СТАНЦИЯ ПЕРЕКАЧКИ И СЕПАРАЦИИ МНОГОФАЗНОЙ СМЕСИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности к внутрипромысловому сбору и транспортированию водогазонефтяной продукции нефтяных скважин при однотрубном транспортировании на центральный пункт сбора и подготовки нефти. Также полезная модель может быть использовано и в других отраслях народного хозяйства для перекачки и транспортирования многофазных смесей.
Уровень техники
Известна установка для сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин, включающая сеть сборных трубопроводов от скважин, напорный трубопровод до установки подготовки нефти и насосную установку, размещенную между сетью сборных трубопроводов и напорным трубопроводом. Насосная установка выполнена с применением многофазного штангового насоса, закрепленного на насосно-компрессорной трубе (НКТ) и установленного в зумпфе, оборудованном трубой большого диаметра с заглушкой на нижнем конце и устьевым оборудованием на верхнем конце. Боковой отвод зумпфа, сообщающийся с межтрубным пространством, соединен с сетью сборных трубопроводов через расширительную камеру, а боковой отвод устьевого оборудования - линейный отвод устьевого оборудования, сообщающийся с внутренней полостью НКТ, соединен с напорным трубопроводом через эжектор, который посредством газовой линии соединен с газовым пространством расширительной камеры. В качестве привода многофазного штангового насоса применен станок-качалка, полированный шток которого соединен со штоком штангового насоса (патент RU №2160866, кл. F17D 1/00 от 1999 г.).
Признаки, являющиеся общими для известного и заявленного технических решений, заключаются в наличии шурфовой насосной станции, гидроструйного насоса и выходного напорного трубопровода.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в том, что известная установка не обеспечивает стабильного и постоянного режима транспортирования водогазонефтяной смеси из скважин с высоким дебитом, а также с высоким газовым фактором и большим содержанием мехпримесей, т.к. используемый для транспортирования штанговый насос, пропускающий через себя всю транспортируемую жидкость, имеет ограниченную производительность, определяемую возможностями станка-качалки. При этом такой насос может перекачивать жидкость только с малым газовым фактором. Поэтому для обеспечения надежной эксплуатации в известной установке всегда требуется дополнительно устанавливать буферную емкость, что делает установку малопроизводительной, громоздкой и неудобной в эксплуатации. Кроме того, поскольку известная установка содержит две ступени перекачки (последовательно штанговым насосом и струйным насосом), то в случае выхода из строя одной из ступеней перекачки полностью прекращается транспортирование продукции скважин, останавливаются сами скважины, и для повторного запуска установки требуются, помимо дополнительных материальных затрат, еще и дополнительные затраты времени, что приводит к удорожанию процесса транспортирования, а также к его дискретному режиму, в результате чего возможны частые выходы оборудования из строя. Также известная установка не позволяет оснастить ее дистанционным управлением, т.к. при ее работе невозможно выделить какой-либо единый контрольный показатель, характеризующий работу установки в целом. Этот недостаток усложняет процесс эксплуатации всей известной установки. Еще одним недостатком этой установки является необходимость перекачки через штанговый насос всего объема продукции нефтяных скважин, что приводит к неоправданно высокому расходу электроэнергии и повышенному износу оборудования.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является система сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин, которая содержит сеть сборных трубопроводов от скважин, напорный трубопровод до установки подготовки нефти, эжектор, насос, закрепленный на насосно-компрессорной трубе и размещенный в зумпфе, который оборудован трубой с заглушкой на нижнем конце и устьевым оборудованием на верхнем конце, отвод межтрубного пространства зумпфа, линейный отвод устьевого оборудования, сообщающийся с внутренней полостью насосно-компрессорной трубы, сепарационную установку, имеющую отводы газоводонефтяной и водонефтяной продукции сепарации, при этом эжектор размещен между сетью сборных трубопроводов и напорным трубопроводом, патрубок ввода транспортируемой жидкости в эжектор связан с сетью сборных трубопроводов, сопло эжектора через линейный отвод устьевого оборудования связано с полостью насосно-компрессорной трубы, а диффузор эжектора - с входом сепарационной установки, отвод газоводонефтяной продукции сепарации соединен с напорным трубопроводом, а отвод водонефтяной продукции сепарации соединен посредством байпасного трубопровода с отводом межтрубного пространства зумпфа, при этом в качестве насоса система содержит электроцентробежный насос (Патент RU №2236639 C1, М. кл. F17D 1/00, опубликовано 20.09.2004).
