КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СКВАЖИНОЙ НЕФТЕГАЗОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК E21B33/03 E21B43/12 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазовой отрасли, в частности к области разработки нефтегазовых месторождений, и может быть использовано для дистанционного, автоматического и ручного управления исполнительными механизмами запорных органов скважины нефтегазового месторождения.

Из предшествующего уровня техники известно устройство для управления скважинными отсекателями группы скважин, содержащее пневмогидравлический блок, соединенный нагнетательными и разгрузочными линиями с гидравлическими блоками по количеству скважин, причем один блок содержит редуктор, реле, насос, бак, распределитель, предохранительный клапан, другой блок содержит два вентиля, дроссель, первый разделительный клапан и третий вентиль, а также устройство имеет второй разделительный клапан и третий вентиль (SU 1535970, E21B 34/16, 47/10, 15.01.1990).

Также известна гидравлическая система управления подводным устьевым оборудованием, содержащая гидравлические исполнительные механизмы, связанные основной и дополнительными напорными магистралями, магистрали управления, электромагнитные распределители и обратные клапаны, а также установленными на входе распределителей запорными электромагнитными клапанами, дополнительным обратным и дополнительным распределителем, который расположен на входе запорных клапанов на основной напорной магистрали с возможностью соединения последней со сливом, причем дополнительный обратный клапан размещен параллельно гидрораспределителям и запорным клапанам и соединен своим входом с гидравлическим исполнительным механизмом, а выходом - с входом запорного клапана, при этом основная и дополнительная магистрали соединены между собой перепускным клапаном, магистраль управления которого связана с основной магистралью (SU 1752930, E21B 33/035, 04.08.1992).

Также из уровня техники известен комплекс оборудования для управления устьевой фонтанной арматурой подводных скважин, включающий основную напорную магистраль, дополнительные напорные магистрали, соединенные с гидравлическими исполнительными механизмами через основные и дополнительные гидрораспределители, магистрали управления, гидроаккумуляторы, соединенные с основными и дополнительными напорными магистралями, реле давления и обратные клапаны, а также снабженный узлом повышения давления с камерами низкого и высокого давления, при этом магистрали соединены с камерами низкого давления и с основной напорной магистралью через дополнительный гидрораспределитель, а дополнительные напорные магистрали соединены с камерами высокого давления и с основной напорной магистралью через обратные клапаны, причем на участке дополнительной напорной магистрали между обратным клапаном и дополнительным гидроаккумулятором параллельно установлены реле давления, связанные с дополнительным гидрораспределителем (SU 1733625, E21B 43/01, 15.05.1992).

К недостаткам известных технических решений относится их относительно низкая надежность, не обеспечивающая необходимого уровня безаварийной эксплуатации нефтегазовых скважин, вследствие частичного или полного отсутствия необходимого поливариантного дублирования систем, инициирующих быстрое автоматическое отключение подачи добываемого флюида, а также повышающих надежность защиты скважин и предотвращение на ранних стадиях возможных аварийных ситуаций путем управляемого дистанционного или ручного отключения скважин. Кроме того, недостаточная надежность известных устройств и систем управления скважинами обусловлена отсутствием или сложным и малофункциональным решением механизмов и систем, логически последовательного закрытия запорных органов скважины, в том числе в экстренных ситуациях. К другим недостаткам известных устройств управления скважинами относятся нерешенность или недостаточная обеспеченность бесперебойной работы скважины при отключении, в том числе на длительный срок подачи электроэнергии к механизмам и приводам скважины месторождения, или обеспечения, по меньшей мере, одноразового включения всех механизмов, необходимых для возобновления работы скважины после ее отключения.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении надежности и безаварийной эксплуатации скважины нефтегазового месторождения, снижении себестоимости добычи нефтегазового флюида и достижении большей простоты управления технологическими процессами.

Поставленная задача решается за счет того, что комплекс оборудования для управления, по меньшей мере, одной, содержащей запорные органы, скважиной нефтегазового месторождения согласно изобретению содержит станцию управления запорными органами скважины, а именно боковой и надкоренной задвижками, установленными на фонтанной арматуре, регулирующим дебит скважины дроссельным клапаном, подземным клапаном-отсекателем, имеющими исполнительные механизмы, а также клапан контроля низкого и высокого давления и плавкую вставку, при этом станция управления включает, по меньшей мере, один блок управления исполнительными механизмами запорных органов, насосно-аккумуляторную установку с рабочим телом, преимущественно, в виде жидкости, силовые линии функционального управления упомянутыми исполнительными механизмами и линию логического управления, выполненную с обеспечением возможности прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие скважины в логической последовательности боковая задвижка - надкоренная задвижка - подземный клапан-отсекатель, оснащенную для этого системой дублированного избирательного приведения в действие от срабатывания соответственно клапана контроля низкого и высокого давления, плавкой вставки, либо дистанционной или ручной команд на закрытие запорных органов скважины, для чего указанная линия снабжена также системой трехступенчатого по времени срабатывания с замедлением прохождения исполнительной команды, по крайней мере, на закрытие надкоренной задвижки и подземного клапана-отсекателя, включающей установленные, по крайней мере, на участках управления надкоренной задвижкой и клапаном-отсекателем линии логического управления разнонастроенные по времени замедлители прохождения команды, состоящие из сочетания последовательно установленных на указанных участках управляющих пневмогидроаккумулятора и дросселя, при этом насосно-аккумуляторная установка снабжена баком с рабочим телом и насосной группой с, по меньшей мере, одним насосом.

При этом силовая линия функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя может быть снабжена мультипликатором давления, выполненным с дублированием для первой и второй климатических зон, а насосно-аккумуляторная установка снабжена силовым функциональным пневмогидроаккумулятором, выполненным, преимущественно, модульно-секционным.

Центральный пульт управления может быть размещен на расстоянии от станции управления и сообщен с ней линией связи, например, оптоволоконным кабелем или радиоканалом, причем станция управления запорными органами скважины конструктивно выполнена в виде, по меньшей мере, одного шкафа, в котором смонтированы упомянутая насосно-аккумуляторная установка и, по меньшей мере, один упомянутый блок управления, кроме того, станция снабжена обвязкой в виде упомянутых линий управления, сообщенных по рабочему телу с исполнительными механизмами запорных органов скважины.

В качестве рабочего тела могут использовать жидкость, температурная вязкость и температура замерзания которой определена из климатических условий работы скважины, при этом станция, предназначенная для работы в третьей и четвертой климатических зонах в качестве рабочего тела оснащена, преимущественно, минеральном маслом, а для первой и второй климатических зон в качестве рабочего тела принята жидкость с низкой температурой замерзания, преимущественно, типа силиконовой, например полиметилсилоксановая, а бак для рабочего тела оснащен не менее чем одним индикатором уровня заполнения жидкостью, например визуальным индикатором или датчиком уровня, сообщенным по каналам телемеханики с центральным пультом управления, при этом датчик уровня оборудован системой подачи сигналов о предельно допустимом и критическом уровнях или подсоединен к системе центрального пульта управления, выдающей команды на поддержание уровня жидкости в баке в заданных уровнях, а для первой и второй климатических зон бак рабочего тела снабжен подогревателем жидкости, выполненным в виде змеевика или ТЭНа.

Насосная группа может включать, по меньшей мере, один насос, преимущественно, электронасос высокого давления, предпочтительно, аксиально-поршневой с асинхронным электродвигателем, продублированным для первой и второй климатических зон, по меньшей мере, одним дополнительным, параллельно подключенным электронасосом высокого давления, причем указанный насос или насосы включены в линию высокого давления - линию нагнетания через входной и выходной фильтры, предпочтительно, грубой и тонкой очистки соответственно, причем каждый из упомянутых насосов на выходе оснащен предохранительным клапаном давления и смонтирован с возможностью избирательного отключения от линии нагнетания через систему запорных устройств, причем, по крайней мере, установленные на выходе фильтры тонкой очистки снабжены визуальным индикатором и/или электрическим датчиком, сообщенным с центральным пультом управления, при этом насосная группа, снабженная на выходе устройствами запуска или остановки электродвигателей насосов и обратным клапаном, сообщена через последние по линии нагнетания с выполненным модульно-секционным силовым функциональным пневмогидроаккумулятором, состоящим из параллельно-подключенных к коллектору модулей и предназначенным для создания рабочего давления в силовых линиях функционального управления исполнительными механизмами, при этом коллектор с пневмогидроаккумулятором сообщен по рабочему телу с линией нагнетания, кроме того, упомянутые устройства запуска или остановки электродвигателей насосов, подключенные к линии нагнетания, выполнены, например, в виде реле давления, либо в виде аналоговых датчиков давления, либо в виде электроконтактных манометров, причем модули силового функционального пневмогидроаккумулятора выполнены с мембранным или, предпочтительно, поршневым разделителем сред, при этом суммарный рабочий объем всех модулей упомянутого пневмогидроаккумулятора принят не менее необходимого для однократного открытия всех запорных органов не менее чем одной скважины или поддержания рабочего состояния скважины в течение не менее чем одного месяца при отсутствии электроэнергии.

К линии нагнетания через регуляторы давления, понижающие давление от функционального 10-100 МПа до рабочего 0,5-70 МПа, могут быть подключены силовые линии функционального управления исполнительными механизмами надкоренной, боковой задвижек, регулирующего дроссельного клапана и линия логического управления, включающая также линии клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки, кроме того, к линии нагнетания, преимущественно, не менее, чем через один упомянутый мультипликатор, повышающий функциональное давление до требуемого не менее 21-70 МПа, подключена силовая линия функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя, на которой установлены, по меньшей мере, один регулятор давления, настроенный на подачу рабочего тела в мультипликатор с учетом передаточного числа последнего и требуемого выходного давления рабочего тела для последующей подачи и управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя, при этом все перечисленные силовые линии функционального управления исполнительными механизмами запорных органов снабжены установленными на участках перед исполнительными механизмами предохранительными клапанами давления.

Блок управления станции может содержать систему автоматической защиты скважины, систему дистанционного и систему ручного отключения скважины, причем система автоматической защиты содержит подключенную к линии логического управления через гидравлический распределительный клапан линию плавкой вставки и аналогично подключенную к той же линии управления через другой гидравлический распределительный клапан линию клапана контроля низкого и высокого давления, при этом клапан контроля низкого и высокого давления установлен в зоне, примыкающей к фонтанной арматуре, предпочтительно, на шлейфе, причем обе указанные линии снабжены реле или датчиками давления с возможностью выдачи сигнала на центральный пульт управления об отключении скважины соответственно по пожару или по причине выхода за пределы диапазона допустимых рабочих давлений в шлейфе, определяемых настройкой клапана контроля низкого и высокого давления; аналогично в линию логического управления последовательно включены гидравлические распределительные клапаны для дистанционного отключения и для ручного закрытия упомянутых рабочих органов скважины - боковой задвижки, надкоренной задвижки и клапана-отсекателя.

