Насосная станция для перекачивания многокомпонентной газосодержащей среды

Насосная станция для перекачивания многокомпонентной газосодержащей среды

Реферат

Изобретение относится к технике перекачивания углеводородов, а именно к насосным станциям для перекачивания многокомпонентных газожидкостных смесей, преимущественно продукции нефтяных скважин, и может быть использовано в нефтяной и нефтегазовой отраслях промышленности.

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.

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, опубл. 23.09.87; а.с. СССР №1585545, 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, опубл. 1978; а.с. СССР №653481, опубл. 1979; пат. РФ №2007659, опубл. 1994).

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

Известна 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).

Указанная 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 своей сущности и достигаемому техническому результату является насосная станция для перекачки многокомпонентной газосодержащей смеси, содержащая, по крайней мере, один насос, например винтовой насос, установленный на трубопроводе, при этом вход насоса соединен магистралью с дополнительной емкостью зажижения, заполненной нефтеводяной смесью (Патент RU 2239122 С2, опубл. 27.10.2004).

Основным недостатком указанной станции является то, что в емкости зажижения не контролируется уровень раздела газонефтяной и нефтеводяной фракций смеси, что может привести к перегреву насоса и выходу станции из строя при падении уровня ниже минимально обусловленного для надежной работы насоса и станции в целом.

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении бесперебойного перекачивания скважинных жидкостей - сырой нефти, газового конденсата, потоков смешанных углеводородов, включающих нефть, воду, пар, газоконденсат, в том числе с газовыми и водяными пробками переменного объема, а также с примесями твердых дискретных частиц, и в повышении надежности и длительности работы насосной станции в экстремальных ситуациях с исключением перегрева и выхода из строя насосного оборудования.

Поставленная задача решается тем, что предложенная насосная станция для перекачивания многокомпонентной газосодержащей среды с переменным содержанием газа, согласно изобретению, содержит корпус, по меньшей мере, один, предпочтительно, винтовой насос; сообщенные с насосом по перекачиваемой среде подводящий и отводящий трубопроводы; емкость зажижения, заполняемую указанной многокомпонентной средой и/или водой; циркуляционный контур с замыкающей магистралью, подключенной на проток понизу к емкости зажижения и через подводящий трубопровод к насосу; блок управления и электрически связанные с ним не менее чем один установленный на замыкающей магистрали регулируемый электромагнитный клапан и размещенную у выхода из насоса термопару; при этом емкость зажижения соединена на проток с отводящим трубопроводом и выполнена в виде гидростатического сепаратора с корпусом, включающим расположенный в верхней части переменный газовый объем и расположенную под ним кубовую часть для жидкой среды, включающую два разных по назначению объема, один - расходуемый объем переменного заполнения, а другой - резервный объем, определенный из условия достаточности для охлаждения насоса в режиме перекачивания упомянутой среды с высоким содержанием газа, газовых пробок прогнозируемого объема и/или прогнозируемого времени работы в указанном режиме и поддерживаемый постоянным до включения в работу циркуляционного контура и полной выработки среды зажижения из расходуемого объема переменного заполнения указанной емкости, для чего корпус последнего наделен одним входным патрубком, двумя выходными патрубками, расположенными в стенке корпуса, и третьим - возвратным, размещенным в донной части корпуса и сообщенным с циркуляционным контуром, причем один из выходных патрубков расположен в верхней части корпуса, а другой - ниже первого на уровне раздела упомянутых расходуемого переменного заполнения и резервного объемов кубовой части емкости зажижения.

При этом емкость зажижения может быть дополнительно подключена к внешнему источнику водоснабжения через дополнительный регулируемый электромагнитный клапан, электрически связанный с блоком управления через замедлитель исполнения команд на включение подачи в емкость зажижения воды до второго подъема температуры в насосе после срабатывания первого регулируемого электромагнитного клапана на включение охлаждения насоса через циркуляционный контур и емкость зажижения.

В циркуляционном контуре может быть установлен холодильник, а в верхней части емкости зажижения может быть расположен центробежный сепаратор.

По меньшей мере привод регулируемого клапана, установленного в циркуляционном контуре, кинематически связан со снабженным поплавком уровнемером, установленным внутри корпуса емкости зажижения, а привод регулируемого клапана связан с поплавком уровнемера посредством штока или кинематической пары «шток плюс штанга».

Емкость зажижения может быть оснащена расходомерами, установленными на выходных патрубках, подающих многокомпонентную среду в магистраль или отсепарированные газовый и жидкостный компоненты в раздельные трубопроводы, а также расходомер, установленный на циркуляционном контуре.

Насосная станция может быть снабжена, по меньшей мере, одним, предпочтительно, винтовым насосом, который адаптирован к перекачиванию сырой нефти с переменным процентным содержанием газа с различной влажностью и газовых пробок.

