КУСТ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН Российский патент 2009 года по МПК E21B43/12 E21B33/03 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазовой отрасли, в частности к области разработки газовых месторождений, и может быть использовано для дистанционного, автоматического и ручного управления исполнительными механизмами запорных органов скважин, входящих в куст скважин газового 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, Е21В 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, Е21В 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, Е21В 43/01, 15.05.1992).

К недостаткам известных технических решений относится их относительно низкая надежность, не обеспечивающая необходимого уровня безаварийной эксплуатации газовых 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 куста скважин, 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, входящей в куст газовых скважин, снижении себестоимости добычи газа и достижении большей простоты управления технологическими процессами.

Поставленная задача решается за счет того, что куст газовых скважин согласно изобретению включает, по меньшей мере, две газовые скважины, каждая из которых содержит эксплуатационную колонну с колонной насосно-компрессорных труб с подземным эксплуатационным оборудованием, содержащим, по меньшей мере, выполненный с исполнительным механизмом клапан-отсекатель с дистанционным управлением, устье скважины с устьевым оборудованием, имеющем колонную головку, трубную головку, на которой установлена смонтированная в виде елки фонтанная арматура, включающая запорные органы - надкоренную и боковую задвижки с исполнительными механизмами, а также примыкающий к последней регулирующий дебит скважины дроссельный клапан, выполненный с исполнительным механизмом, и контрольно-управляющие органы - плавкую вставку и клапан контроля низкого и высокого давления, при этом каждая скважина через свои запорные органы, регулирующий дроссельный клапан и клапан-отсекатель связана со станцией управления, включающей общую на станцию насосно-аккумуляторную установку и, по меньшей мере, один на каждую скважину блок управления, причем насосно-аккумуляторная установка включает насосную группу и сообщенный с ней по рабочему телу линией высокого давления силовой функциональный пневмогидроаккумулятор высокого давления, а каждый блок управления включает запитанные от упомянутой линии высокого давления через регуляторы давления, понижающие функциональное давление до необходимого, силовые линии функционального управления исполнительными механизмами запорных органов, дроссельного клапана, клапана-отсекателя каждой скважины, и управляющую их работой через систему ступенчатого по времени замедления прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие каждой скважины в логической последовательности боковая задвижка - надкоренная задвижка - клапан-отсекатель линию логического управления, сообщенную с плавкой вставкой и клапаном контроля низкого и высокого давления и оснащенную с возможностью дублирования прохождения команд на закрытие каждой скважины гидравлическими распределительными клапанами, один из которых передает в линию логического управления команду на закрытие каждой скважины от плавкой вставки, другой - от клапана контроля низкого и высокого давления, а по меньшей мере, два других - соответственно от дистанционного и ручного управления, при этом упомянутая система замедления включает установленные на участках взаимодействия линии логического управления с силовыми линиями функционального управления исполнительными механизмами надкоренной задвижки и клапана-отсекателя замедлители, включающие управляющий пневмогидроаккумулятор и дроссель, обеспечивающие различное по времени срабатывание на закрытие скважины, причем силовая линия функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя каждой скважины снабжена мультипликатором давления, предпочтительно, продублированным для первой и второй климатических зон.

При этом каждая скважина может быть снабжена в составе подземного эксплуатационного оборудования, по меньшей мере, одним ингибиторным клапаном.

Колонна насосно-компрессорных труб каждой скважины может быть снабжена, по меньшей мере, одним разъединителем колонны.

Насосно-аккумуляторная установка может быть снабжена баком с рабочим телом, преимущественно, в виде жидкости, а силовой функциональный пневмогидроаккумулятор выполнен, преимущественно, модульно-секционным.

Станция управления может содержать центральный пульт управления, размещенный на расстоянии от нее и сообщенный с ней линией связи, например, оптоволоконным кабелем или радиоканалом, причем станция управления конструктивно выполнена в виде шкафа, в котором смонтированы, по меньшей мере, два, предпочтительно, три блока управления, по одному на каждую скважину, и общая насосно-аккумуляторная установка, кроме того, станция снабжена обвязкой в виде упомянутых линий управления, сообщенных по рабочему телу с исполнительными механизмами запорных органов, дроссельного клапана и клапана-отсекателя каждой скважины.

