УСТАНОВКА ПЕРЕДВИЖНАЯ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И НАГНЕТАНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ ИЛИ ГАЗА В СКВАЖИНУ Российский патент 2006 года по МПК F04B23/00 F04B19/06 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а точнее, к оборудованию для нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано для выполнения внутритрубных операций с использованием сгенерированного установкой газа безопасного состава или попутного газа от внешнего источника, например для снижения забойного давления для вызова и интенсификации притока флюида.

В настоящее время существуют передвижные установки для нагнетания газожидкостной смеси в скважину (газобустерные установки), в которых в качестве инертного газа используют азот (модель УНI-20/25) или сгенерированный газ безопасного состава от палубного газогенератора (модель УНТ 8/15), производителем которых является ОАО "Борец" г.Москва.

Недостатком известных установок является то, что они имеют в своем составе сложную подсистему получения азота из воздуха или внешний газогенератор для получения газа безопасного состава (содержание кислорода не более 9%). При этом для функционирования системы предусмотрены два двигателя внутреннего сгорания, один для технологически необходимого компрессора, другой для привода автомобиля, на котором размещена установка. В процессе работы данные двигатели выбрасывают в атмосферу большое количество выхлопных газов, что ведет к загрязнению окружающей среды. В связи с этим более экономичным и естественным представляется использование отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, которые обязательно входят в состав газобустерной установки.

Известна бустерная насосно-компрессорная установка для приготовления и нагнетания инертных газовых и газоводяных смесей (см. патент РФ №2121077), которая выбрана за прототип, включающая двигатель внутреннего сгорания, снабженный выхлопным патрубком, напорный трубопровод и бустерный насос с приемной трубой, газовым коллектором и нагнетательным трубопроводом, причем напорный трубопровод одним концом через обратный клапан и первую задвижку сообщен с выхлопным патрубком двигателя внутреннего сгорания, а другим концом через вторую задвижку - с приемной трубой бустерного насоса. При этом между указанным выхлопным патрубком и бустерным насосом в напорный трубопровод вставлены устройство для прямого впрыска воды и устройство для промежуточного повышения давления газоводяной смеси, выполненное, например, в виде двухвинтового многофазного насоса. Кроме того, напорный трубопровод снабжен первым ответвлением, соединенным с ним перед устройством прямого впрыска воды между указанной первой задвижкой и обратным клапаном и сообщенным через третью задвижку с независимым источником попутного газа низкого давления, и вторым ответвлением, сообщающим через четвертую задвижку газовый коллектор бустерного насоса с источником попутного газа высокого давления. При этом в нагнетательный трубопровод бустерного насоса встроен газожидкостной сепаратор, жидкостное отверстие которого через пятую задвижку сообщено с последовательно установленными промежуточной и приемной емкостями, причем последняя сообщена двумя отдельными трубопроводами соответственно с приемной трубой бустерного насоса и с подпорным насосом. Нагнетательная линия подпорного насоса сообщена отдельным трубопроводом через шестую задвижку с устройством для прямого впрыска воды и обводным трубопроводом через седьмую задвижку с приемной трубой бустерного насоса. Для обеспечения безопасного выхлопного газа устройство снабжено ограничительными шайбами на воздушных заборных патрубках двигателей, что позволяет снизить коэффициент избытка воздуха. Состав выхлопных газов контролируется газоанализатором.

Установка-прототип обладает рядом существенных недостатков, а именно: сложность конструкции и недостаточные функциональные возможности, обусловленные следующими факторами. В установке-прототипе охлаждение выхлопных газов до требуемой температуры осуществляется путем прямого впрыска охлаждающей воды. Для последующего отделения газа от воды перед подачей в газобустерный насос требуется сепаратор, наличие которого неоправданно усложняет конструкцию. При более рациональной организации процесса охлаждения выхлопных газов необходимость в этом узле отпадает. Все насосы в установке-прототипе имеют регулировку в виде механических передач с жестко фиксированным рядом передаточных отношений, что ведет к сужению диапазона регулирования рабочих характеристик насосов, в частности газожидкостного соотношения и, следовательно, параметров закачки. Кроме того, для обеспечения безопасного выхлопа в установке-прототипе предусмотрено регулирование количества поступающего на вход двигателя воздуха. В результате двигатель работает в условиях недостатка кислорода, в результате чего имеет место повышенный износ двигателя, а также повышение токсичности выхлопа за счет недожега топлива.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно расширение функциональных возможностей за счет обеспечения более широкого диапазона регулирования технологических режимов, обеспечение работы двигателей в штатном режиме без дополнительного их износа, повышение экологичности установки и упрощение конструкции.