Насосная станция может быть снабжена, по меньшей мере, одним, предпочтительно, винтовым насосом, который адаптирован к перекачиванию газового конденсата с переменным содержанием газа, варьируемым в широком диапазоне, достигающем 99%, а также с переменным содержанием жидкой углеводородной фазы, парообразной влаги и воды.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в повышении надежности и длительности работы насосной станции за счет обеспечения бесперебойного охлаждения насоса в течение заданного периода времени не менее требуемого для перекачивания максимальных из прогнозируемых по объему газовых пробок или сухого конденсата. Это достигается выверенной по высоте установкой патрубка для перекачивания жидкостного компонента смеси с сохранением в емкости зажижения резервного объема жидкостного компонента, по меньшей мере, до наступления экстремальной ситуации, что приводит к повышению кпд насоса и обеспечению бесперебойного перекачивания скважинных жидкостей в экстремальных ситуациях с исключением перегрева и выхода из строя насосного оборудования в период до полного израсходования жидкостного компонента из резервного объема емкости зажижения.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором показана функциональная схема предлагаемой насосной установки, где h_п - высота расходуемого объема переменного заполнения, Н_р - высота резервного объема емкости зажижения.

Насосная станция для перекачивания многокомпонентной газосодержащей среды с переменным содержанием газа содержит корпус, по меньшей мере, один, предпочтительно, винтовой насос 1, сообщенные с насосом 1 по перекачиваемой среде подводящий и отводящий трубопроводы 2 и 3 соответственно, емкость 4 зажижения, заполняемую указанной многокомпонентной средой 5 и/или водой, циркуляционный контур 6 с замыкающей магистралью 7, подключенной на проток понизу к емкости 4 зажижения и через подводящий трубопровод 2 к насосу 1, блок управления 8 и электрически связанные с ним не менее чем один установленный на замыкающей магистрали 7 регулируемый электромагнитный клапан 9 и размещенную у выхода из насоса 1 термопару 10.

Емкость 4 зажижения соединена на проток с отводящим трубопроводом 3 и выполнена в виде гидростатического сепаратора с корпусом 11, включающим расположенный в верхней части переменный газовый объем 12 и расположенную под ним кубовую часть для жидкой среды, включающую два разных по назначению объема - расходуемый объем 13 переменного заполнения и резервный объем 14, определенный из условия достаточности для охлаждения насоса 1 в режиме перекачивания упомянутой среды с высоким содержанием газа, газовых пробок прогнозируемого объема, и/или прогнозируемого времени работы в указанном режиме, и поддерживаемый постоянным до включения в работу циркуляционного контура 6 и полной выработки среды зажижения из расходуемого объема 13 переменного заполнения емкости 4. Для этого корпус 11 наделен одним входным патрубком 15, двумя выходными патрубками 16 и 17, расположенными в стенке корпуса 11, и третьим патрубком 18 - возвратным, размещенным в донной части корпуса 11 и сообщенным с циркуляционным контуром 6. Выходной патрубок 16 расположен в верхней части корпуса 11, а другой патрубок 17 - ниже первого на уровне раздела упомянутых расходуемого переменного заполнения и резервного объемов 13 и 14 соответственно кубовой части емкости 4 зажижения.

Емкость 4 зажижения дополнительно подключена к внешнему источнику водоснабжения (не показано) через дополнительный регулируемый электромагнитный клапан, электрически связанный с блоком управления через замедлитель исполнения команд на включение подачи в емкость 4 зажижения воды до второго подъема температуры в насосе 1 после срабатывания первого регулируемого электромагнитного клапана 9 на включение охлаждения насоса 1 через циркуляционный контур 6 и емкость 4 зажижения.

В циркуляционном контуре 6 установлен холодильник, а в верхней части емкости 4 зажижения расположен центробежный сепаратор.

По меньшей мере привод регулируемого клапана 9, установленного в циркуляционном контуре 6, кинематически связан со снабженным поплавком уровнемером, установленным внутри корпуса 11 емкости 4 зажижения. Указанный клапан размещен внутри емкости 4, а его привод связан с поплавком уровнемера посредством штока или кинематической пары «шток плюс штанга».

Емкость 4 зажижения оснащена расходомерами, установленными на выходных патрубках 16, 17, подающих многокомпонентную среду в магистраль или отсепарированные газовый и жидкостный компоненты в раздельные трубопроводы, а также расходомер, установленный на циркуляционном контуре 6.

Насосная станция снабжена, по меньшей мере, одним, предпочтительно, винтовым насосом, который адаптирован к перекачиванию сырой нефти с переменным процентным содержанием газа с различной влажностью и газовых пробок.

Насосная станция снабжена, по меньшей мере, одним, предпочтительно, винтовым насосом, который адаптирован к перекачиванию газового конденсата с переменным содержанием газа, варьируемым в широком диапазоне, достигающем 99%, а также с переменным содержанием жидкой углеводородной фазы, парообразной влаги и воды.

Работа насосной станции осуществляется следующим образом.

