Подводная насосная станция для перекачки многокомпонентной газосодержащей смеси

Подводная насосная станция для перекачки многокомпонентной газосодержащей смеси

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к насосным станциям подводного базирования для перекачки многокомпонентных газожидкостных смесей, преимущественно продукции морских нефтяных скважин.

Известен способ перекачки продукции нефтяных скважин, включающий сепарацию многокомпонентной газосодержащей смеси перед поступлением в насосную станцию [Нефтепромысловое оборудование. Справочник. Под ред. Е.И.Бухаленко. - М.: Недра, 1990, стр.425].

Недостатком известного способа является необходимость в полном удалении газа от жидкой фракции при сепарации (сложность процесса), а также потеря газа и отрицательные экологические последствия при его сжигании в факельной установке.

Использование многофазных насосных станций имеет ряд преимуществ: 1) упрощенная и полностью герметичная система транспорта продукции скважин от места добычи до центрального пункта подготовки нефти (газа) независимо от его удаленности; 2) повышение дебита скважины (нефтеотдачи пласта) за счет снижения давления на устье скважины; при этом погружные скважинные насосы эксплуатируются в более выгодных технологических режимах; 3) уменьшение вредного воздействия на окружающую среду; 4) сокращение капитальных затрат на обустройство месторождения (отказ от строительства протяженных нефтесборных коллекторов и газопровода); 5) возможность эксплуатации скважин, а также месторождения в целом в экономически выгодных режимах за счет автоматического поддержания давления на входе насоса; 6) включение в общую систему обустройства месторождения зон или отдельных скважин (кустов), территориально удаленных или расположенных в труднодоступных местах; 7) возможность стопроцентной утилизации газа, начиная с первого дня эксплуатации месторождения.

Известны различные технические решения для нагнетания газожидкостной смеси: насосные установки, содержащие дозировочный и дожимной поршневые насосы, соединенные между собой посредством трубопровода и клапана [а.с. СССР №1339297, кл. F04В 23/00, опубл. 23.09.87; а.с. СССР №1585545, кл. F04В 23/00, опубл. 15.08.90], насосные станции с предварительным разделением продукции нефтяных скважин перед станцией на нефть, воду и газ с последующим раздельным нагнетанием и смешением после станции [а.с. СССР №623049, кл. F17D 1/00, опубл. 1978; а.с. СССР №653481, кл. F17D 1/00, опубл. 1979, пат. РФ №2007659, кл. F17D 1/00, опубл. 1994].

Недостатками известных технических решений являются сложность конструкции, низкая надежность в работе и высокая стоимость насосных станций, реализующих указанные технические решения.

Известна также насосная станция для перекачивания многофазных смесей, содержащая установленный на трубопроводе винтовой насос [П.Е.Амосов и др. Винтовые компрессорные машины. Л.: Машиностроение, 1977, стр.13].

Известная станция на основе винтового насоса проста по конструкции и в эксплуатации, надежна в работе, экономична (КПД до 75%). Однако при высоких газосодержаниях (60...100 об. %) и больших степенях повышения давления (5...10 раз и выше) ее КПД снижается до 20...30% и возникает недопустимо высокий перегрев винтового насоса из-за отсутствия жидкостного уплотнения и охлаждения в местах контакта винтов между собой и корпусом насоса.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа насосная станция для перекачивания многофазных смесей, содержащая установленный на трубопроводе по крайней мере один винтовой насос, вход которого соединен магистралью с дополнительной емкостью зажижения, заполненной водонефтяной смесью, а на магистрали установлен регулируемый клапан, выполненный с возможностью открытия при попадании на вход насоса газовой пробки или смеси с высоким газосодержанием, например, выполненный в виде электромагнитного клапана, электрически связанного через блок управления с термопарой, установленной на выходе насоса [Патент РФ №2239122, кл. F17D 1/00, опубл. 27.10.2004].

Недостатками известной насосной станции являются сложность конструкции и ограниченные возможности применения (может быть использована только на малых глубинах шельфовой зоны моря).