Поставленная задача решается тем, что установка передвижная для приготовления и нагнетания в скважину газожидкостной смеси или газа, содержащая связанные трубопроводом двигатель внутреннего сгорания шасси с выхлопным патрубком, газобустерный насос, систему охлаждения выхлопных газов, средство для повышения давления среды, средство для регулирования содержания кислорода в выхлопе и накопительную емкость для воды, в отличие от прототипа дополнительно снабжена ресивером, средство для повышения давления представляет собой компрессор, выхлопной патрубок двигателя которого, также как и выхлопной патрубок двигателя шасси, соединен со входом ресивера, выход которого через систему охлаждения соединен с газовой камерой газобустерного насоса, жидкостная камера которого связана трубопроводом, снабженным подпорным насосом, с накопительной емкостью для воды, система охлаждения представляет собой последовательно расположенные конвективный газовоздушный теплообменник и жидкостной радиатор, а средство для регулирования содержания кислорода в выхлопе представляет собой мембранную шайбу, установленную в выхлопном патрубке двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, поставленная задача решается тем, что установка снабжена фильтром грубой очистки выхлопных газов и фильтром тонкой очистки выхлопных газов, расположенными соответственно до и после системы охлаждения.

Поставленная задача решается также тем, что трубопровод снабжен ответвлением, расположенным перед входом в газовую камеру газобустерного насоса, связанным с независимым внешним источником газа и снабженным запорной арматурой.

Поставленная задача решается также тем, что установка содержит дополнительную емкость для отличного от воды жидкого компонента, например поверхностно активного вещества (ПАВ), связанную трубопроводом, снабженным дозировочным насосом, со скважиной.

Для достижения поставленной цели в установке каждый подпорный и дозировочный насос для воды и ПАВ имеет свой регулируемый гидропривод.

На фиг.1 представлена схема заявляемой установки, на фиг.2 - общий вид.

Установка передвижная для приготовления и нагнетания газожидкостной смеси или газа в скважину установлена на монтажной базе высокой проходимости, например автомобиле Урал 4320 - 1912-41 (фиг.2), на шасси которого установлена сварная рама. Двигатель автомобиля 1 является в данном случае генератором инертного газа. Для получения газа безопасного состава с содержанием кислорода не более 9% выхлопная труба двигателя 1 снабжена регулятором выхлопа 2, выполненным в виде мембранной шайбы. Выхлопная труба двигателя 1 автомобиля с помощью трубопровода связана с ресивером 3 и системой охлаждения 4, выполненной, например, в виде конвективного газовоздушного теплообменника 5 и жидкостного радиатора 6. Выход системы охлаждения 4 соединен со входом компрессора 7, который предназначен для нагнетания газа в газовую камеру газобустерного насоса 8. Выход двигателя 9 компрессора 7 также соединен со входом ресивера 3. Трубопровод, соединяющий систему охлаждения 4 со входом компрессора 7 снабжен газоанализатором 10. Выход компрессора 7 соединен с газовой камерой 11 газобустерного насоса 8. Жидкостная камера 12 газобустерного насоса 8 соединена с накопительной емкостью 13 через подпорный насос 14, привод которого осуществляется от гидромотора 15. Заявляемая установка может быть также снабжена емкостью для ПАВ 16, которое в случае технологической необходимости через дозировочный насос 17, также снабженный своим гидроприводом 18, подается в скважину. Трубопровод снабжен ответвлением 19, расположенным перед входом в газовую камеру 11 газобустерного насоса 8, связанным с независимым внешним источником газа и снабженным запорной арматурой 20. Перед системой охлаждения 4 трубопровод снабжен фильтром грубой очистки 21, а после системы охлаждения фильтром тонкой очистки 22.

Заявляемая установка передвижная для приготовления и нагнетания газовоздушной смеси или газа в скважину работает следующим образом.

В качестве газа безопасного состава используются выхлопные газы двигателя шасси 1 (например ЯМЗ-236) и двигателя привода компрессора 9 (например ЯМЗ-236 М2). Для сбора газов от двух двигателей применен ресивер 3 с перепускным клапаном и глушителем (не показаны). Газы от двух двигателей с содержанием кислорода не более 9% и температурой 250-750°С поступают в ресивер. После него газы очищаются в фильтре грубой очистки 21, охлаждаются в конвективном газовоздушном теплообменнике 5 и жидкостном радиаторе 6 системы охлаждения 4 до температуры 35°С. Охлажденные газы через фильтр тонкой очистки 22 поступают в компрессор 7. Очищенный газ при помощи компрессора под давлением 10 кгс/см² по трубопроводу подается в газовую камеру 11 газобустерного насоса 8. Расход газа контролируется и регистрируется счетчиком газа, давление - по манометру, температура - по датчику температур (не показаны). Содержание О₂ контролируется газоанализатором 10. В жидкостную камеру 12 газобустерного насоса 8 из накопительной емкости 13 подается при помощи подпорного насоса 14 промывочная жидкость, расход которой регулируется расходомером. Образовавшаяся в газобустерном насосе 8 газожидкостная смесь нагнетается по трубопроводам манифольда высокого давления. В зависимости от приемистости скважины подача регулируется при помощи клапана. В целях безопасности на напорной линии установлены предохранительные и обратные клапаны. При содержании кислорода в газе более 9% газоанализатор выдает световую и звуковую сигнализацию с цифровой индикацией объемной доли кислорода. В установке предусмотрена байпасная система, которая при превышении давления нагнетания смеси в скважину от расчетного значения снижает производительность закачки путем открытия с пульта управления регулирующего клапана байпасной системы. При этом часть газожидкостной смеси подается в систему сепарирования, и после разделения фаз жидкость возвращается в накопительную емкость 13, а газ - в атмосферу. Байпасная система, а также элементы КИП на чертеже не показаны, поскольку упомянуты только для пояснения работы устройства, но не имеют прямого отношения к заявляемой сущности изобретения. Заявляемая установка может работать, также как и прототип, от внешнего источника газа.

