СИСТЕМА СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПРОДУКЦИИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН Российский патент 2004 года по МПК F17D1/00 

Изобретение 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 изобретение может быть использовано и в других отраслях народного хозяйства для перекачки и транспортирования многофазных смесей.

Известна система сбора и совместного транспорта нефти и газа с месторождений на центральный пункт сбора и подготовки, включающая сепараторы для разделения продукции скважины на обводненную нефть и газ с последующим отделением воды от нефти на центральном пункте сбора (ЦПС) и транспортированием воды в систему поддержания пластового давления (см. авт. свид. СССР №623049, кл. F 17 D 1/00 от 1976 г.).

Недостатком указанной системы является то, что продукция скважины транспортируется за счет энергии пласта или глубинных насосов, что накладывает ограничение на производительность скважин и сокращает межремонтный период.

Для исключения этих недостатков в последующие годы были предложены системы сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин, включающие дожимные насосные станции (ДНС). Так, например, известны традиционные системы нефтегазосбора и транспортирования, включающие скважины, групповые замерные установки, связанные коллекторами с ДНС, напорные трубопроводы для транспортирования с ДНС нефти и газа на ЦПС, воды в систему ППД (см. РД 39-01-0148311-605-86). Традиционная ДНС в известных системах, как правило, оборудована насосом, сепараторами, отстойниками, резервуарами, факельным устройством. В качестве насоса в ДНС известных систем используются:

- насосы объемного вытеснения (см. авт. свид. СССР №989230, кл. F 17 D 1/00 от 1981 г.);

- винтовые насосы (см. патент РФ №2020371, кл. F 17 D 1/00 от 1992 г.);

- центробежные насосы (Бустерный насос - компрессор для ликвидации факела нефтяного газа. И.В.Белых и др./ Нефтяное хозяйство. - 1994. - №9. - С. 60).

Недостатком системы сбора и транспортирования, оборудованной ДНС с насосом объемного вытеснения, является наличие большого количества трубопроводов с задвижками и громоздкость оборудования, что снижает надежность работы системы и не обеспечивает стабильность режима транспортирования многофазной жидкости.

Недостатком системы сбора и транспортирования продукции скважин, оборудованной ДНС с винтовым насосом, является то, что эта система позволяет транспортировать только строго определенный объем водогазонефтяной смеси в единицу времени, равную производительности насоса, и при этом с содержанием газовой фазы не более 60%, что делает в целом работу системы чрезвычайно чувствительной и ненадежной. Это исключает возможность использования данной системы на скважинах с любым дебитом, а также высоким газосодержанием.

Система сбора и транспортирования продукции скважин, оборудованных ДНС с центробежным насосом, также имеет ограничения в применении, а именно: может транспортировать водогазонефтяную смесь лишь с малым газовым фактором.

Кроме того, общим существенным недостатком всех указанных известных систем сбора и транспортирования с традиционными ДНС является громоздкость, необходимость значительных площадей для размещения оборудования, что вызывает сложности со строительством систем в зонах земледелия, на заболоченных участках и землях гослесфонда.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является 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 (см. патент РФ №2160866, кл. F 17 D 1/00 от 1999 г.).

Однако указанная 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.

Вместе с этим, 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.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения стабильного и постоянного режима транспортирования по одному трубопроводу многофазной продукции как низко-, так и высокодебитных нефтяных скважин с любым газовым фактором и с любым содержанием мехпримесей, а также исключения остановки транспортирования при отключении насоса, при одновременном сокращении энергозатрат и обеспечении экологичности.

Дополнительной технической задачей предлагаемого изобретения является простота эксплуатации за счет возможности дистанционного обслуживания системы.

Указанная задача решается предлагаемой системой сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин, включающей сеть сборных трубопроводов от скважин, напорный трубопровод до установки подготовки нефти, эжектор и 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 и линейный отвод устьевого оборудования, сообщающийся с внутренней полостью насосно-компрессорной трубы, в которой новым является то, что система дополнительно снабжена сепарационной установкой, имеющей отводы газоводонефтяной и водонефтяной продукции сепарации, эжектор размещен между сетью сборных трубопроводов и напорным трубопроводом, при этом 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 которой 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.

Байпасный трубопровод может быть дополнительно снабжен фильтром мехпримесей.

В качестве сепарационной установки предпочтительно использовать трубный делитель фаз.

Зумпф предлагаемой системы может быть оборудован дополнительной трубой, установленной коаксиально первой трубе, при этом устьевое оборудование зумпфа выполнено общим для этих труб.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет предложенной компоновки узлов системы и их взаимосвязи.