В качестве рабочего тела могут использовать жидкость, температурная вязкость и температура замерзания которой определена из климатических условий третьей и четвертой климатических зон, 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 быть снабжена, по меньшей мере, одним насосом, преимущественно, электронасосом высокого давления, предпочтительно, аксиально-поршневым 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 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 высокого давления 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 высокого давления с выполненным модульно-секционным силовым функциональным пневмогидроаккумулятором, состоящим из параллельно подключенных к коллектору модулей и предназначенным для создания необходимого рабочего давления в упомянутых линиях управления, при этом коллектор с пневмогидроаккумулятором сообщен по рабочему телу с линией высокого давления, кроме того, упомянутые устройства запуска или остановки электродвигателей насосов, подключенные к линии высокого давления, выполнены, например, в виде реле давления, либо в виде аналоговых датчиков давления, либо в виде электроконтактных манометров, причем модули упомянутого пневмогидроаккумулятора выполнены с мембранным или, предпочтительно, поршневым разделителем сред, при этом суммарный рабочий объем всех модулей силового функционального пневмогидроаккумулятора принят не менее необходимого для однократного открытия запорных органов дроссельного клапана и клапана-отсекателя всех подключенных к станции скважин или поддержания рабочего состояния скважин в течение не менее чем одного месяца при отсутствии электроэнергии.

Упомянутые регуляторы давления могут понижать давление от функционального 10-100 МПа до рабочего 0,5-70 МПа в силовых линиях функционального управления исполнительными механизмами надкоренной, боковой задвижек, дроссельного клапана и в линии логического управления каждого блока управления, включающей также линии клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки, а регулятор давления в силовой линии функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя настроен на подачу рабочего тела в мультипликатор с учетом передаточного числа последнего и требуемого выходного давления рабочего тела не менее 21-70 МПа для последующей подачи и управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя, при этом все перечисленные силовые линии функционального управления снабжены установленными на участках перед исполнительными механизмами предохранительными клапанами давления.

Каждый блок управления может содержать систему автоматической защиты скважины, систему дистанционного и систему ручного отключения скважины, причем система автоматической защиты включает подключенные к линии логического управления через упомянутые распределительные клапаны линию плавкой вставки и 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 линии клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки 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, определяемых настройкой клапана контроля низкого и высокого давления.

Линия логического управления каждого блока управления последовательно может соединять по рабочему телу через 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 установлены упомянутые управляющие пневмогидроаккумуляторы с возможностью их взаимодействия на сбросе давления каждого со своим дросселем, при этом управляющий пневмогидроаккумулятор на участке взаимодействия с силовой линией функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя 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 каждого блока управления на участке ее подвода к силовой линии функционального управления исполнительным механизмом боковой задвижкой может быть установлен электромагнитный клапан дистанционного включения и отключения боковой задвижки.

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

Распределительные клапаны всех силовых линий функционального управления исполнительными механизмами каждого блока управления 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, дроссельного клапана, клапана-отсекателя каждого блока управления 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, дроссельный клапан и клапан-отсекатель каждой 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 газовых скважин, входящих в куст, снижении себестоимости добычи газа, достижении большей простоты управления технологическими процессами за счет 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, 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 одной входящей в куст газовой скважины к станции управления;

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

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

Куст газовых скважин включает, по меньшей мере, две газовых скважины 1, каждая из которых содержит эксплуатационную колонну 2 с колонной 3 насосно-компрессорных труб с подземным эксплуатационным оборудованием, содержащим, по меньшей мере, выполненный с исполнительным механизмом клапан-отсекатель 4 с дистанционным управлением, устье скважины с устьевым оборудованием, имеющем колонную головку 5, трубную головку 6, на которой установлена смонтированная в виде елки фонтанная арматура 7, включающая запорные органы - боковую задвижку 8 и надкоренную задвижку 9 с исполнительными механизмами, а также примыкающий к последней регулирующий дебит скважины дроссельный клапан 10, выполненный с исполнительным механизмом, и контрольно-управляющие органы - плавкую вставку 11 и клапан 12 контроля низкого и высокого давления.