Испытания заявляемой установки подтвердили ее следующие преимущества.

Использование выхлопных газов от двух двигателей внутреннего сгорания (двигателя шасси и двигателя компрессора) позволили получить более широкий диапазон технологических режимов закачки.

Организация охлаждения выхлопных газов до нужной температуры без непосредственного контакта газа с водой позволила не только исключить из технологической цепочки последующее сепарирование газовоздушной смеси перед подачей в газобустерный насос, а также исключить сепаратор, но и снизить разрушение трубопроводов от коррозии, повысить межремонтный ресурс, поскольку в нашем случае мы работаем с осушенными и очищенными выхлопными газами.

Регулирование количества кислорода в выхлопе путем установки мембранной шайбы на выходе двигателя (а не на входе в двигатель, как в прототипе) позволяет двигателю работать в штатном режиме. При увеличении выше допустимого количества кислорода в выхлопе (определяется по газоанализатору 10) уменьшаем сечение выхлопной трубы мембранной шайбой, что ведет к повышению сопротивления и к повышению потребной мощности для его преодоления. Это требует повышенного расхода кислорода, что в свою очередь ведет к оптимизации состава выхлопных газов. Иными словами, для снижения количества кислорода создают искусственную нагрузку с помощью мембранной шайбы. При этом не происходит неполного сгорания топлива, как в прототипе, а следовательно, нет повышенного износа двигателя и нет вредного выхлопа.

Устройство предназначено для использования в нефтегазодобывающей промышленности, а точнее, в оборудовании для нефтяных и газовых скважин для выполнения внутритрубных операций с использованием сгенерированного установкой газа безопасного состава или попутного газа от внешнего источника, например для снижения забойного давления для вызова и интенсификации притока флюида. В качестве источника инертного газа использованы выхлопные газы от двух двигателей внутреннего сгорания - двигателя шасси и двигателя компрессора, которые после очистки и охлаждения смешиваются в необходимой пропорции в газобустерном насосе и подаются в скважину. Для обеспечения безопасного состава смеси с помощью мембранных шайб, установленных в выхлопных патрубках каждого двигателя, регулируется количество кислорода в выхлопе, а точность дозирования каждого компонента обеспечивается наличием индивидуального гидропривода на каждом насосе. Расширяются функциональные возможности за счет обеспечения более широкого диапазона регулирования технологических режимов, обеспечение работы двигателей в штатном режиме без их дополнительного износа. Значительно повышается экологичность установки и упрощается конструкция. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Установка передвижная для приготовления и нагнетания в скважину газожидкостной смеси или газа, содержащая связанные трубопроводом двигатель внутреннего сгорания шасси с выхлопным патрубком, газобустерный насос, систему охлаждения выхлопных газов, средство для повышения давления среды, средство для регулирования содержания кислорода в выхлопе и накопительную емкость для воды, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена ресивером, средство для повышения давления представляет собой компрессор, выхлопной патрубок двигателя внутреннего сгорания которого также, как и выхлопной патрубок двигателя внутреннего сгорания шасси, соединен со входом ресивера, выход которого через систему охлаждения соединен с газовой камерой газобустерного насоса, жидкостная камера которого связана трубопроводом, снабженным подпорным насосом с накопительной емкостью для воды, система охлаждения представляет собой последовательно расположенные конвективный газовоздушный теплообменник и жидкостной радиатор, а средство для регулирования содержания кислорода в выхлопе представляет собой мембранную шайбу, установленную в выхлопном патрубке двигателей внутреннего сгорания.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена фильтром грубой очистки выхлопных газов и фильтром тонкой очистки выхлопных газов, расположенными соответственно до и после системы охлаждения.3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что трубопровод снабжен ответвлением, расположенным перед входом в газовую камеру газобустерного насоса, связанным с независимым внешним источником газа и снабженным запорной арматурой.4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что она содержит дополнительную емкость для отличного от воды жидкого компонента, например поверхностно-активного вещества, связанную трубопроводом, снабженным дозировочным насосом, со скважиной.5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что каждый подпорный и дозировочный насос для воды и поверхностно-активного вещества имеет свой регулируемый гидропривод.