Признаки известного устройства, совпадающие с существенными признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии входного трубопровода (в прототипе это патрубок), блочного сепаратора, выходного напорного трубопровода, шурфовой насосной установки (в прототипе это зумпф, труба с заглушкой, насосно-компрессорная труба, межтрубное пространство, электроцентробежный насос, устьевое оборудование, боковой отвод, линейный отвод), гидроструйного насоса (в прототипе это эжектор с соплом и диффузором); при этом выход входной трубопровод гидравлически связан с пассивным входом гидроструйного насоса, выход шурфовой насосной установки гидравлически связан с активным входом гидроструйного насоса, один выход сепаратора гидравлически связан с входом шурфовой насосной установки, выход гидроструйного насоса гидравлически связан с входом сепаратора.
Причина, препятствующая получению технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в возможности несанкционированного возвратного движения жидкости, отсутствие измерений основных параметров продукции, поступающей в выходной напорный трубопровод, в сложности проведения ремонтных работ.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении надежности и долговечности работы станции перекачки и сепарации многофазной смеси.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что становится невозможным несанкционированное возвратное движение газожидкостного потока, направляемого из гидроструйного насоса в трубный сепаратор, осуществляется измерение параметров жидкости, поступающей в выходной напорный трубопровод, имеется возможность сброса жидкости из устройств станции в соответствующие емкости при проведении ремонтных работ и последующего использования этой жидкости, обеспечивается возможность работы станции при отказе гидроструйного насоса.
Достигается технический результат тем, что станция перекачки и сепарации многофазной смеси содержит входной трубопровод, узел дозированной подачи реагента-деэмульгатора, как минимум одну шурфовую насосную установку, как минимум один гидроструйный насос, сепарационную емкость, трубный сепаратор, первый насос, первый узел учета, второй узел учета, дренажную емкость, второй насос, канализационную емкость, третий насос, выходной напорный трубопровод, запорные элементы, обратные клапаны и предохранительный клапан, при этом входной трубопровод через соответствующие запорные элементы гидравлически связан с выходом узла дозированной подачи реагента-деэмульгатора и входом сепарационной емкости, а также через соответствующие последовательно включенные запорный элемент и обратный клапан - с пассивным входом гидроструйного насоса, выход сепарационной емкости посредством первого насоса через соответствующие запорные элементы и первый узел учета гидравлически связан с выходным напорным трубопроводом, активный вход гидроструйного насоса гидравлически связан с выходом шурфовой насосной установки, выход гидроструйного насоса через соответствующие последовательно включенные запорный элемент и обратный клапан гидравлически связан с входом трубного сепаратора, первый основной выход трубного сепаратора гидравлически связан с входом второго узла учета, выход которого через соответствующий запорный элемент гидравлически связан с выходным напорным трубопроводом, второй основной выход трубного сепаратора через соответствующий запорный элемент гидравлически связан с входом шурфовой насосной установки, первый аварийный выход трубного сепаратора через соответствующий запорный элемент гидравлически связан с канализационной емкостью, с которой также гидравлически связан через соответствующий запорный элемент аварийный выход второго узла учета, второй аварийный выход трубного сепаратора через соответствующий предохранительный клапан гидравлически связан с дренажной емкостью, с которой через соответствующий запорный элемент гидравлически связан вход шурфовой насосной установки, выход дренажной емкости посредством второго насоса через соответствующие последовательно включенные запорный элемент и обратный клапан гидравлически связан с пассивным входом гидроструйного насоса, выход канализационной емкости посредством третьего насоса через соответствующие последовательно включенные запорный элемент и обратный клапан гидравлически связан с пассивным входом гидроструйного насоса.
Новые признаки заявленной полезной модели заключаются в том, что станция содержит узел дозированной подачи реагента, сепарационную емкость, насосы, дренажную емкость, узлы учета, канализационную емкость, запорные элементы, обратные клапаны, предохранительные клапаны, а также упомянутые выше гидравлические связи между этими конструктивными элементами.
Краткое описание чертежей
На прилагаемой фигуре показана функциональная схема заявленной станции перекачки и сепарации многофазной смеси.