Каждая газовая скважина 1 снабжена также в составе подземного эксплуатационного оборудования, по меньшей мере, одним ингибиторным клапаном 13, а колонна 3 насосно-компрессорных труб каждой скважины снабжена, по меньшей мере, одним разъединителем 14 колонны.

Каждая скважина 1 через свои запорные органы 8 и 9, дроссельный клапан 10 и клапан-отсекатель 4 связана со станций управления, включающей общую на станцию насосно-аккумуляторную установку 15 и, по меньшей мере, один на скважину блок 16 управления. Также станция управления содержит центральный пульт управления (на чертежах не показано), размещенный на расстоянии от нее и сообщенный с ней линией связи, например оптоволоконным кабелем.

Насосно-аккумуляторная установка 15 включает насосную группу 17 и сообщенный с ней по рабочему телу линией 18 высокого давления силовой функциональный пневмогидроаккумулятор 19 высокого давления.

Каждый блок 16 управления включает запитанные от упомянутой линии 18 высокого давления через регуляторы 20, 21 давления понижающие функциональное давление до необходимого силовые линии 22-25 функционального управления соответственно исполнительными механизмами запорных органов 8, 9, дроссельного клапана 10, клапана-отсекателя 4 каждой подключенной к станции скважины, и управляющую их работой через систему ступенчатого по времени замедления прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие каждой скважины в логической последовательности боковая задвижка 8 - надкоренная задвижка 9 - клапан-отсекатель 4 линию 26 логического управления, сообщенную с плавкой вставкой 11 и клапаном 12 контроля низкого и высокого давления и оснащенную с возможностью дублирования прохождения команд на закрытие каждой скважины гидравлическими распределительными клапанами 27-30, один 27 из которых передает в линию 26 логического управления команду на закрытие каждой скважины от плавкой вставки 11, другой 28 - от клапана 12 контроля низкого и высокого давления, а по меньшей мере, два других 29, 30 - соответственно от дистанционного и ручного управления. Система замедления включает установленные на участках 31, 32 взаимодействия линии 26 логического управления соответственно с силовыми линиями 23, 24 функционального управления соответственно исполнительными механизмами надкоренной задвижки и клапана-отсекателя замедлители, включающие управляющий пневмогидроаккумулятор 33 и дроссель 34, обеспечивающие различное по времени срабатывание на закрытие скважины. Силовая линия 24 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя каждой скважины снабжена мультипликатором 35 давления, предпочтительно, продублированным для первой и второй климатических зон.

Станция управления конструктивно выполнена в виде шкафа 36, в котором смонтированы, по меньшей мере, два, предпочтительно, три блока 16 управления, по одному на каждую скважину, и общая насосно-аккумуляторная установка 15, кроме того, станция снабжена обвязкой в виде упомянутых линий управления, сообщенных по рабочему телу с исполнительными механизмами запорных органов, дроссельного клапана и клапана-отсекателя каждой скважины.

Насосно-аккумуляторная установка 15 содержит бак 37 с рабочим телом, преимущественно, в виде жидкости, а силовой функциональный пневмогидроаккумулятор 19 выполнен, преимущественно, модульно-секционным.

В качестве рабочего тела используют жидкость, температурная вязкость и температура замерзания которой определены из климатических условий работы скважины, при этом станция управления, 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 37 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. 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 37 в заданных уровнях. Для первой и второй климатических зон бак 37 рабочего тела снабжен подогревателем жидкости, выполненным в виде змеевика или ТЭНа.