Благодаря тому, что эжектор размещен между сетью сборных трубопроводов и напорным трубопроводом, а также благодаря тому выход эжектора (диффузор) связан с входом дополнительно введенной в систему сепарационной установки, выход которой связан с напорным трубопроводом, обеспечивается первичное транспортирование всей продукции нефтяных скважин по одному напорному трубопроводу до установки подготовки нефти. Введение сепарационной установки позволяет осуществить разделение многофазной продукции на составляющие: газоводонефтяную и водонефтяную. Газоводонефтяная продукция отводится в напорный трубопровод, а водонефтяная составляющая через байпасный трубопровод, межтрубное пространство зумпфа - на прием установленного в зумпфе электроцентробежного насоса (ЭЦН), обеспечивая его рабочий режим. В свою очередь, установленный в зумпфе ЭЦН предназначен для формирования в эжекторе рабочего (эжектирующего) потока жидкости, чтобы обеспечить эжектируемый эффект эжектора. Для этого предлагается внутреннюю полость насосно-компрессорной трубы, на которой закреплен насос, связать с соплом эжектора посредством линейного отвода в устьевом оборудовании. Погружной электроцентробежный насос обеспечивает подачу на сопло эжектора постоянного объема жидкости и под постоянным нужным давлением. В результате выходящий из сопла эжектора с большой скоростью рабочий поток вызывает разрежение в камере смешения эжектора, тем самым обеспечивая подсос продукции скважин из сборных трубопроводов в постоянном режиме, независимо от дебита скважин и газосодержания, а также наличия мехпримесей в продукции скважин. Смесь, состоящая из рабочей жидкости и увлекаемой ей перекачиваемой жидкости, в диффузоре эжектора уменьшает скорость и повышает давление до необходимой величины для обеспечения доставки жидкости в сепарационную установку и далее - в напорный трубопровод. Все это позволяет создать стабильный и надежный режим транспортирования продукции как низко-, так и высокодебитных скважин. При этом газовый фактор продукции скважин вообще не накладывает ограничения на работу предлагаемой системы, благодаря предложенному подключению эжектора, а также благодаря тому, что на прием ЭЦН всегда будет подаваться практически дегазированная водонефтяная составляющая после выхода с сепарационной установки. Причем, благодаря тому, что эжектор “не боится” мехпримесей, то он может работать даже с большим их количеством.

Благодаря предложенному подсоединению эжектора между сетью сборных трубопроводов и напорным трубопроводом, а также благодаря введению сепарационной установки на линии напорного трубопровода обеспечивается надежная работа системы без остановки скважин и без остановки процесса транспортирования даже при отключении ЭЦН, так как образуется проточная система от скважин до напорного трубопровода.

Благодаря предложенному соединению в предлагаемой системе, а именно: скважины – эжектор - сепарационная установка - ЭЦН - эжектор, обеспечивается замкнутый цикл работы указанных узлов системы, что обеспечивает:

во-первых, эксплуатационную надежность системы;

во-вторых, экологичность системы;

в-третьих, возможность установления главного контрольного параметра работы системы, обеспечивающего ее постоянный и надежный режим, а именно: давление подачи жидкости электроцентробежным насосом на сопло эжектора для создания эжектируемого эффекта, благодаря чему появилась возможность дистанционного управления всей системой по этому параметру, что значительно упрощает ее эксплуатацию;

и в-четвертых, - компактность системы, простота замены вышедших из строя узлов.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показана технологическая схема системы сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин.

Система сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин содержит сеть сборных трубопроводов 1, соединенных со скважинами 2 через групповые замерные установки (ГЗУ) 3, эжектор 4, сепарационную установку 5 и электроцентробежный насос (ЭЦН) 6.

Эжектор 4 размещен между сетью сборных трубопроводов 1 и напорным трубопроводом 7. Сборные трубопроводы 1 подключены к патрубку 8 ввода транспортируемой жидкости эжектора 4, которая через камеру смешения 9 эжектора поступает на диффузор 10, который связан со входом 11 сепарационной установки 5.

Сепарационная установка 5 может быть выполнена, например, в виде трубного делителя фаз. Она оборудована отводом 12 газоводонефтяной продукции и отводом 13 водонефтяной продукции сепарации.

ЭЦН 6 установлен в зумпфе 14, оборудованном трубой 15 с заглушкой 16 на нижнем конце и устьевым оборудованием 17 - на верхнем. ЭЦН 6 крепится на НКТ 18, размещенной в зумпфе 14 и соединенной с устьевым оборудованием 17, при этом внутреннее пространство 19 НКТ 18 через линейный отвод 20 устьевого оборудования 17 подключен на сопло 21 эжектора 4. Межтрубное пространство 22 зумпфа 14 через боковой отвод 23 связано байпасным трубопроводом 24 с отводом 13 водонефтяной продукции сепарации. Отвод 12 сепарационной установки 5 подключен к напорному трубопроводу 7, который подключен к установке подготовки нефти (УПН) 25.

Байпасный трубопровод 24 дополнительно снабжен фильтром 26 мехпримесей.

С целью обеспечения электробезопасности работы ЭЦН в предлагаемой системе, зумпф 14 может быть оборудован дополнительной трубой 27, установленной коаксиально трубе 15, при этом устьевое оборудование 17 зумпфа 14 выполнено общим для обеих труб. Трубы 15 и 27 изолированы друг от друга.

Система работает следующим образом.