Линия логического управления может последовательно соединять по рабочему телу через гидравлические распределительные клапаны для обеспечения требуемой логической последовательности управления скважиной клапаны-распределители силовых линий функционального управления исполнительными механизмами, в том числе, по крайней мере, клапана-отсекателя, надкоренной задвижки, боковой задвижки с возможностью их допустимого закрытия в определенной, а именно в противоположной указанной последовательности с регулируемо установленными допустимыми временными интервалами между отключениями каждого из них, для чего на линии логического управления на участках ее взаимодействия с силовыми линиями функционального управления исполнительными механизмами клапана-отсекателя и надкоренной задвижки установлены упомянутые управляющие пневмогидроаккумуляторы с возможностью их взаимодействия на сбросе давления каждого со своим дросселем, при этом управляющий пневмогидроаккумулятор на участке управления клапаном-отсекателем линии логического управления настроен на замедление закрытия клапана-отсекателя на время, в 1,5-2 раза превышающее интервал между закрытием надкоренной задвижки и боковой задвижки, составляющий от 10 до 120 сек.

На линии логического управления на участке ее подвода к силовой линии функционального управления исполнительным механизмом боковой задвижки может быть установлен электромагнитный клапан дистанционного включения и отключения боковой задвижки.

Силовая линия функционального управления исполнительным механизмом дроссельного клапана может быть снабжена трехпозиционным распределительным клапаном, предпочтительно, с двумя электромагнитами.

Распределительные клапаны всех силовых линий функционального управления могут быть закоммутированы с линией сброса отработавшего рабочего тела, при этом линия сброса сообщена, преимущественно, через фильтр с баком рабочего тела.

На силовых линиях функционального управления исполнительными механизмами запорных органов могут быть установлены температурные предохранительные клапаны, закоммутированные на выходе с линией сброса избытков рабочего тела, выделяемых при перепадах температур рабочего тела и/или окружающей среды.

Насосно-аккумуляторная установка может быть выполнена, преимущественно, с вынесенной лицевой панелью управления.

Запорные органы скважины могут быть снабжены приборами управления, вынесенными на лицевую панель блока управления.

Шкаф станции управления может быть выполнен теплоизолированным и взрывозащищенным, а подключение кабельных линий к шкафу выполнено через кабельные выводы взрывозащищенного исполнения.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в повышении надежности и безаварийной эксплуатации скважины нефтегазового месторождения, снижении себестоимости добычи нефтегазового флюида, достижении большей простоты управления технологическими процессами за счет предлагаемого комплекса оборудования для управления скважиной, а именно автоматизированного управления запорными органами скважины - боковой и надкоренной задвижками, регулирующим дебит скважины дроссельным клапаном, подземным клапаном-отсекателем через предлагаемую станцию управления, которая содержит разработанные в изобретении насосно-аккумуляторную установку с силовым пневмогидроаккумулятором и не менее одного, обслуживающего скважину блока управления с силовыми линиями функционального управлениями исполнительными механизмами запорных органов, и завязанную с ними логическую линию управления, оснащенную не менее чем трижды продублированными командными клапанами, в том числе два из которых работают от импульса подаваемого на закрытие скважины при возникновении опасности пожара или закритическим малым или высоким давлением в шлейфе, а также разработанной системы закрытия скважины в логической последовательности отсечения флюида боковая задвижка - надкоренная задвижка - клапан-отсекатель, работающую через систему замедления прохождения команды на закрытие, включающие тандем из управляющего пневмогидроаккумулятора и дросселя в логической линии управления на участках взаимодействия с силовыми линиями функционального управления исполнительными механизмами надкоренной задвижки и клапана-отсекателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлена схема подключения станции управления запорными органами к скважине;

на фиг.2 - насосно-аккумуляторная установка, гидравлическая принципиальная схема;

на фиг.3 - блок управления, гидравлическая принципиальная схема.

Комплекс оборудования для управления, по меньшей мере, одной содержащей запорные органы скважиной нефтегазового месторождения содержит станцию управления запорными органами скважины, а именно боковой задвижкой 1 и надкоренной задвижкой 2, установленными на фонтанной арматуре 3, регулирующим дебит скважины дроссельным клапаном 4, подземным клапаном-отсекателем (на чертежах не показано), имеющими исполнительные механизмы, а также клапан 5 контроля низкого и высокого давления и плавкую вставку 6.

Также комплекс оборудования содержит центральный пульт управления, размещенный на расстоянии от станции управления и сообщенный с ней линией связи, например оптоволоконным кабелем.

Станция управления включает, по меньшей мере, один блок 7 управления исполнительными механизмами запорных органов, насосно-аккумуляторную установку 8 с рабочим телом, силовые линии 9-12 функционального управления упомянутыми исполнительными механизмами и линию 13 логического управления, выполненную с обеспечением возможности прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие скважины в логической последовательности боковая задвижка 1 - надкоренная задвижка 2 - подземный клапан-отсекатель, оснащенную для этого системой дублированного избирательного приведения в действие от срабатывания соответственно клапана 5 контроля низкого и высокого давления, плавкой вставки 6, либо дистанционной или ручной команд на закрытие запорных органов скважины. Для этого линия 13 логического управления снабжена также системой трехступенчатого по времени срабатывания с замедлением прохождения исполнительной команды, по крайней мере, на закрытие надкоренной задвижки 2 и подземного клапана-отсекателя, включающей установленные, по крайней мере, на участке 14 управления надкоренной задвижкой 2 и участке 15 управления клапаном-отсекателем линии 13 логического управления разнонастроенные по времени замедлители прохождения команды, состоящие из сочетания последовательно установленных на указанных участках 14, 15 управляющих пневмогидроаккумулятора 16 и дросселя 17.

