СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ МНОГОФАЗНЫХ СМЕСЕЙ, А ТАКЖЕ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК E21B43/12 E21B43/40 

Изобретение касается способа транспортировки многофазных смесей, в частности углеводородов из буровой скважины, с помощью насоса вытеснения, через который перекачивается многофазная смесь, а также насосной установки с насосом вытеснения для подачи многофазных смесей со всасывающим трубопроводом и камерой нагнетания, причем всасывающий трубопровод входит, в частности, в буровую скважину.

Транспортировка углеводородов с помощью многофазных насосов, установленных на поверхности, как правило, поблизости от скважин, представляет собой рентабельную, достаточно надежную в эксплуатации и функционирующую технику для разработки слабых месторождений, а также для повышения степени отбора нефти. Такие многофазные насосы известны, например, из документа ЕР 0699276 A1, к которому полностью отсылается и на публикации которого базируется настоящая заявка. Типично для транспортировки углеводорода, например нефти, и транспортировки природного газа, понижения давления в центральной головке составляют, приблизительно, 2-5 бар, более незначительные давления на устье являются, как правило, менее рентабельными за счет возрастания объема доли газа и вытекающего из этого увеличения затрат на строительство.

Исходя из этого уровня техники в основе изобретения лежит задача предоставить способ и насосную установку, с помощью которой улучшается откачивание многофазной смеси и одновременно ограничиваются необходимые затраты на насосную установку.

Согласно изобретению эта задача решается посредством того, что со стороны нагнетания из основного продуктивного потока ответвляется частичный поток жидкости и проводится к напорной стороне, по меньшей мере, одного струйного насоса, который расположен как вспомогательное подающее средство на стороне всасывания насоса вытеснения, и соответственно, что питающий трубопровод связывает камеру нагнетания насоса вытеснения с напорной стороной, по меньшей мере, одного струйного насоса, и струйный насос расположен со стороны впуска в направлении подачи насоса вытеснения.

Используемая для привода струйного насоса напорная жидкость циркулирует между струйным насосом и насосом вытеснения, выполненным, в частности, как многофазный насос, без появления остающегося загрязнения транспортируемой смеси. Сверх того, обеспечено энергоснабжение струйного насоса, без необходимости предоставления в распоряжение внешнего источника энергии, в частности гидравлического источника энергии.

Подходящим выполнением струйного насоса можно достигать того, что на насос вытеснения подается умеренное предварительное давление, которое составляет, например, 2 бара, так что откачивание многофазной смеси улучшается и одновременно ограничивается свободный объем газа. Вследствие этого могут сокращаться затраты на сооружение насоса вытеснения, что сокращает издержки в целом.

Чтобы облегчать нагнетание углеводородов, предпочтительно струйный насос расположить внутри или на скважине, поскольку из углеводородного месторождения поступает многофазная смесь. Альтернативно возможно, чтобы струйный насос был расположен в пределах всасывающего трубопровода.

Многофазные смеси отличаются высокой переменчивостью по своему составу, причем речь идет о смеси многих веществ, которые могут присутствовать в нескольких фазах. Состав может изменяться от почти 100% жидкой фазы до почти 100% газовой фазы, причем в многофазной смеси могут присутствовать также большие доли твердых веществ. Чтобы способствовать достаточному охлаждению и уплотнению насоса вытеснения, предусмотрено, чтобы в насосе вытеснения проводилось сепарирование газовой фазы и жидкостной фазы, и из отделенной жидкостной фазы частичный поток жидкости ответвляется к струйному насосу. Таким образом, для приведения в действие струйного насоса используется жидкость, которая содержит только лишь незначительную долю газа и соответствует жидкостной фазе транспортируемого продукта. Изменения и, соответственно, загрязнение транспортируемого продукта за счет использования ответвляемого частичного потока жидкости как энергоносителя для струйного насоса, таким образом, не происходит, и насос вытеснения всегда снабжается долей жидкости со всасывающей стороны, так что происходит достаточное смазывание, охлаждение и уплотнение насоса вытеснения.

Дальнейшее развитие изобретения предусматривает, чтобы частичный объем потока отделенной жидкостной фазы дозированно подводился через обводной трубопровод к стороне всасывания насоса вытеснения, и значит, что подвод происходит не исключительно через струйный насос, но и происходит через обводной трубопровод, расположенный, предпочтительно, в пределах корпуса насоса вытеснения, вследствие чего можно уменьшать опасность сухого пробега насоса вытеснения.

Дальнейшее развитие изобретения предусматривает, чтобы после ответвления частичного потока жидкости он проводился через дополнительный сепаратор для разделения газовой фазы и жидкостной фазы, если сепарирования внутри насоса вытеснения было недостаточно. Дополнительным сепаратором обеспечивается то, что к струйному насосу подводится жидкостная фаза, в наиболее значительной мере освобожденная от газовой фазы, как напорная жидкость и энергоноситель.

Чтобы предоставлять достаточно высокий уровень давления, в частности постоянный уровень давления, между насосом вытеснения и струйным насосом предусмотрен насос повышения давления, которым повышается давление подачи.

Соответствующая изобретению насосная установка предусматривает, чтобы питающий трубопровод связывал камеру нагнетания насоса вытеснения с напорной стороной, по меньшей мере, одного струйного насоса, причем струйный насос одной стороной расположен в направлении подачи насоса вытеснения, чтобы подавать на насос вытеснения умеренное предварительное давление. Частичный поток жидкости проводится со стороны нагнетания насоса вытеснения к напорной стороне одного или нескольких струйных насосов, которые используются как вспомогательное подающее средство, что способствует особенно экономически целесообразному повышению давления с всасывающей стороны. Иначе, чем при активных компонентах для повышения давления, при которых повышение давления производят механические блоки, к примеру, в форме технологий гидропоршневых насосов, таких как безбалансовый станок-качалка, центробежный насос с электроприводом (ESP), винтовой насос скважины (PCP) или насос одностороннего всасывания (SSP), струйные насосы построены крайне просто и не содержат никаких движущихся частей. В частности, с учетом иногда высоких абразивных качеств транспортируемой многофазной смеси, предпочтителен отказ от механических компонентов. За счет незначительных затрат на техническое обслуживание, установки являются более надежными и экономически целесообразными, тем более, что в области буровой скважины доступ ограничен, и ремонт стоит очень дорого. Это ведет к длительным простоям и к экономическим проблемам для эксплуатационников установки. Предпочтительно, внутри корпуса насоса вытеснения выполнены сепарирующие устройства для разделения газовой фазы и жидкостной фазы в камере нагнетания, вследствие чего газовая фаза многофазной смеси отделяется от жидкостной фазы, и для приведения в действие струйного насоса используется лишь жидкостная фаза.

Чтобы обеспечивать то, что при особенно длинном питающем трубопроводе имеет место определенная циркуляция жидкости для уплотнения, смазывания и охлаждения насоса вытеснения, предусмотрен обводной трубопровод со стороны камеры нагнетания к стороне всасывания насоса вытеснения для дозированного подвода отделенной жидкостной фазы.

Для улучшенного разделения жидкостной фазы и газовой фазы предусмотрен дополнительный сепаратор в питающем трубопроводе, от дополнительного сепаратора перепускная линия отделенной газовой фазы ведет к напорному трубопроводу насоса вытеснения, так что газовая фаза вместе с остальным транспортируемым продуктом может отводиться для дальнейшей обработки.

В питающем трубопроводе расположен насос повышения давления, так что отделенная жидкостная фаза имеет повышенное энергосодержание.

Оказалось предпочтительным, если насос вытеснения выполнен как винтовой насос, так как винтовые насосы надежно нагнетают многофазные смеси, в частности с высокой долей абразивных материалов и при сильно переменных долях газа, и имеют преимущества в отношении возможности доступа.

Из соображений монтажа предпочтительно, чтобы струйный насос был расположен внутри или на скважине - в конце всасывающего трубопровода, альтернативно, возможно, чтобы струйный насос был расположен в другом месте, например, во всасывающем трубопроводе ближе к насосу вытеснения, или же в скважине - отдельно от всасывающего трубопровода.

Ниже разъясняется пример выполнения изобретения с привлечением чертежа, на котором представлена принципиальная конструкция насосной установки.

Центр насосной установки - это насос 1 вытеснения, который предусмотрен как многофазный насос и выполнен, предпочтительно, как винтовой насос. Со стороны всасывания расположен всасывающий трубопровод 10, который входит в буровую скважину 3. В конце всасывающего трубопровода 10 внутри буровой скважины расположен струйный насос 2, который размещен так, что сторона высокого давления струйного насоса 2 ориентирована в направлении стороны всасывания насоса 1 вытеснения, чтобы подавать на насос 1 вытеснения предварительное давление.

Струйный насос 2, предпочтительно, выполненный как реактивный насос, нагружается частичным потоком 13 жидкости, который ответвляется со стороны нагнетания насоса 1 вытеснения. Через питающий трубопровод 7 частичный поток 13 жидкости подводится к напорной стороне струйного насоса 2.

Частичный поток 13 жидкости ответвляется из сепарированной многофазной смеси, причем внутри насоса вытеснения происходит сепарирование жидкостной фазы и газовой фазы. Предварительно заданный объем жидкостной фазы ответвляется со стороны нагнетания насоса 1 вытеснения, остальной транспортируемый продукт через напорный трубопровод 11 проводится для дальнейшей обработки. Для дальнейшего сепарирования газовой фазы и жидкостной фазы многофазной смеси промежуточно включен дополнительный сепаратор 4, от которого перепускная линия 14 ведет к напорному трубопроводу 11, причем не затребованная жидкостная фаза или дополнительно отделенная газовая фаза подводится к напорному трубопроводу 11.

При необходимости может быть предусмотрен насос 5 повышения давления в питающем трубопроводе 7, чтобы повышать энергетический уровень напорной жидкости для струйного насоса 2.

Также при необходимости может быть предусмотрен обводной трубопровод 15, через который частичный поток сепарированной жидкости подводится со стороны всасывания к насосу 1 вытеснения, чтобы гарантировать всегда достаточное охлаждение и смазывание. Обводной трубопровод 15 может быть выполнен также внутри корпуса насоса вытеснения.

Вспомогательное средство подачи предоставляется за счет циркуляции частичного тока жидкости внутри насосной установки, так что за счет наличествующего предварительного давления насос вытеснения может лучше перекачивать многофазную смесь, причем ограничивается расширение объема газовой доли и предотвращается вытекающее из этого увеличение затрат на строительство. Простая конструкция струйного насоса без подвижных частей уменьшает конструктивные затраты и позволяет избегать простоев из-за ремонтов, которые возникают вследствие износа механических конструктивных элементов. Кроме того, в качестве напорной жидкости не используется никакой внешний энергоноситель, который смешивается с транспортируемым продуктом, что может вызывать затруднения при последующей обработке транспортируемого продукта. Кроме того, во многих случаях в распоряжении нет никакой отдельной напорной жидкости для гидравлических систем, так что гарантирована постоянная возможность использования насосной установки.

Само собой разумеется, нагружать насос 1 вытеснения могут несколько струйных насосов 2.

Группа изобретений касается способа транспортировки многофазных смесей, в частности углеводородов из буровой скважины, с помощью насоса вытеснения. Задачей изобретения является улучшение откачивания многофазной смеси и, одновременно, ограничение необходимых затрат на насосную установку. По способу перекачивают многофазную смесь с помощью насоса вытеснения и осуществляют разделение газовой фазы и жидкостной фазы. Согласно изобретению разделение жидкостной фазы и газовой фазы осуществляют в насосе вытеснения. Со стороны нагнетания ответвляют частичный поток жидкости из сепарированной жидкостной фазы основного транспортного потока и проводят к напорной стороне, по меньшей мере, одного струйного насоса, который размещают как вспомогательное средство подачи на стороне всасывания насоса вытеснения. Насосная установка имеет насос вытеснения с корпусом, в котором образована камера нагнетания, и всасывающий трубопровод. Этот трубопровод входит, в частности, в буровую скважину. Согласно изобретению насос вытеснения выполнен в виде многофазного насоса. Внутри корпуса насоса вытеснения образованы устройства сепарирования для разделения газовой и жидкостной фазы в камере нагнетания. Питающий трубопровод связывает камеру нагнетания насоса вытеснения со стороной высокого давления, по меньшей мере, одного струйного насоса, расположенного со стороны всасывания в направлении подачи насоса вытеснения, и подводит сепарированную в насосе вытеснения жидкостную фазу к струйному насосу. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ транспортировки многофазных смесей, в частности, углеводородов из буровой скважины, в котором перекачивают многофазную смесь с помощью насоса (1) вытеснения и осуществляют разделение газовой фазы и жидкостной фазы, отличающийся тем, что разделение жидкостной фазы и газовой фазы осуществляют в насосе (1) вытеснения, со стороны нагнетания ответвляют частичный поток (13) жидкости из сепарированной жидкостной фазы основного транспортного потока и проводят к напорной стороне, по меньшей мере, одного струйного насоса (2), который размещают как вспомогательное средство подачи на стороне всасывания насоса (1) вытеснения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что струйный насос (2) размещают внутри или на буровой скважине (3).3. Способ по п.1, отличающийся тем, что частичный объем потока сепарированной жидкостной фазы через обводной трубопровод (15) дозированно подводят к стороне всасывания насоса (1) вытеснения.4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после ответвления частичного потока (13) жидкости его проводят через дополнительный сепаратор (4) для разделения газовой фазы и жидкостной фазы.5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что между насосом (1) вытеснения и струйным насосом (2) давление подачи повышают насосом (5) повышения давления.6. Насосная установка с насосом (1) вытеснения для транспортировки многофазных смесей с корпусом насоса, в котором образована камера нагнетания, и всасывающим трубопроводом (10), причем всасывающий трубопровод (10) входит, в частности, в буровую скважину (3), отличающийся тем, что насос (1) вытеснения выполнен в виде многофазного насоса и внутри корпуса насоса вытеснения образованы устройства сепарирования для разделения газовой и жидкостной фазы в камере нагнетания, а питающий трубопровод (7) связывает камеру нагнетания насоса (1) вытеснения со стороной высокого давления, по меньшей мере, одного струйного насоса (2), расположенного со стороны всасывания в направлении подачи насоса (1) вытеснения, и подводит сепарированную в насосе (1) вытеснения жидкостную фазу к струйному насосу (2).7. Насосная установка по п.6, отличающаяся тем, что струйный насос (2) расположен в области входа всасывающего трубопровода (10) в буровую скважину (3) в направлении подачи насоса (1) вытеснения.8. Насосная установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что обводной трубопровод (15) со стороны камеры нагнетания ведет к стороне всасывания насоса (1) вытеснения для дозированного подвода сепарированной жидкостной фазы.9. Насосная установка по п.7, отличающаяся тем, что в питающем трубопроводе (7) расположен дополнительный сепаратор (4) для разделения жидкостной фазы и газовой фазы.10. Насосная установка по п.9, отличающаяся тем, что от дополнительного сепаратора (4) перепускная линия (14) ведет к напорному трубопроводу (11) насоса (1) вытеснения.11. Насосная установка по п.6, отличающаяся тем, что в питающем трубопроводе (7) расположен насос (5) повышения давления.12. Насосная установка по п.6, отличающаяся тем, что насос (1) вытеснения выполнен как винтовой насос.13. Насосная установка по п.6, отличающаяся тем, что струйный насос (2) расположен внутри или на буровой скважине (3), в частности, в конце всасывающего трубопровода (10).