Многофазная газоводонефтяная продукция нефтяных скважин 2 через ГЗУ 3 подается в сеть сборных трубопроводов 1, далее - в эжектор 4 через патрубок 8 ввода в камеру смешения 9 и диффузор 10, где поток жидкости повышает давление, поступает на вход 11 сепарационной установки 5, где происходит разделение многофазной жидкости на газоводонефтяную фракцию, отводимую через отвод 12 в напорный трубопровод 7, и на водонефтяную фракцию. Последняя через отвод 13 подается по байпасному трубопроводу 24 и отвод 23 в межтрубное пространство 22 зумпфа 14 и далее - на прием электроцентробежного насоса 6. ЭЦН 6 подает жидкость через внутреннюю полость 19 НКТ 18 на сопло 21 эжектора 4. Рабочая жидкость вытекает из сопла 21 с большой скоростью в камеру смешения 9 и создает в ней разрежение. Благодаря разрежению в этой камере 9 эжектора 4, происходит подсос продукции нефтяных скважин 2 через патрубок 8 ввода в камеру смешения 9. Далее отобранная из скважин 2 продукция, увлекаемая струей рабочей жидкости из сопла 21, устремляется в диффузор 10, где смесь этих потоков уменьшает скорость, но повышает давление до величины требуемого давления транспортировки, и подается на вход 11 сепарационной установки 5. При этом на выходе диффузора всегда будет поток с требуемым давлением транспортировки, независимо от того, какую характеристику имеет продукция скважин (дебит, газосодержание, наличие мехпримесей). Пройдя через сепарационную установку, газоводонефтяная часть продукции сепарации поступает в напорный трубопровод 7 и далее на УПН 25, а водонефтяная часть по байпасному трубопроводу 24 поступает в межтрубное пространство 22 на прием насоса 6, который подает на сопло 21 эжектора 4 необходимый объем жидкости для создания эжектируемого эффекта. Такой замкнутый цикл лежит в основе работы предлагаемой системы.

Применение фильтра 26 уменьшает энергетическую нагрузку ЭЦН, и тем самым, облегчает его работу при поступлении сильно загрязненной мехпримесями продукции.

Сепарационная установка 5 в виде трубного делителя фаз позволяет создать поток жидкости для ЭЦН для формирования рабочего (эжектирующего) потока в сопле 21 эжектора 4 в том количестве и необходимой кондиции, который обеспечит работу всей системы по замкнутому циклу.

Таким образом, заявляемая система сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин обладает следующими преимуществами:

- обеспечивает стабильный и постоянный режим транспортирования продукции любых скважин (как низко-, так и высокодебитных) с любым газовым фактором (вплоть до 100%) и с любым содержанием мехпримесей (вплоть до шламов);

- исключает остановку транспортирования, а значит, исключает остановку скважин при остановке электроцентробежного насоса, что обеспечивает экономичный режим работы системы и эксплуатационную надежность;

- обеспечивает экологичность за счет создания замкнутого цикла;

- простота эксплуатации за счет возможности дистанционного управления системой по параметру давления.

Изобретение относится к области нефтедобычи. Технической задачей является обеспечение стабильного и постоянного режима транспортирования по одному трубопроводу продукции как низко-, так и высокодебитных нефтяных скважин с любым газовым фактором и с любым содержанием мехпримесей, а также исключение остановки транспортирования при отключении насоса, при одновременном сокращении энергозатрат и обеспечении экологичности. Система содержит сеть сборных трубопроводов 1, соединенных со скважинами 2 через групповые замерные установки (ГЗУ) 3, эжектор 4, сепарационную установку 5 и электроцентробежный насос 6, установленный в зумпфе 14, оборудованном трубой 15 с заглушкой 16 на нижнем конце и устьевым оборудованием 17 на верхнем конце. Линейный отвод 20 сообщен с полостью насосно-компрессорных труб (НКТ) 18, а боковой отвод 23 сообщен с межтрубным пространством 22. Эжектор 4 размещен между сетью сборных трубопроводов 1 и напорным трубопроводом 7. Сборные трубопроводы 1 подключены к патрубку 8 ввода жидкости эжектора 4. Линейный отвод 20 подключен на сопло 21 эжектора 4, диффузор эжектора 4 - на вход сепарационной установки 5. Отвод 13 водонефтяной продукции сепарационной установки 5 подключен через боковой отвод 23 зумпфа 14 и межтрубное пространство 22 - на прием электроцентробежного насоса 6, а отвод 12 газонефтяной продукции подключен к напорному трубопроводу 7. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Система сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин, включающая сеть сборных трубопроводов от скважин, напорный трубопровод до установки подготовки нефти, эжектор и 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 и линейный отвод устьевого оборудования, сообщающийся с внутренней полостью насосно-компрессорной трубы, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена сепарационной установкой, имеющей отводы газоводонефтяной и водонефтяной продукции сепарации, эжектор размещен между сетью сборных трубопроводов и напорным трубопроводом, при этом 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.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что байпасный трубопровод дополнительно снабжен фильтром мехпримесей.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве сепарационной установки используют трубный делитель фаз.4. Система по п.1, отличающаяся тем, что зумпф оборудован дополнительной трубой, установленной коаксиально первой трубе, при этом устьевое оборудование зумпфа выполнено общим для этих труб.