Силовая линия 12 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя снабжена не менее чем одним мультипликатором 18 давления. Мультипликатор 18 давления для первой и второй климатических зон выполнен с дублированием.

Станция управления запорными органами скважины конструктивно выполнена в виде, по меньшей мере, одного шкафа 19, в котором смонтированы насосно-аккумуляторная установка 8 и, по меньшей мере, один блок 7 управления, кроме того, станция снабжена обвязкой в виде упомянутых линий управления, сообщенных по рабочему телу с исполнительными механизмами запорных органов скважины.

Насосно-аккумуляторная установка 8 содержит бак 20 с рабочим телом, преимущественно, в виде жидкости и силовой функциональный пневмогидроаккумулятор 21, выполненный, преимущественно, модульно-секционным.

В качестве рабочего тела используют жидкость, температурная вязкость и температура замерзания которой определена из климатических условий работы скважины, при этом станция, предназначенная для работы в третьей и четвертой климатических зонах в качестве рабочего тела оснащена, преимущественно, минеральном маслом, а для первой и второй климатических зон в качестве рабочего тела принята жидкость с низкой температурой замерзания, преимущественно, типа силиконовой, например полиметилсилоксановая.

Бак 20 для рабочего тела оснащен не менее чем одним индикатором уровня заполнения жидкостью, например визуальным индикатором или датчиком уровня, сообщенным по каналам телемеханики с центральным пультом управления, при этом датчик уровня оборудован системой подачи сигналов о предельно допустимом и критическом уровнях или подсоединен к системе центрального пульта управления, выдающей команды на поддержание уровня жидкости в баке 20 в заданных уровнях, а для первой и второй климатических зон бак 20 рабочего тела снабжен подогревателем жидкости, выполненным в виде змеевика или ТЭНа.

Насосно-аккумуляторная установка 8 включает насосную группу, по меньшей мере, с одним насосом 22, преимущественно электронасосом высокого давления, предпочтительно аксиально-поршневым с асинхронным электродвигателем 23, продублированным для первой и второй климатических зон, по меньшей мере, одним дополнительным, параллельно подключенным электронасосом 22 высокого давления. Указанный насос 22 или насосы включены в линию 24 высокого давления - линию нагнетания через входной фильтр 25 и выходной фильтр 26, предпочтительно, грубой и тонкой очистки соответственно. Каждый из упомянутых насосов 22 на выходе оснащен предохранительным клапаном 27 давления и смонтирован с возможностью избирательного отключения от линии 24 нагнетания через систему запорных устройств, например, шаровых кранов 28. По крайней мере, установленные на выходе фильтры 26 тонкой очистки снабжены визуальным индикатором и/или электрическим датчиком, сообщенным с центральным пультом управления. Насосная группа, снабженная на выходе устройствами запуска или остановки электродвигателей насосов и обратным клапаном 29, сообщена через последние по линии 24 нагнетания с выполненным модульно-секционным силовым функциональным пневмогидроаккумулятором 21, состоящим из параллельно-подключенных к коллектору 30 модулей 31 и предназначенным для создания рабочего давления в силовых линиях 9-12 функционального управления исполнительными механизмами. Коллектор 30 с пневмогидроаккумулятором 21 сообщен по рабочему телу с линией 24 нагнетания. Упомянутые устройства запуска или остановки электродвигателей насосов, подключенные к линии 24 нагнетания, выполнены, например, в виде реле 32 давления, либо в виде аналоговых датчиков давления, либо в виде электроконтактных манометров. Модули 31 силового функционального пневмогидроаккумулятора 21 выполнены с мембранным или, предпочтительно, поршневым разделителем сред. Суммарный рабочий объем всех модулей 31 упомянутого пневмогидроаккумулятора 21 принят не менее необходимого для однократного открытия всех запорных органов не менее чем одной скважины или поддержания рабочего состояния скважины в течение не менее чем одного месяца при отсутствии электроэнергии.

К линии нагнетания через регуляторы 33 давления, понижающие давление от функционального 10-100 МПа до рабочего 0,5-70 МПа, подключены силовые линии 11, 10, 13 функционального управления соответственно исполнительными механизмами надкоренной задвижки 2, боковой задвижки 1, регулирующего дроссельного клапана 4 и линия 13 логического управления, включающая также линии 34, 35 соответственно клапана 5 контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки 6. К линии 24 нагнетания, преимущественно, не менее чем через один упомянутый мультипликатор 18, повышающий функциональное давление до требуемого не менее 21-70 МПа, подключена силовая линия 12 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя, на которой установлены, по меньшей мере, один регулятор 36 давления, настроенный на подачу рабочего тела в мультипликатор 18 с учетом передаточного числа последнего и требуемого выходного давления рабочего тела для последующей подачи и управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя.

Все силовые линии 9-12 функционального управления исполнительными механизмами запорных органов снабжены установленными на участках перед исполнительными механизмами предохранительными клапанами 37 давления.

Блок 7 управления станции содержит систему автоматической защиты скважины, систему дистанционного и систему ручного отключения скважины. Система автоматической защиты содержит подключенную к линии 13 логического управления через гидравлический распределительный клапан 38 линию 35 плавкой вставки 6 и аналогично подключенную к той же линии 13 управления через другой гидравлический распределительный клапан 39 линию 34 клапана 5 контроля низкого и высокого давления. Клапан 5 контроля низкого и высокого давления установлен в зоне, примыкающей к фонтанной арматуре, предпочтительно, на шлейфе. Обе указанные линии 34 и 35 снабжены реле 40 или датчиками давления с возможностью выдачи сигнала на центральный пульт управления об отключении скважины соответственно по пожару или по причине выхода за пределы диапазона допустимых рабочих давлений в шлейфе, определяемых настройкой клапана 5 контроля низкого и высокого давления. Аналогично в линию 13 логического управления последовательно включены гидравлические распределительные клапаны 41, 42 соответственно для дистанционного отключения и для ручного закрытия упомянутых рабочих органов скважины - боковой задвижки 1, надкоренной задвижки 2 и клапана-отсекателя.