Для устранения указанных недостатков предлагается подводная насосная станция для перекачки многокомпонентной газосодержащей смеси, содержащая по крайней мере один установленный на трубопроводе винтовой насос, вход которого соединен с магистралью зажижения через электромагнитный клапан, электрически связанный через блок управления с термопарой, установленной на выходе насоса, в которой согласно изобретению магистраль зажижения сообщена с окружающей станцию морской водой.

Для снижения коррозионного воздействия на рабочие органы винтового насоса магистраль зажижения может быть сообщена с морской водой через опреснительный блок, выполненный, например, в виде фильтра из ионообменных смол.

Сопоставительный анализ заявляемой насосной станции с прототипом и с другими решениями в данной области техники показывает, что изложенная в патентной формуле совокупность признаков неизвестна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о ее соответствии критерию изобретения «новизна».

По мнению заявителя и авторов, совокупность изложенных в патентной формуле существенных признаков не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не видно влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков патентной формулы, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения второму критерию «изобретательский уровень».

Соответствие предлагаемого решения критерию изобретения "промышленная применимость" видно из ниже приведенного примера конкретного выполнения подводной насосной станции.

Изобретение иллюстрировано чертежом, на котором представлена функциональная схема подводной насосной станции с опреснительным блоком (зависимый пункт 2 патентной формулы).

Позиции, указанные на схеме:

1 - трубопровод;

2 - винтовой насос;

3 - магистраль зажижения;

4 - опреснительный блок;

5 - регулируемый клапан;

6 - электромагнит;

7 - электронный блок управления;

8 - термопара.

Подводная насосная станция включает установленный на трубопроводе 1 винтовой насос 2, вход которого соединен с магистралью 3 зажижения через регулируемый (электромагнитный) клапан 5, электромагнит 6 которого через электронный блок управления 7 электрически связан с термопарой 8, размещенной на выходе насоса 2.

Работа подводной насосной станции осуществляется следующим образом.

При включении винтового насоса 2 происходит перекачка газонефтяной смеси по трубопроводу 1. В случае попадания на вход винтового насоса 2 газовой пробки или газонефтяной смеси с высоким (60...90 об.%) содержанием газа происходит нагрев смеси из-за адиабатического сжатия газа и снижения жидкостного охлаждения насоса 2. Этот нагрев регистрируется термопарой 8 на выходе из насоса 2 и приводит к срабатыванию электронного блока управления 7, электрический управляющий сигнал от которого подается на электромагнит 6 клапана 5. Клапан 5 открывается. Окружающая насосную станцию морская вода последовательно проходит через опреснительный блок 4 и далее через открытый электромагнитный клапан 5 по магистрали 3 поступает на вход винтового насоса 2. Это обеспечивает восстановление КПД насоса и устраняет его перегрев. Попадание относительно малого объема воды в трубопровод 1 существенно не влияет на качество перекачиваемой продукции подводной нефтяной скважины (в ее составе изначально присутствует определенный процент воды), а подача на вход насоса 2 зажижающей воды происходит только на сравнительно короткое время прохождения газовой пробки. После прохождения газовой пробки происходит срабатывание (от сигнала термопары 8) электронного блока управления 7, электрический управляющий сигнал от которого подается на электромагнит 6 клапана 5. Клапан 5 закрывается.

Использование заявляемого изобретения позволяет существенно упростить конструкцию подводной насосной станции, снизить энергозатраты на перекачивание многокомпонентных нефтегазовых смесей винтовыми насосными станциями (практически до уровня энергозатрат раздельного транспортирования газовой фракции), сохранив при этом преимущества винтовых насосов (простота, возможность перекачивания смесей с содержанием газообразной фракции от 0 до 100%, высокие надежность, долговечность и удобство в работе). Отличительными особенностями насосной станции являются низкие капитальные и эксплуатационные расходы.

1. Подводная насосная станция для перекачки многокомпонентной газосодержащей смеси, содержащая, по крайней мере, один установленный на трубопроводе винтовой насос, вход которого соединен с магистралью зажижения через электромагнитный клапан, электрически связанный через блок управления с термопарой, установленной на выходе насоса, отличающаяся тем, что магистраль зажижения сообщена с окружающей станцию морской водой.

2. Подводная насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что магистраль зажижения сообщена с морской водой через опреснительный блок, выполненный, например, в виде фильтра из ионообменных смол.