Насосная группа 17 включает, по меньшей мере, один насос 38, преимущественно, электронасос высокого давления, предпочтительно, аксиально-поршневой с асинхронным электродвигателем 39, продублированный для первой и второй климатических зон, по меньшей мере, одним дополнительным, параллельно подключенным электронасосом 38 высокого давления. Насос 22 или насосы включены в линию 18 высокого давления через входной фильтр 40 и выходной фильтр 41, предпочтительно, грубой и тонкой очистки соответственно. Каждый из упомянутых насосов 38 на выходе оснащен предохранительным клапаном 42 давления и смонтирован с возможностью избирательного отключения от линии 18 высокого давления через систему запорных устройств, например шаровых кранов 43. По крайней мере, установленные на выходе фильтры 41 тонкой очистки снабжены визуальным индикатором и/или электрическим датчиком, сообщенным с центральным пультом управления. Насосная группа 17, снабженная на выходе устройствами запуска или остановки электродвигателей 39 насосов 38 и обратным клапаном 44, сообщена через последние по линии 18 высокого давления с выполненным модульно-секционным силовым функциональным пневмогидроаккумулятором 19, состоящим из параллельно подключенных к коллектору 45 модулей 46 и предназначенным для создания необходимого рабочего давления в упомянутых линиях 22-26 управления. Коллектор 45 с пневмогидроаккумулятором 19 сообщен по рабочему телу с линией 18 высокого давления. Устройства запуска или остановки электродвигателей 39 насосов 38, подключенные к линии 18 высокого давления, выполнены, например, в виде реле 47 давления, либо в виде аналоговых датчиков давления, либо в виде электроконтактных манометров. Модули 46 пневмогидроаккумулятора 19 выполнены с мембранным или, предпочтительно, поршневым разделителем сред. Суммарный рабочий объем всех модулей 46 силового функционального пневмогидроаккумулятора 19 принят не менее необходимого для однократного открытия запорных органов 8, 9, дроссельного клапана 10 и клапана-отсекателя 4 всех подключенных к станции скважин 1 или поддержания рабочего состояния скважин в течение не менее чем одного месяца при отсутствии электроэнергии.

Регуляторы 20 давления понижают давление от функционального 10-100 МПа до рабочего 0,5-70 МПа в силовых линиях 23, 22, 25 функционального управления соответственно исполнительными механизмами надкоренной, боковой задвижек, дроссельного клапана и в линии 26 логического управления каждого блока 16 управления, включающей также линии 48, 49 соответственно клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки. Регулятор 21 давления в силовой линии 24 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя настроен на подачу рабочего тела в мультипликатор 35 с учетом передаточного числа последнего и требуемого выходного давления рабочего тела не менее 21-70 МПа для последующей подачи и управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя. Все перечисленные силовые линии функционального управления снабжены установленными на участках перед исполнительными механизмами предохранительными клапанами 50 давления.

Каждый блок 16 управления содержит систему автоматической защиты скважины, систему дистанционного и систему ручного отключения скважины. Система автоматической защиты включает подключенные к линии 26 логического управления через гидравлические распределительные клапаны 27, 28 соответственно линию 49 плавкой вставки и линию 48 клапана контроля низкого и высокого давления. Клапан 12 контроля низкого и высокого давления установлен в зоне, примыкающей к фонтанной арматуре, предпочтительно, на шлейфе. Линии 48, 49 соответственно клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки снабжены реле 51 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, определяемых настройкой клапана 12 контроля низкого и высокого давления.

Линия 26 логического управления каждого блока 16 управления последовательно соединяет по рабочему телу через распределительные клапаны 52-54 для обеспечения требуемой логической последовательности управления скважиной клапаны-распределители 55-57 силовых линий 24, 23, 22 функционального управления исполнительными механизмами, в том числе, по крайней мере, клапана-отсекателя 4, надкоренной задвижки 9, боковой задвижки 8 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 этого на линии 26 логического управления установлены управляющие пневмогидроаккумуляторы 33 с возможностью их взаимодействия на сбросе давления каждого со своим дросселем 34. Управляющий пневмогидроаккумулятор 33 на участке 32 взаимодействия с силовой линией 24 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя 4 настроен на замедление закрытия клапана-отсекателя на время, в 1,5-2 раза превышающее интервал между закрытием надкоренной задвижки 9 и боковой задвижки 8, составляющий от 10 до 120 сек.