Линия 13 логического управления последовательно соединяет по рабочему телу через гидравлические распределительные клапаны 43-45 для обеспечения требуемой логической последовательности управления скважиной клапаны-распределители 46-48 силовых линий 12, 11, 10 функционального управления исполнительными механизмами, в том числе, по крайней мере, клапана-отсекателя, надкоренной задвижки 2, боковой задвижки 1 с возможностью их допустимого закрытия в определенной, а именно в противоположной указанной последовательности с регулируемо установленными допустимыми временными интервалами между отключениями каждого из них, для чего на линии 13 логического управления на участках ее взаимодействия с силовыми линиями 12, 11 функционального управления соответственно исполнительными механизмами клапана-отсекателя и надкоренной задвижки установлены упомянутые управляющие пневмогидроаккумуляторы 16 с возможностью их взаимодействия на сбросе давления каждого со своим дросселем 17. Управляющий пневмогидроаккумулятор 16 на участке 15 управления клапаном-отсекателем линии 13 логического управления настроен на замедление закрытия клапана-отсекателя на время, в 1,5-2 раза превышающее интервал между закрытием надкоренной задвижки 2 и боковой задвижки 1, составляющий от 10 до 120 сек.

На линии 13 логического управления на участке ее подвода к силовой линии 10 функционального управления исполнительным механизмом боковой задвижки 1 установлен электромагнитный клапан 49 дистанционного включения и отключения боковой задвижки 1.

Силовая линия 12 функционального управления исполнительным механизмом дроссельного клапана 4 снабжена трехпозиционным распределительным клапаном 50, предпочтительно, с двумя электромагнитами.

Распределительные клапаны всех силовых линий 9-12 функционального управления закоммутированы с линией 51 сброса отработавшего рабочего тела, при этом линия 51 сброса сообщена, преимущественно, через фильтр с баком 20 рабочего тела.

На силовых линиях 9-12 функционального управления исполнительными механизмами запорных органов установлены температурные предохранительные клапаны 52, закоммутированные на выходе с линией 51 сброса избытков рабочего тела, выделяемых при перепадах температур рабочего тела и/или окружающей среды.

Насосно-аккумуляторная установка 8 выполнена, преимущественно, с вынесенной лицевой панелью управления.

Запорные органы скважины снабжены приборами управления, вынесенными на лицевую панель блока управления.

Шкаф 19 станции управления выполнен теплоизолированным и взрывозащищенным, а подключение кабельных линий к шкафу выполнено через кабельные выводы взрывозащищенного исполнения.

Работа осуществляется следующим образом.

Насосно-аккумуляторная установка 8 предназначена для создания и поддержания требуемого рабочего давления рабочей среды в линиях управления станции.

Рабочая среда из бака 20 объемом порядка 200 л по трубопроводу поступает через фильтр грубой очистки 25 и кран 53 на вход электронасоса 22, который приводится в действие электродвигателем 23. На выходе из насоса после крана 28 установлен фильтр тонкой очистки 26.

Предохранительный клапан 27 настроен на заданное рабочее давление 21 МПа и при превышении заданного значения давления соединяет линию 24 нагнетания с полостью бака 20, происходит сброс лишнего объема рабочей среды по линии 51 сброса.

Через обратный клапан 29 из линии 24 нагнетания рабочая среда поступает в коллектор 30 и заполняет модули 31 силового функционального пневмогидроаккумулятора 21, предназначенные для хранения необходимого запаса рабочей среды под давлением, при этом каждый модуль 31 выполнен объемом 40-50 л.

После заполнения пневмогидроаккумулятора 21 рабочая среда по трубопроводам поступает в линии 9-12 функционального управления исполнительными механизмами запорными органами скважины и в линию 13 логического управления.

Регулятор 36 давления в силовой линии 11 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя понижает давление в линии 24 нагнетания с 21 МПа до давления трех- или четырехкратного давлению на выходе из мультипликатора 18, обеспечивающего рабочее давление на линии 11 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя, равное 28 МПа (280 кгс/см²). Предохранительный клапан 37 настроен на заданное рабочее давление 28 МПа и при превышении заданного значения давления соединяет упомянутую линию 11 с полостью бака 20, происходит сброс лишнего объема рабочей среды по линии 51 сброса.

Регуляторы 33 давления понижают давление в силовой линии 12 функционального управления исполнительным механизмом дроссельного клапана 4 и линии 13 логического управления до рабочего давления 4 МПа (40 кгс/см²), а в силовых линиях 9, 10 функционального управления соответственно исполнительными механизмами боковой и надкоренной задвижек - до 14 МПа (140 кгс/см²). Предохранительные клапаны 37 настроены на заданное рабочее давление 4 МПа и при превышении заданного значения давления соединяют упомянутые линии с полостью бака 20, происходит сброс лишнего объема рабочей среды по линии 51 сброса.

