии с эжектором 9. В иллюстративных целях общее направление текучей среды через насосный узел 1 ГЗУ 21 показано стрелками.
Регулирование потока текучей среды включает в себя этапы, на которых увеличивают поток текучей среды через байпасную линию при увеличении содержания газа в нагнетаемой текучей среде; уменьшают поток текучей среды через байпасную линию при уменьшении содержания газа в нагнетаемой текучей среде. В предпочтительных вариантах осуществления способа регулирование потока текучей среды включает в себя этап, на котором регулируют степень открывания задвижки, установленной на участке байпасной линии, присоединенном к всасывающему впуску эжектора. Причем в способе эксплуатации групповой замерной установки, содержащей насосный узел, описанный выше, увеличивают степень открывания задвижки, установленной на участке байпасной линии, присоединенном к всасывающему впуску эжектора, для увеличения потока текучей среды, и уменьшают степень открывания задвижки, установленной на участке байпасной линии, присоединенном к всасывающему впуску эжектора, для уменьшения потока текучей среды.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления способа изменение содержания газа в нагнетаемой текучей среде определяют средствами измерения параметров текучей среды, установленными перед впуском насосного агрегата, и предпочтительно, используют средства измерения параметров текучей среды, представляющие собой одно или более из датчика давления и манометра.
Устройство управления может быть выполнено в виде микроконтроллера, хранящего в постоянной памяти команды для осуществления этапов описанного выше способа. Подобный вариант осуществления изобретения может позволить оптимизировать и автоматизировать этапы описанного выше способа. В целом может быть дополнительно сокращено время, необходимое, например, для перенаправления потока текучей среды через байпасную линию с эжектором, минуя насосный агрегат при увеличении содержания газа в нагнетаемой текучей среде.
В качестве неограничивающего примера далее рассматривается частный пример реализации описанного способа, а именно на стадии ввода описанного насосного узла в эксплуатацию. С запуском насосного агрегата 5, текучую среду пропускают через фильтр 4 (задвижки 2, 3 и 13 полностью открыты, задвижка 12 полностью закрыта), далее текучую среду направляют в насосный агрегат 5 и одновременно в байпасную линию (задвижки 6, 7 и 8 полностью открыты). Давление, определенное средством 14 измерения параметров текучей среды - манометром, установленным на впуске насосного агрегата, составляет 23 атм. Давление, определенное средством 15 измерения параметров - манометром, установленным на выпуске насосного агрегата в местоположении ниже по потоку от места соединения основной линии нагнетания текучей среды и байпасной линии, составляет 23 атм. Постепенно содержание газа в нагнетаемой текучей среде снижается, что определяют по падению давления, определенного средством 14 измерения параметров текучей среды. Задвижку 6 при этом постепенно закрывают, вплоть до обеспечения минимального потока текучей среды через эжектор 9, необходимого для втягивания избытка сероводорода, содержащего в нагнетаемой текучей среде. После часа работы насосного узла устанавливается стабильный режим работы, при этом давление, определяемое средством 14 измерения параметров текучей среды, составляет 13 атм, а давление, определяемое средством 15 измерения параметров текучей среды составляет 24 атм. В дальнейшем избыток сероводорода, содержащегося в нагнетаемой текучей среде, отводят через байпасную линию через эжектор 9.
Таким образом, посредством упрощенной конструкции насосного узла обеспечен щадящий режим работы насосного агрегата, при этом увеличивается межремонтный интервал для оборудования и гарантируется надежность и стабильность транспортировки газожидкостной смеси с высоким газовым фактором в системах внутрипромысловой перекачки нефти.
Следует понимать, что в предложенной групповой замерной установки и способе ее эксплуатации так же, как и в предложенном насосном узле обеспечивается щадящий режим работы насосного агрегата посредством осуществления описанных выше этапов эксплуатации групповой замерной установки, содержащей насосный узел согласно первому аспекту изобретения. А значит, в целом увеличивается межремонтный интервал оборудования и обеспечивается надежность и стабильность транспортировки газожидкостной смеси с высоким газовым фактором в системах внутрипромысловой перекачки нефти.
Следует также понимать, что конструкции и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Предмет настоящего описания включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и способов, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания. Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных.