СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ФОНТАННОЙ АРМАТУРОЙ И ПОДЗЕМНЫМ КЛАПАНОМ-ОТСЕКАТЕЛЕМ ГАЗОДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН Российский патент 2002 года по МПК E21B33/03 E21B43/12 

Изобретение относится к газодобывающей промышленности и может быть использовано в технике автоматического управления технологическими процессами и предназначено повысить надежность эксплуатации газодобывающих скважин.

Известным и наиболее близким техническим решением является станция управления фонтанной арматурой фирмы "Cameron", эксплуатируемой на Астраханском газоконденсатном месторождении (см. "Оборудование устья скважин и фонтанной арматуры", том 6, в/о Машиноимпорт, контракт 50-0926/71338. Камерон 870020, техдокументации P190/87, Москва, СССР - прототип). Указанная станция содержит шкаф управления фонтанной арматурой, мембранный пневмогидравлический разделитель сред, нормально закрытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель с пневмоприводом, манометр, клапанные пары сопло-заслонка, редуктор и дроссель, установленные как по линии управления боковой задвижкой, так и по линии управления подземным клапаном-отсекателем и фонтанной арматурой. В шкафу управления смонтированы пневматическая и гидравлическая системы управления приводами фонтанной арматуры (ФА) - центральной задвижки (ЦЗ), боковой задвижки (БЗ) и подземного клапана-отсекателя (ПКО). Гидравлическая полость мембранного разделителя сообщена с чувствительным элементом манометра, при этом последний соединен с заслонкой клапанной пары сопло-заслонка при помощи передаточного механизма.

Недостатком станции-прототипа является недостаточная надежность и необходимость ее обслуживания высококвалифицированным персоналом. Причиной недостаточной надежности станции является:
- перекрытие проходного сечения дросселя вследствие выпадания гидратов из управляющего газа, в результате чего станция отключает скважину;
- обмерзание клапанной пары сопло-заслонка при повышенной влажности управляющего газа, в результате чего клапанная пара, а следовательно, и станция становится неработоспособной.

Необходимость обслуживания станции высококвалифицированным персоналом вызвана тем, что настройка передаточного механизма от чувствительного элемента манометра к заслонке клапанной пары сопло-заслонка кропотлива и требует внимательного отношения персонала.

Недостатком станции-прототипа является также и то, что она не выключает автоматически скважину в случае повышения давления газа в фонтанной арматуре.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков путем исключения из конструкции станции клапанных пар сопло-заслонка, передаточного механизма от чувствительного элемента манометра к заслонке клапанной пары сопло-заслонка, редуктора, дросселя и упрощение конструкции станции.

Поставленная задача достигается тем, что в станции, содержащей шкаф управления, в котором смонтированы пневматическая и гидравлическая системы, мембранные пневмогидравлические разделители сред и нормально закрытые трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители с приводом и полостями входа, выхода и дренажа, установленными как по линии управления боковой задвижкой, так и по линии управления подземным клапаном-отсекателем и фонтанной арматурой, дополнительно установлен по линии управления БЗ нормально открытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель с приводом, полость входа которого сообщена с пневматической системой шкафа управления, а полость выхода соединена с полостью входа нормально закрытого трехлинейного двухпозиционного пневмораспределителя, при этом полости приводов всех трехлинейных двухпозиционных пневмораспределителей соединены каналом с гидравлической полостью мембранных разделителей сред и дополнительно установлен по линии управления фонтанной арматурой и подземного клапана-отсекателя нормально открытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель, полость входа которого сообщена с пневматической системой шкафа управления, а полость выхода соединена с полостью входа нормально закрытого трехлинейного двухпозиционного пневмораспределителя и полость привода соединена каналом с гидравлической полостью мембранного пневмогидравлического разделителя сред.

Проведенный сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом показал, что данная совокупность признаков применена впервые, ранее не использовалась и обеспечивает достижение поставленной цели. Таким образом, техническое решение соответствует критерию "новизны".

Предложенная станция приведена: фиг. 1 - схема станции; фиг.2 - схема станции с дополнительным нормально открытым трехлинейным двухпозиционным пневмораспределителем, установленным по линии управления ФА и ПКО, где:
1 - резервуар с маслом;
2 - гидравлический насос с пневмоприводом;
3 - гидравлический регулятор давления;
4 - трубопровод подвода газа питания;
5 - регулятор давления газа;
6 - пневмораспределитель, управляющий ФА и ПКО;
7 - пневмораспределитель, управляющий БЗ;
8 - пневмораспределитель ручного управления ПКО;
9 - пневмораспределитель ручного управления ЦЗ;
10 - пневмораспределитель ручного управления БЗ;
11 - гидравлический распределитель;
12 - шкаф управления;
13 - трубопровод, соединяющий гидравлическую систему шкафа управления 12 с гидроприводом ПКО;
14 - трубопровод, соединяющий пневматическую систему шкафа управления 12 с пневмоприводом ЦЗ;
15 - трубопровод, соединяющий пневматическую систему шкафа управления 12 с пневмоприводом БЗ;
16, 19, 21, 23, 24, 27 - трубопроводы;
17 - пружина с регулируемым усилием сжатия;
18, 25 - нормально закрытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель;
20 - нормально открытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель, установленный по линии управления БЗ;
22 - мембранный пневмогидравлический разделитель сред;
26 - нормально открытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель, установленный по линии управления ФА и ПКО;
Б - полости приводов пневмораспределителей 18, 20, 25 и 26;
В - канал в корпусе мембранного разделителя сред 22;
Г - гидравлическая полость мембранного разделителя сред 22;
Д - газовая полость мембранного разделителя сред 22.

Шкаф управления 12 содержит пневматическую и гидравлическую системы управления приводами ФА и ПКО соответственно, аналогичные системам управления станции-прототипа.

В пневматическую систему шкафа управления 12 входят регулятор давления газа 5, пневмораспределители 6, 7, 8, 9, 10.

В гидравлическую систему шкафа управления 12 входят резервуар с маслом 1, гидравлический насос с пневмоприводом 2, гидравлический регулятор давления 3 и гидравлический распределитель 11.

Для упрощения чертежей в шкафу управления 12 приведены только агрегаты, функционально связанные с пневмораспределителями 18, 20, 25, и 26. Все остальные агрегаты пневматической и гидравлической систем шкафа управления 12 не приведены.

Пневмораспределители 18, 20, 25, и 26 содержат полости входа, выхода, дренажа и полости гидропривода Б, пружину возврата 17 с регулируемым усилием сжатия.

Разделители сред 22 содержат гидравлическую полость Г и газовую полость Д. В корпусе разделителя сред выполнены каналы В, которыми соединены гидравлическая полость Г с полостью привода Б пневмораспределителей 18, 20, 25, и 26. Газовая полость Д разделителя сред 22, установленного по линии управления БЗ, сообщена трубопроводом 23 с выкидной линией скважины. Газовая полость Д разделителя сред 22, установленного по линии управления ФА и ПКО, сообщена трубопроводом 27 с фонтанной арматурой. Входная полость пневмораспределителей 20 и 25 сообщена трубопроводами 21 с линией управления пневматической системы шкафа управления 12. Выходная полость пневмораспределителя 20 сообщена трубопроводом 19 с входной полостью пневмораспределителя 17. Выходная полость пневмораспределителя 18 сообщена трубопроводом 16 с пневмораспределителем 7. Выходная полость пневмораспределителя 25 сообщена трубопроводом 24 с пневмораспределителем 6. При установке в линию управления ФА и ПКО дополнительного нормально открытого трехлинейного двухпозиционного пневмораспределителя 26 (см. фиг.2) его входная полость сообщена трубопроводом 21 с линией управления пневматической системы шкафа 12, а выходная - с линией входа пневмораспределителя 25.

Принцип работы заключается в следующем.

При поступлении давления газа по трубопроводу 23 в газовую полость Д разделителя сред 22 одновременно появится такое же давление рабочей жидкости в его гидравлической полости Г и в полостях Б приводов пневмораспределителей 18 и 20. При достижении заданного давления газа в полости Д разделителя сред 22 гидропривод пневмораспределителя 18, преодолевая усилие затяжки пружины 17, установит его в открытое положение. В этом положении его полость входа сообщается с полостью выхода, а полость дренажа герметично отделяется от полости выхода. При этом пневмораспределитель 20 останется в открытом положении, так как усилие от его гидропривода меньше усилия пружины 17. Вследствие этого управляющий газ из шкафа управления 12 поступит по трубопроводам 16, 19 и 21 и через открытые пневмораспределители 18 и 20 к пневмораспределителю 7.

При поступлении давления газа по трубопроводу 27 в газовую полость Д другого разделителя сред 22 аналогично установится в открытое положение пневмораспределитель 25. Вследствие этого управляющий газ из шкафа управления 12 поступит по трубопроводам 21 и 24 и через открытый пневмораспределитель 25 к пневмораспределителю 6. На схеме станции, приведенной на фиг.2, управляющий газ поступит к пневмораспределителю 6 по трубопроводам 19, 21 и 24 и через открытые пневмораспределители 25 и 26.

После поступления давления управляющего газа к пневмоприводам пневмораспределителей 6 и 7 последние откроются и управляющий газ поступит к пневмоприводам пневмораспределителей 8, 9 и 10, после чего они будут удерживаться в открытом положении под действием усилия от их пневмоприводов.

При снижении давления газа в выкидной линии скважины, а следовательно, и снижении давления в гидравлической полости Г разделителя сред 22 ниже минимально допустимого значения, пневмораспределитель 18 устанавливается под действием усилия пружины 17 в закрытое положение. При этом его полость выхода разобщается с полостью входа и сообщается с полостью дренажа. Вследствие стравливания давления управляющего газа в приводе пневмораспределителя 7 через полость дренажа пневмораспределителя 18 и его закрытия будет стравлено давление управляющего газа в приводе пневмораспределителя 10 через полость дренажа пневмораспределителя 7 и пневмораспределитель 10 закроется. При закрытом пневмораспределителе 10 будет стравлено давление газа питания в пневмоприводе БЗ через полость дренажа пневмораспределителя 10 и БЗ закроется.

При снижении давления газа в фонтанной арматуре ниже минимально допустимого значения аналогично установится в закрытое положение пневмораспределитель 25 и будет стравлено давление управляющего газа в приводе пневмораспределителя 6 через полость дренажа пневмораспределителя 25 и пневмораспределитель 6 закроется. Вследствие этого будет стравлено давление управляющего газа питания в пневмоприводах пневмораспределителей 8, 9 и 10 через полость дренажа пневмораспределителя 6 и пневмораспределители 8, 9 и 10 закроются. При закрытом пневмораспределителе 8 будет стравлено давление газа питания в пневмоприводе гидрораспределителя 11 через полость дренажа пневмораспределителя 8 и гидрораспределитель 11 закроется.

При закрытом гидрораспределителе 11 будет стравлено давление в гидроприводе ПКО через полость дренажа гидрораспределителя 11 и ПКО закроется. При закрытых пневмораспределителях 9 и 10 будет стравлено давление газа питания в пневмоприводах ФА через полости дренажей пневмораспределителей 9 и 10 и ФА закроется.

При повышении давления газа в выкидной линии скважины выше максимально допустимого значения гидропривод пневмораспределителя 20, преодолевая усилие пружины 17, установит его в закрытое положение. В этом положении его полость выхода разобщается с полостью входа и сообщается с полостью дренажа. При этом пневмораспределитель 18 останется в открытом положении, так как усилие от гидропривода больше усилия пружины 17. Вследствие стравливания давления управляющего газа в приводе пневмораспределителя 7 через полость дренажа пневмораспределителя 20 закроется пневмораспределитель 10, а затем и БЗ аналогично тому, как и при снижении давления газа в выкидной линии скважины.

При повышении давления газа в фонтанной арматуре выше максимально допустимого значения гидропривод пневмораспределителя 26, преодолевая усилие сжатия пружины 17, установит его в закрытое положение. В этом положении его полость выхода разобщается с полостью входа и сообщается с полостью дренажа. При этом пневмораспределитель 25 останется в открытом положении, так как усилие его гидропривода больше усилия пружины 17. При этом положении пневмораспределителей 25 и 26 будет стравлено давление управляющего газа в приводе пневмораспределителя 6 через полость дренажа пневмораспределителя 26. Вследствие этого закроются пневмораспределители 8, 9, 10 и 11, а затем БЗ, ЦЗ и ПКО аналогично тому, как и при снижении давления газа в фонтанной арматуре. Величины давлений срабатывания пневмораспределителей 20 и 26 на закрытие и величины давлений срабатывания пневмораспределителей 18 и 25 на открытие обеспечиваются регулировкой усилия сжатия пружины 17 в процессе сборки.

Из изложенного видно, что в предложенном техническом решении:
- исключены дроссель с малым проходным сечением и клапанная пара сопло-заслонка, снижающие надежность станции;
- обеспечивается автоматическое выключение скважины в случае повышения давления газа в фонтанной арматуре, что повышает надежность станции;
- не содержатся механизмы, для настройки которых необходим квалифицированный и хорошо подготовленный обслуживающий персонал.

Изобретение относится к газодобывающей промышленности. Станция содержит шкаф управления, мембранные пневмогидравлические разделители сред, установленные как по линии управления фонтанной арматурой (ФA) и подземным клапаном-отсекателем (ПКО), так и по линии управления только боковой задвижкой (Б3). По линии управления Б3 установлены нормально закрытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель и нормально открытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель. По линии управления ФА и ПКО установлен нормально закрытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель. В шкафу управления смонтированы пневматическая и гидравлическая системы управления ФА и ПКО соответственно. На станции с дополнительным нормально открытым трехлинейным двухпозиционным пневмораспределителем его входная полость сообщена трубопроводом с линией управления пневматической системы шкафа, а выходная - с полостью входа пневмораспределителя. Полости приводов пневмораспределителей сообщены каналами с гидравлическими полостями разделителей сред. Газовая полость разделителя сред, установленного по линии управления БЗ, сообщена трубопроводом с выкидной линией скважины. Газовая полость разделителя сред, установленного по линии управления ФА и ПКО, соединена трубопроводом с ФА. Повышается надежность. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Станция управления фонтанной арматурой и подземным клапаном-отсекателем газодобывающих скважин, содержащая шкаф управления, в котором смонтированы пневматическая и гидравлическая системы, мембранные пневмогидравлические разделители сред и нормально закрытые трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители с приводом и с полостями входа, выхода и дренажа, установленными как по линии управления боковой задвижкой, так и по линии управления подземным клапаном-отсекателем и фонтанной арматурой, отличающаяся тем, что в ней по линии управления боковой задвижкой дополнительно установлен нормально открытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель с приводом, полость входа которого сообщена с пневматической системой шкафа управления, полость выхода соединена с полостью входа нормально закрытого трехлинейного двухпозиционного пневмораспределителя, при этом полости приводов нормально открытых и нормально закрытых трехлинейных двухпозиционных пневмораспределителей соединены каналом с гидравлической полостью мембранных пневмогидравлических разделителей сред. 2. Станция управления по п. 1, отличающаяся тем, что в ней дополнительно по линии управления фонтанной арматурой и подземного клапана-отсекателя установлен нормально открытый трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель, полость входа которого сообщена с пневматической системой шкафа управления, полость выхода соединена с полостью входа нормально закрытого трехлинейного двухпозиционного пневмораспределителя, а полость его привода соединена с гидравлической полостью мембранного пневмогидравлического разделителя сред.