В блоке 7 управления станции рабочая среда при давлении 4 МПа в линии 13 логического управления поступает на вход нормально закрытого гидравлического распределительного клапана 38, предназначенного для сброса давления управления при пожаре. После заполнения линии 35 плавкой вставки распределительный клапан 38 открывается и рабочая среда поступает на вход нормально закрытого гидравлического распределительного клапана 39, предназначенного для сброса давления управления при срабатывании клапана 5 контроля низкого и высокого давления установленного в линии 34 упомянутого клапана. Затем рабочая среда проходит через нормально открытые распределительный клапан 41, предназначенный для дистанционного отключения всей скважины, и распределительный клапан 42, предназначенный для ручного аварийного отключений всей скважины посредством кнопки аварийного отключения.

После распределительного клапана 42 рабочая среда поступает на вход нормально закрытого распределительного клапана 43 с гидроприводом и ручным дублером.

При заполненной линии 35 плавкой вставки реле давления 40 выдает сигнал на центральный пульт управления.

При заполненной линии 34 клапана контроля низкого и высокого давления другое реле давления 40 также выдает сигнал на центральный пульт управления.

Далее для того, чтобы открыть скважину нужно выполнить следующую последовательность действий:

- потянуть за ручку распределительного клапана 43, который ставится на самопитание, а рабочая среда через обратный клапан 54 поступает на привод клапана-распределителя 46, который открывается и рабочая среда из силовой линии 11 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя поступает на его исполнительный механизм. Происходит открытие клапана-отсекателя;

- потянуть за ручку распределительного клапана 44, который ставится на самопитание, а рабочая среда через обратный клапан 55 поступает на привод клапана-распределителя 47, который открывается, и рабочая среда из силовых линий 9, 10 функционального управления соответственно исполнительными механизмами боковой и надкоренной задвижек поступает на исполнительный механизм надкоренной задвижки. Происходит открытие надкоренной задвижки;

- потянуть за ручку распределительного клапана 45, который ставится на самопитание, а рабочая среда через обратный клапан 55 и нормально открытый электромагнитный клапан 49 поступает на привод клапана-распределителя 48, который открывается и рабочая среда из силовых линий 9, 10 функционального управления соответственно исполнительными механизмами боковой и надкоренной задвижек поступает на исполнительный механизм боковой задвижки. Происходит открытие боковой задвижки.

Пример работы по закрытию скважины

Система автоматической защиты

При штатных значениях давлений в линиях 34, 35 соответственно клапана 5 контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки 6 скважины распределительный клапан 39 находится в открытом положении. При падении или повышении давления рабочей среды в упомянутых линиях ниже или выше установленных (заданных) значений распределительный клапан 39 переходит в закрытое положение, происходит сброс рабочей среды из силовых линий 9, 10, 11 функционального управления соответственно исполнительными механизмами боковой, надкоренной задвижек и клапана-отсекателя. Дроссели 17 с пневмогидроаккумуляторами 16 служат для регулирования временного интервала при последовательном закрытии запорных органов скважины.

В случае возникновения пожара при повышении температуры окружающей среды на устье скважины выше установленного значения (при пожарной ситуации) происходит сброс рабочей среды из линии 35 плавкой вставки, после чего распределительный клапан 38 переходит в закрытое положение, происходит сброс рабочей среды из силовых линий 9, 10, 11 функционального управления соответственно боковой, надкоренной задвижек и клапана-отсекателя. Дроссели 17 с пневмогидроаккумуляторами 16 служат для регулирования временного интервала при последовательном закрытии запорных органов скважины.

Система дистанционного отключения скважины

В блоке 7 управления станции установлены распределительный клапан 41, выполненный электромагнитным, и электромагнитный клапан 49, управляемые с панели управления станции или с центрального пульта управления.

При подаче сигнала 24 В на электропривод клапана 41 производится дистанционное закрытие боковой, надкоренной задвижек и клапана-отсекателя.

При подаче сигнала 24 В на электропривод клапана 49 производится дистанционное закрытие боковой задвижки.

Управление регулирующим дроссельным клапаном

При подаче напряжения на первый электромагнит трехпозиционного распределительного клапана 50 рабочая среда под давлением до 4 МПа из силовой линии 12 функционального управления исполнительным механизмом дроссельного клапана подается в его исполнительный механизм. От позиционера, установленного на упомянутом клапане, выдается аналоговый сигнал в шкаф 19 управления или на центральный пульт управления. После чего от шкафа 19 поступает сигнал на первый электромагнит (снимается напряжение) и клапан 50 переводится в нейтральное положение. При необходимости снижения расхода добываемого флюида от шкафа управления подается сигнал на второй электромагнит клапана 50, происходит сброс рабочей среды до заданных параметров.

Таким образом, заявленный комплекс оборудования обеспечивает повышение надежности и безаварийной эксплуатации скважины при добыче нефтегазового флюида.