При включении винтового насоса 1 происходит перекачка газонефтяной смеси по трубопроводу 2. На выходе из насоса 1 смесь попадает в емкость 4, в нижней части которой скапливается нефтеводяная фракция (смесь). В случае попадания на вход насоса 1 газовой или газонефтяной пробки с высоким (60…90 об.%) содержанием газа происходит нагрев смеси из-за адиабатического сжатия газа и снижения жидкостного охлаждения насоса 1. Этот нагрев регистрируется термопарой 10 на выходе из насоса 1 и приводит к срабатыванию электронного блока управления 8, электрический управляющий сигнал от которого подается на электромагнит 19 клапана 9. Клапан 9 срабатывает, при этом из емкости 4 водонефтяная смесь через патрубок 18 и открытый электромагнитный клапан 9 по замыкающей магистрали 7 поступает на вход винтового насоса 1 с сохранением при этом в емкости зажижения резервного объема 14 жидкостного компонента до исчерпания его в расходуемом объеме 13 переменного заполнения. При прохождении через трубопровод 2 газовых пробок объемом, превышающим максимально прогнозируемый, после исчерпания охлаждающего насос расходуемого объема 13 переменного заполнения жидкостного компонента задействуется резервный объем 14 емкости 4 зажижения. Это обеспечивает восстановление кпд насоса и устраняет его перегрев.

Использование заявляемого изобретения позволяет снизить энергозатраты на перекачивание многокомпонентных нефтегазовых смесей насосными станциями по сравнению с известным способом, построенном на предварительном разделении добываемого углеводорода на фракции в известных установках.

1. Насосная станция для перекачивания многокомпонентной газосодержащей среды с переменным содержанием газа, характеризующаяся тем, что содержит корпус, по меньшей мере, один, предпочтительно, винтовой насос; сообщенные с насосом по перекачиваемой среде подводящий и отводящий трубопроводы; емкость зажижения, заполняемую указанной многокомпонентной средой и/или водой; циркуляционный контур с замыкающей магистралью, подключенной на проток понизу к емкости зажижения и через подводящий трубопровод к насосу; блок управления и электрически связанный с ним не менее чем один установленный на замыкающей магистрали регулируемый электромагнитный клапан и размещенную у выхода из насоса термопару; при этом емкость зажижения соединена на проток с отводящим трубопроводом и выполнена в виде гидростатического сепаратора с корпусом, включающим расположенный в верхней части переменный газовый объем и расположенную под ним кубовую часть для жидкой среды, включающую два разных по назначению объема, один - расходуемый объем переменного заполнения, а другой - резервный объем, определенный из условия достаточности для охлаждения насоса в режиме перекачивания упомянутой среды с высоким содержанием газа, газовых пробок прогнозируемого объема и/или прогнозируемого времени работы в указанном режиме и поддерживаемый постоянным до включения в работу циркуляционного контура и полной выработки среды зажижения из расходуемого объема переменного заполнения указанной емкости, для чего корпус последнего наделен одним входным патрубком, двумя выходными патрубками, расположенными в стенке корпуса, и третьим - возвратным, размещенным в донной части корпуса и сообщенным с циркуляционным контуром, причем один из выходных патрубков расположен в верхней части корпуса, а другой ниже первого на уровне раздела упомянутых расходуемого переменного заполнения и резервного объемов кубовой части емкости зажижения.

2. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что емкость зажижения дополнительно подключена к внешнему источнику водоснабжения через дополнительный регулируемый электромагнитный клапан, электрически связанный с блоком управления через замедлитель исполнения команд на включение подачи в емкость зажижения воды до второго подъема температуры в насосе после срабатывания первого регулируемого электромагнитного клапана на включение охлаждения насоса через циркуляционный контур и емкость зажижения.

3. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что в циркуляционном контуре установлен холодильник, а в верхней части емкости зажижения расположен центробежный сепаратор.

4. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, привод регулируемого клапана, установленного в циркуляционном контуре, кинематически связан со снабженным поплавком уровнемером, установленным внутри корпуса емкости зажижения, а привод регулируемого клапана связан с поплавком уровнемера посредством штока или кинематической пары «шток плюс штанга».

5. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что емкость зажижения оснащена расходомерами, установленными на выходных патрубках, подающих многокомпонентную среду в магистраль или отсепарированные газовый и жидкостный компоненты в раздельные трубопроводы, а также расходомер, установленный на циркуляционном контуре.

6. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что снабжена, по меньшей мере, одним, предпочтительно, винтовым насосом, который адаптирован к перекачиванию сырой нефти с переменным процентным содержанием газа с различной влажностью и газовых пробок.

7. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что снабжена, по меньшей мере, одним, предпочтительно, винтовым насосом, который адаптирован к перекачиванию газового конденсата с переменным содержанием газа, варьируемым в широком диапазоне, достигающем 99%, а также с переменным содержанием жидкой углеводородной фазы, парообразной влаги и воды.