На линии 26 логического управления каждого блока 16 управления на участке ее подвода к силовой линии 22 функционального управления исполнительным механизмом боковой задвижкой установлен электромагнитный клапан 58 дистанционного включения и отключения боковой задвижки 8.

Силовая линия 25 функционального управления исполнительным механизмом дроссельного клапана 10 каждого блока 16 управления снабжена трехпозиционным распределительным клапаном 59, предпочтительно, с двумя электромагнитами.

Распределительные клапаны всех силовых линий функционального управления исполнительными механизмами каждого блока 16 управления закоммутированы с линией 60 сброса отработавшего рабочего тела, при этом линия 60 сброса сообщена, преимущественно, через фильтр с баком 37 рабочего тела.

На силовых линиях 22-25 функционального управления исполнительными механизмами запорных органов 8, 9, клапана-отсекателя 4, дроссельного клапана 10 каждого блока 16 управления установлены температурные предохранительные клапаны 61, закоммутированные на выходе с линией 60 сброса избытков рабочего тела, выделяемых при перепадах температур рабочего тела и/или окружающей среды.

Насосно-аккумуляторная установка 15 выполнена, преимущественно, с вынесенной лицевой панелью управления.

Запорные органы 8, 9, дроссельный клапан 10 и клапан-отсекатель 4 каждой скважины снабжены приборами управления, вынесенными на лицевую панель блока 16 управления.

Шкаф 36 станции управления выполнен теплоизолированным и взрывозащищенным, а подключение кабельных линий к шкафу выполнено через кабельные выводы взрывозащищенного исполнения.

Рассмотрим работу станции управления на примере одной подключенной к станции газовой скважины, входящей в куст скважин.

Насосно-аккумуляторная установка 15 предназначена для создания и поддержания требуемого рабочего давления рабочего тела - рабочей среды в линиях управления станции.

Рабочая среда из бака 37 объемом порядка 200 л по трубопроводу поступает через фильтр грубой очистки 40 и кран 62 на вход электронасоса 38, который приводится в действие электродвигателем 39. На выходе из насоса после крана 43 установлен фильтр тонкой очистки 41.

Предохранительный клапан 42 настроен на заданное рабочее давление 21 МПа и при превышении заданного значения давления соединяет линию 18 высокого давления (нагнетания) с полостью бака 37 и происходит сброс лишнего объема рабочей среды по линии 60 сброса.

Через обратный клапан 44 из линии 18 нагнетания рабочая среда поступает в коллектор 45 и заполняет модули 46 силового функционального пневмогидроаккумулятора 19, предназначенные для хранения необходимого запаса рабочей среды под давлением, при этом каждый модуль 46 выполнен объемом 40-50 л.

После заполнения пневмогидроаккумулятора 19 рабочая среда по трубопроводам поступает в силовые линии 22-25 функционального управления исполнительными механизмами запорных органов, клапана-отсекателя, дроссельного клапана и в линию 26 логического управления.

Регулятор 21 давления в силовой линии 24 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя понижает давление в линии 18 нагнетания с 21 МПа до давления трех- или четырехкратного давлению на выходе из мультипликатора 35, обеспечивающего рабочее давление на линии 24 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя, равное 28 МПа (280 кгс/см²). Предохранительный клапан 50 настроен на заданное рабочее давление 28 МПа и при превышении заданного значения давления соединяет упомянутую линию 24 с полостью бака 37 и происходит сброс лишнего объема рабочей среды по линии 60 сброса.