Изобретение относится к области разработки нефтегазовых месторождений и может быть использовано для дистанционного, автоматического и ручного управления исполнительными механизмами запорных органов скважины нефтегазового месторождения. Обеспечивает повышение надежности и безаварийной эксплуатации скважины нефтегазового месторождения, снижение себестоимости добычи нефтегазового флюида и достижение большей простоты управления технологическими процессами. Комплекс оборудования содержит станцию управления запорными органами скважины, а именно боковой и надкоренной задвижками, установленными на фонтанной арматуре, дроссельным клапаном, подземным клапаном-отсекателем, имеющими исполнительные механизмы, а также клапан контроля низкого и высокого давления и плавкую вставку. Станция управления включает, по меньшей мере, один блок управления исполнительными механизмами запорных органов, насосно-аккумуляторную установку с рабочим телом, преимущественно, в виде жидкости, силовые линии функционального управления упомянутыми исполнительными механизмами и линию логического управления, выполненную с обеспечением возможности прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие скважины в логической последовательности: боковая задвижка - надкоренная задвижка - подземный клапан-отсекатель, оснащенную для этого системой дублированного избирательного приведения в действие от срабатывания соответственно клапана контроля низкого и высокого давления, плавкой вставки, либо дистанционной или ручной команд на закрытие запорных органов скважины. Для этого указанная линия снабжена также системой трехступенчатого по времени срабатывания с замедлением прохождения исполнительной команды, по крайней мере, на закрытие надкоренной задвижки и подземного клапана-отсекателя, включающей установленные, по крайней мере, на участках управления надкоренной задвижкой и клапаном-отсекателем линии логического управления, разнонастроенные по времени замедлители прохождения команды, состоящие из сочетания последовательно установленных на указанных участках пневмогидроаккумулятора и дросселя. Насосно-аккумуляторная установка снабжена баком с рабочим телом и насосной группой с одним, по меньшей мере, насосом. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Комплекс оборудования для управления, по меньшей мере, одной, содержащей запорные органы, скважиной нефтегазового месторождения, характеризующийся тем, что он содержит станцию управления запорными органами скважины, а именно боковой и надкоренной задвижками, установленными на фонтанной арматуре, дроссельным клапаном для регулирования дебита скважины, подземным клапаном-отсекателем, имеющими исполнительные механизмы, а также клапан контроля низкого и высокого давления и плавкую вставку, при этом станция управления включает, по меньшей мере, один блок управления исполнительными механизмами запорных органов, насосно-аккумуляторную установку с рабочим телом преимущественно в виде жидкости, силовые линии функционального управления упомянутыми исполнительными механизмами и линию логического управления, выполненную с обеспечением возможности прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие скважины в логической последовательности: боковая задвижка - надкоренная задвижка - подземный клапан-отсекатель, оснащенную для этого системой дублированного избирательного приведения в действие от срабатывания соответственно клапана контроля низкого и высокого давления, плавкой вставки, либо дистанционной или ручной команд на закрытие запорных органов скважины, для чего указанная линия снабжена также системой трехступенчатого по времени срабатывания с замедлением прохождения исполнительной команды, по крайней мере, на закрытие надкоренной задвижки и подземного клапана-отсекателя, включающей установленные, по крайней мере, на участках управления надкоренной задвижкой и клапаном-отсекателем линии логического управления, разнонастроенные по времени замедлители прохождения команды, состоящие из сочетания последовательно установленных на указанных участках управляющих пневмогидроаккумулятора и дросселя, при этом насосно-аккумуляторная установка снабжена баком с рабочим телом и насосной группой с, по меньшей мере, одним насосом.

2. Комплекс оборудования по п.1, отличающийся тем, что силовая линия функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя снабжена мультипликатором давления, выполненным с дублированием для первой и второй климатических зон, а насосно-аккумуляторная установка снабжена силовым функциональным пневмогидроаккумулятором, выполненным преимущественно модульно-секционным.

3. Комплекс оборудования по п.1, отличающийся тем, что центральный пульт управления размещен на расстоянии от станции управления и сообщен с ней линией связи, например, оптоволоконным кабелем или радиоканалом, причем станция управления запорными органами скважины конструктивно выполнена в виде, по меньшей мере, одного шкафа, в котором смонтированы упомянутая насосно-аккумуляторная установка и, по меньшей мере, один упомянутый блок управления, кроме того, станция снабжена обвязкой в виде упомянутых линий управления, сообщенных по рабочему телу с исполнительными механизмами запорных органов скважины.

4. Комплекс оборудования по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела использована жидкость, температурная вязкость и температура замерзания которой определена из климатических условий работы скважины, при этом станция, предназначенная для работы в третьей и четвертой климатических зонах, в качестве рабочего тела оснащена преимущественно минеральным маслом, а для первой и второй климатических зон в качестве рабочего тела принята жидкость с низкой температурой замерзания, преимущественно типа силиконовой, например полиметилсилоксановая, а бак для рабочего тела оснащен не менее чем одним индикатором уровня заполнения жидкостью, например визуальным индикатором или датчиком уровня, сообщенным по каналам телемеханики с центральным пультом управления, при этом датчик уровня оборудован системой подачи сигналов о предельно допустимом и критическом уровнях или подсоединен к системе центрального пульта управления с возможностью выдачи команды на поддержание уровня жидкости в баке в заданных уровнях, а для первой и второй климатических зон бак рабочего тела снабжен подогревателем жидкости, выполненным в виде змеевика или ТЭНа.

5. Комплекс оборудования по п.2, отличающийся тем, что насосная группа включает, по меньшей мере, один насос, преимущественно электронасос высокого давления, предпочтительно аксиально-поршневой с асинхронным электродвигателем, продублированным для первой и второй климатических зон, по меньшей мере, одним дополнительным, параллельно подключенным электронасосом высокого давления, причем указанный насос или насосы включены в линию высокого давления - линию нагнетания через входной и выходной фильтры предпочтительно грубой и тонкой очистки соответственно, причем каждый из упомянутых насосов на выходе оснащен предохранительным клапаном давления и смонтирован с возможностью избирательного отключения от линии нагнетания через систему запорных устройств, причем, по крайней мере, установленные на выходе фильтры тонкой очистки снабжены визуальным индикатором и/или электрическим датчиком, сообщенным с центральным пультом управления, при этом насосная группа, снабженная на выходе устройствами запуска или остановки электродвигателей насосов и обратным клапаном, сообщена через последние по линии нагнетания с выполненным модульно-секционным силовым функциональным пневмогидроаккумулятором, состоящим из параллельно-подключенных к коллектору модулей и предназначенным для создания рабочего давления в силовых линиях функционального управления исполнительными механизмами, при этом коллектор с пневмогидроаккумулятором сообщен по рабочему телу с линией нагнетания, кроме того, упомянутые устройства запуска или остановки электродвигателей насосов, подключенные к линии нагнетания, выполнены, например, в виде реле давления, либо в виде аналоговых датчиков давления, либо в виде электроконтактных манометров, причем модули силового функционального пневмогидроаккумулятора выполнены с мембранным или, предпочтительно, поршневым разделителем сред, при этом суммарный рабочий объем всех модулей упомянутого пневмогидроаккумулятора принят не менее необходимого для однократного открытия всех запорных органов не менее чем одной скважины или поддержания рабочего состояния скважины в течение не менее чем одного месяца при отсутствии электроэнергии.