Осуществление полезной модели
Станция перекачки и сепарации многофазной смеси содержит входной трубопровод 1, узел 2 дозированной подачи реагента-деэмульгатора, как минимум одну шурфовую насосную установку 3, как минимум один гидроструйный насос 4 (на прилагаемой фигуре для упрощения показана одна шурфовая насосная установка и один гидроструйный насос), сепарационную емкость 5, трубный сепаратор 6, первый насос 7, первую дренажную емкость 8, первый узел учета 9, второй узел учета 10, вторую дренажную емкость 11, второй насос 12, канализационную емкость 13, третий насос 14, выходной напорный трубопровод 15, запорные элементы 16÷34, обратные клапаны (35÷38), предохранительные клапаны (39, 40).
Входной трубопровод 1 гидравлически связан: 1) через запорный элемент 16 с выходом узла 2 дозированной подачи реагента-деэмульгатора, 2) через последовательно включенные запорные элементы 17, 19 и обратный клапан 35 с пассивным входом 41 гидроструйного насоса 4, 3) через последовательно включенные два запорных элемента 17 и 18 с входом сепарационной емкости 5.
Первый выход сепарационной емкости 5 через запорный элемент 23 соединен с узлом сжигания газа. Второй выход сепарационной емкости 5 через запорный элемент 24 гидравлически связан с входом первого насоса 7 и входом первой дренажной емкости 8. Выход первого насоса 7 через запорный элемент 28 гидравлически связан с входом первого узла учета 9. Выход первой дренажной емкости 8 через параллельно включенные запорный элемент 29 и предохранительный клапан 39 гидравлически связан с входом первого узла учета 9. Второй выход сепарационной емкости 5 через запорный элемент 25 гидравлически связан с входом первого узла учета 9, выход которого через запорный элемент 31 гидравлически связан с выходным напорным трубопроводом 15.
Активный вход 42 гидроструйного насоса 4 гидравлически связан с выходом шурфовой насосной установки 3. Выход гидроструйного насоса 4 через последовательно включенные запорный элемент 26 и обратный клапан 36 гидравлически связан с входом трубного сепаратора 6.
Первый основной выход 43 трубного сепаратора 6 гидравлически связан с входом второго узла учета 10, выход которого через запорный элемент 30 гидравлически связан с выходным напорным трубопроводом 15. Второй основной выход 44 трубного сепаратора 6 через запорный элемент 27 гидравлически связан с входом шурфовой насосной установки 3. Первый аварийный выход 45 трубного сепаратора 6 через запорный элемент 33 гидравлически связан с канализационной емкостью 13, с которой также гидравлически связан через запорный элемент 32 аварийный выход второго узла учета 10. Второй аварийный выход 46 трубного сепаратора 6 через предохранительный клапан 40 гидравлически связан со второй дренажной емкостью 11, с которой через запорный элемент 20 также гидравлически связан вход шурфовой насосной установки 3. Выход второй дренажной емкости 11 посредством второго насоса 12 через последовательно включенные запорный элемент 22 и обратный клапан 37 гидравлически связан с пассивным входом 41 гидроструйного насоса 4.
Выход канализационной емкости 13 посредством третьего насоса 14 через последовательно включенные запорный элемент 34 и обратный клапан 38 гидравлически связан с пассивным входом 41 гидроструйного насоса 4.
Шурфовая насосная установка 3 снабжена запорным элементом 21, предназначенным для выпуска газа из межтрубного пространства этой установки в дренажную емкость 11.
Шурфовал насосная установка 3 представляет собой зумпф, оборудованный трубой с заглушкой на нижнем конце и устьевым оборудованием на верхнем конце. В указанной трубе расположена насосно-компрессорная труба, соединенная с устьевым оборудованием. При этом межтрубное пространство является входом шурфовой насосной установки. В зумпфе также установлен (в его нижней части) погружной электродвигатель, над которым установлен электроцентробежный насос. Последний закреплен на насосно-компрессорной трубе, верхний конец которой соединен с устьевым оборудованием. Внутреннее пространство насосно-компрессорной трубы является выходом шурфовой насосной установки (конструктивные элементы шуфровой насосной установки не показаны).
Гидроструйный насос 4 представляет собой эжектор, включающий сопло, камеру смешения и диффузор (не показаны). Гидроструйный насос предназначен для перемешивания струи рабочей (т.е. активной жидкости, поступающей на вход 42) с потоком подсасываемой, т.е. пассивной среды, поступающей на вход 41, и последующего совместного их транспортирования (эффект Вентури).