Регуляторы 20 давления понижают давление в силовой линии 25 функционального управления исполнительным механизмом дроссельного клапана 10 и линии 26 логического управления до рабочего давления 4 МПа (40 кгс/см²), а в силовых линиях 22, 23 функционального управления соответственно исполнительными механизмами боковой и надкоренной задвижек - до 14 МПа (140 кгс/см²). Предохранительные клапаны 50 настроены на заданное рабочее давление 4 МПа и при превышении заданного значения давления соединяют упомянутые линии с полостью бака 37 и происходит сброс лишнего объема рабочей среды по линии 60 сброса.

В блоке 16 управления станции рабочая среда при давлении 4 МПа в линии 26 логического управления поступает на вход нормально закрытого гидравлического распределительного клапана 27, предназначенного для сброса давления управления при пожаре. После заполнения линии 49 плавкой вставки гидравлический распределительный клапан 27 открывается и рабочая среда поступает на вход нормально закрытого гидравлического распределительного клапана 28, предназначенного для сброса давления управления при срабатывании клапана 12 контроля низкого и высокого давления, установленного в линии 48 упомянутого клапана. Затем рабочая среда проходит через нормально открытые распределительный клапан 29, предназначенный для дистанционного отключения всей скважины, и распределительный клапан 30, предназначенный для ручного аварийного отключений всей скважины посредством кнопки аварийного отключения.

После распределительного клапана 30 рабочая среда поступает на вход нормально закрытого распределительного клапана 52 с гидроприводом и ручным дублером.

При заполненной линии 49 плавкой вставки реле давления 51 выдает сигнал на центральный пульт управления.

При заполненной линии 48 клапана контроля низкого и высокого давления другое реле давления 51 также выдает сигнал на центральный пульт управления.

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

- потянуть за ручку распределительного клапана 52, который ставится на самопитание, а рабочая среда через обратный клапан 63 поступает на привод клапана-распределителя 55, который открывается, и рабочая среда из силовой линии 24 функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя поступает на его исполнительный механизм. Происходит открытие клапана-отсекателя 4;

- потянуть за ручку распределительного клапана 53, который ставится на самопитание, а рабочая среда через обратный клапан 64 поступает на привод клапана-распределителя 56, который открывается, и рабочая среда из силовых линий 22, 23 функционального управления соответственно исполнительными механизмами боковой и надкоренной задвижек поступает на исполнительный механизм надкоренной задвижки. Происходит открытие надкоренной задвижки 9;

- потянуть за ручку распределительного клапана 53, который ставится на самопитание, а рабочая среда через обратный клапан 64 и нормально открытый электромагнитный клапан 58 поступает на привод клапана-распределителя 57, который открывается, и рабочая среда из силовых линий 22, 23 функционального управления соответственно исполнительными механизмами боковой и надкоренной задвижек поступает на исполнительный механизм боковой задвижки. Происходит открытие боковой задвижки 8.

Пример работы по закрытию скважины

Система автоматической защиты

При штатных значениях давлений в линиях 48, 49 соответственно клапана 12 контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки 11 скважины распределительный клапан 28 находится в открытом положении. При падении или повышении давления рабочей среды в упомянутых линиях ниже или выше установленных (заданных) значений распределительный клапан 28 переходит в закрытое положение, происходит сброс рабочей среды из силовых линий 22-24 функционального управления соответственно исполнительными механизмами боковой, надкоренной задвижек и клапана-отсекателя. Дроссели 34 с пневмогидроаккумуляторами 33 служат для регулирования временного интервала при последовательном закрытии запорных органов скважины и клапана-отсекателя.

В случае возникновения пожара при повышении температуры окружающей среды на устье скважины выше установленного значения (при пожарной ситуации) происходит сброс рабочей среды из линии 49 плавкой вставки, после чего распределительный клапан 27 переходит в закрытое положение, происходит сброс рабочей среды из силовых линий 22-24 функционального управления соответственно боковой, надкоренной задвижек и клапана-отсекателя. Дроссели 34 с пневмогидроаккумуляторами 33 служат для регулирования временного интервала при последовательном закрытии запорных органов скважины и клапана-отсекателя.