6. Комплекс оборудования по п.5, отличающийся тем, что к линии нагнетания через регуляторы давления, для понижения давления от функционального 10-100 МПа до рабочего 0,5-70 МПа, подключены силовые линии функционального управления исполнительными механизмами надкоренной, боковой задвижек, регулирующего дроссельного клапана и линия логического управления, включающая также линии клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки, кроме того, к линии нагнетания преимущественно не менее чем через один упомянутый мультипликатор, для повышения функционального давления до требуемого не менее 21-70 МПа, подключена силовая линия функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя, на которой установлены, по меньшей мере, один регулятор давления, настроенный на подачу рабочего тела в мультипликатор с учетом передаточного числа последнего и требуемого выходного давления рабочего тела для последующей подачи и управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя, при этом все перечисленные силовые линии функционального управления исполнительными механизмами запорных органов снабжены установленными на участках перед исполнительными механизмами предохранительными клапанами давления.

7. Комплекс оборудования по п.1, отличающийся тем, что блок управления станции содержит систему автоматической защиты скважины, систему дистанционного и систему ручного отключения скважины, причем система автоматической защиты содержит подключенную к линии логического управления через гидравлический распределительный клапан линию плавкой вставки и аналогично подключенную к той же линии управления через другой гидравлический распределительный клапан линию клапана контроля низкого и высокого давления, при этом клапан контроля низкого и высокого давления установлен в зоне, примыкающей к фонтанной арматуре, предпочтительно на шлейфе, причем обе указанные линии снабжены реле или датчиками давления с возможностью выдачи сигнала на центральный пульт управления об отключении скважины соответственно по пожару или по причине выхода за пределы диапазона допустимых рабочих давлений в шлейфе, определенных настройкой клапана контроля низкого и высокого давления; аналогично в линию логического управления последовательно включены гидравлические распределительные клапаны для дистанционного отключения и для ручного закрытия упомянутых рабочих органов скважины - боковой задвижки, надкоренной задвижки и клапана-отсекателя.

8. Комплекс оборудования по п.1, отличающийся тем, что линия логического управления последовательно соединяет по рабочему телу через гидравлические распределительные клапаны для обеспечения требуемой логической последовательности управления скважиной клапаны-распределители силовых линий функционального управления исполнительными механизмами, в том числе, по крайней мере, клапана-отсекателя, надкоренной задвижки, боковой задвижки с возможностью их допустимого закрытия в определенной, а именно в противоположной указанной последовательности с регулируемо установленными допустимыми временными интервалами между отключениями каждого из них, для чего на линии логического управления на участках ее взаимодействия с силовыми линиями функционального управления исполнительными механизмами клапана-отсекателя и надкоренной задвижки установлены упомянутые управляющие пневмогидроаккумуляторы с возможностью их взаимодействия на сбросе давления каждого со своим дросселем, при этом управляющий пневмогидроаккумулятор на участке управления клапаном-отсекателем линии логического управления настроен на замедление закрытия клапана-отсекателя на время, в 1,5-2 раза превышающее интервал между закрытием надкоренной задвижки и боковой задвижки, составляющий от 10 до 120 с.

9. Комплекс оборудования по п.1, отличающийся тем, что на линии логического управления на участке ее подвода к силовой линии функционального управления исполнительным механизмом боковой задвижки установлен электромагнитный клапан дистанционного включения и отключения боковой задвижки.

10. Комплекс оборудования по п.1, отличающийся тем, что силовая линия функционального управления исполнительным механизмом дроссельного клапана снабжена трехпозиционным распределительным клапаном предпочтительно с двумя электромагнитами.

11. Комплекс оборудования по п.2, отличающийся тем, что распределительные клапаны всех силовых линий функционального управления закоммутированы с линией сброса отработавшего рабочего тела, при этом линия сброса сообщена преимущественно через фильтр с баком рабочего тела.

12. Комплекс оборудования по п.11, отличающийся тем, что на силовых линиях функционального управления исполнительными механизмами запорных органов установлены температурные предохранительные клапаны, закоммутированные на выходе с линией сброса избытков рабочего тела, выделяемых при перепадах температур рабочего тела и/или окружающей среды.

13. Комплекс оборудования по п.1, отличающийся тем, что насосно-аккумуляторная установка выполнена преимущественно с вынесенной лицевой панелью управления.

14. Комплекс оборудования по п.1, отличающийся тем, что запорные органы скважины снабжены приборами управления, вынесенными на лицевую панель блока управления.

15. Комплекс оборудования по п.3, отличающийся тем, что шкаф станции управления выполнен теплоизолированным и взрывозащищенным, а подключение кабельных линий к шкафу выполнено через кабельные выводы взрывозащищенного исполнения.