Каждый узел учета (9 и 10) предназначен для измерения основных параметров газа и жидкости, поступающих в выходной напорный трубопровод 15, и содержит датчики давления и уровня, счетчики жидкости и газа, влагомер и регулятор давления (перечисленные конструктивные элементы не показаны).
Работа станции заключается в следующем.
Многофазная газоводонефтяная продукция нефтяных скважин через газозамерные установки (нефтяные скважины и газозамерные установки не показаны) подается по входному трубопроводу 1. В этот же трубопровод насосом 12 подается водонефтяная смесь из дренажной емкости 11 через обратный клапан 37 и открытый запорный элемент 22 и насосом 14 из канализационной емкости 13 через открытый запорный элемент 34 и обратный клапан 38. Одновременно в трубопровод 1 из узла 2 дозированной подачи реагента-деэмульгатора в качестве такового подается Сондем 4403, предназначенный для разрушения эмульсии.
По входному трубопроводу 1 газоводонефтяная смесь через открытые запорные элементы 17 и 19 и обратный клапан 35 поступает на пассивный вход 41 гидроструйного насоса 4. При этом на активный вход 42 гидроструйного насоса 4 поступает водонефтяная смесь с выхода шурфовой насосной установки 3.
С выхода гидроструйного насоса 4 через обратный клапан 36 и открытый запорный элемент 26 газонефтяная продукция поступает на вход трубного сепаратора 6. В сепараторе 6 происходит разделение газоводонефтяной продукции на газоводонефтяную фракцию, в которой преобладает газ (первый основной выход 43), и водонефтяную фракцию (второй основной выход 44). Газоводонефтяная фракция с первого выхода 43 трубного сепаратора 6 поступает на вход узла учета 10 и далее через открытый запорный элемент 30 в выходной напорный трубопровод 15. Далее по напорному трубопроводу 15 газоводонефтяная фракция подается либо на установку подготовки нефти, либо на вход следующей станции перекачки и сепарации многофазной смеси. Водонефтяная фракция со второго основного выхода 44 трубного сепаратора 6 поступает через открытый запорный элемент 27 на вход шурфовой насосной установки 3. С выхода шурфовой насосной установки 3 водонефтяная фракция (рабочая жидкость) поступает в гидроструйный насос 4. При этом в процессе работы станции запорные элементы 18 и 31 закрыты.
Для контроля давления нефтегазовой смеси в блочном сепараторе 6 на выходном патрубке установлен электроконтактный манометр, который подает сигналы на отключение гидроструйного насоса 4 при достижении максимального давления 3,4 МПа и при снижении давления до 1,2 МПа. При превышении давления в блочном сепараторе установленного допустимого значения через предохранительный клапан 40 нефтегазовая смесь сбрасывается в подземную дренажную емкость 11. Последняя оборудована радарным уровнемером, датчиком предельного уровня, дыхательной трубкой с огнепреградителем (не показаны). При достижении в дренажной емкости 11 минимального уровня (0,3 м) или максимального уровня (1,8 м) нефтегазовой смеси включается аварийная сигнализация. Опорожнение емкости 11 осуществляется периодически откачкой погружным насосом 12 во входной трубопровод 1.
Сброс дренажа с узла учета 10, а также дренажа с трубного сепаратора 6 (при его остановке и пропарке) поступает в подземную канализационную емкость 13. Последняя оборудована радарным уровнемером, датчиком предельного уровня, дыхательной трубкой с огнепреградителем (не показаны). При достижении в дренажной емкости 13 минимального уровня (0,3 м) или максимального уровня (1,8 м) нефтегазовой смеси включается аварийная сигнализация. Опорожнение емкости 13 осуществляется периодически откачкой погружным насосом 14 во входной трубопровод 1.
В случае отказа блочного сепаратора 6 нефтегазовая смесь по входному трубопроводу через открытый запорный элемент 18 поступает в сепарационную емкость 5, оборудованную датчиком аварийного уровня релейного типа, уровнемером, электроконтактным и техническим манометрами, предохранительным клапаном (не показаны). В сепарационной емкости 5 при давлении 0,03-0,27 Мпа осуществляется первая ступень сепарации нефти. Нефть, прошедшая данную ступень сепарации, откачивается насосом 7 и через узел учета 9 и открытые запорные элементы 28 и 31 поступает в выходной напорный трубопровод 15. Дренажная емкость 8 предназначена для сбора утечек от сальников насоса 7 и дренажа с сепарационной емкости 5.