Система дистанционного отключения скважины

В блоке 16 управления станции установлены распределительный клапан 29, выполненный электромагнитным, и электромагнитный клапан 58, управляемые с панели управления станции или с центрального пульта управления.

При подаче сигнала 24 В на электропривод клапана 29 производится дистанционное закрытие боковой задвижки 8, надкоренной задвижки 9 и клапана-отсекателя 4.

При подаче сигнала 24 В на электропривод клапана 58 производится дистанционное закрытие боковой задвижки 8.

Управление регулирующим дроссельным клапаном

При подаче напряжения на первый электромагнит трехпозиционного распределительного клапана 59 рабочая среда под давлением до 4 МПа из силовой линии 25 функционального управления исполнительным механизмом дроссельного клапана подается в его исполнительный механизм. От позиционера, установленного на упомянутом клапане, выдается аналоговый сигнал в шкаф 36 управления или на центральный пульт управления. После чего от шкафа 36 поступает сигнал на первый электромагнит (снимается напряжение) и клапан 59 переводится в нейтральное положение. При необходимости снижения расхода газа от шкафа управления подается сигнал на второй электромагнит клапана 59, происходит сброс рабочей среды до заданных параметров.

Изобретение относится к области разработки газовых месторождений и может быть использовано для дистанционного, автоматического и ручного управления исполнительными механизмами запорных органов скважин, входящих в куст скважин газового месторождения. Обеспечивает повышение надежности и безаварийной эксплуатации скважины, входящей в куст газовых скважин, снижение себестоимости добычи газа и достижение большей простоты управления технологическими процессами. Куст скважин включает, по меньшей мере, две газовые скважины, каждая из которых содержит эксплуатационную колонну с колонной насосно-компрессорных труб с подземным эксплуатационным оборудованием, содержащим, по меньшей мере, клапан-отсекатель с дистанционным управлением, устье скважины с устьевым оборудованием, имеющим колонную и трубную головки, фонтанную арматуру с надкоренной и боковой задвижками, а также примыкающий к последней дроссельный клапан с исполнительным механизмом, и контрольно-управляющие органы - плавкую вставку и клапан контроля низкого и высокого давления. Каждая скважина через свои запорные органы, дроссельный клапан и клапан-отсекатель связана со станцией управления, включающей общую на станцию насосно-аккумуляторную установку и, по меньшей мере, один на каждую скважину блок управления. Насосно-аккумуляторная установка включает насосную группу и сообщенный с ней по рабочему телу линией высокого давления силовой функциональный пневмогидроаккумулятор высокого давления. Каждый блок управления включает запитанные от упомянутой линии высокого давления, через регуляторы давления, силовые линии функционального управления исполнительными механизмами запорных органов, дроссельного клапана, клапана-отсекателя каждой скважины, и с возможностью управления их работой через систему ступенчатого по времени замедления прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие каждой скважины в логической последовательности боковая задвижка - надкоренная задвижка - клапан-отсекатель линию логического управления, сообщенную с плавкой вставкой и клапаном контроля низкого и высокого давления и оснащенную с возможностью дублирования прохождения команд на закрытие каждой скважины гидравлическими распределительными клапанами. Один из этих клапанов имеет возможность передачи в линию логического управления команды на закрытие скважины от плавкой вставки, другой - от клапана контроля низкого и высокого давления, а по меньшей мере, два других - соответственно от дистанционного и ручного управления. Упомянутая система замедления включает установленные на участках взаимодействия линии логического управления с силовыми линиями функционального управления исполнительными механизмами надкоренной задвижки и клапана-отсекателя замедлители, включающие управляющий пневмогидроаккумулятор и дроссель, обеспечивающие различное по времени срабатывание на закрытие каждой скважины. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Куст газовых скважин, характеризующийся тем, что он включает, по меньшей мере, две газовые скважины, каждая из которых содержит эксплуатационную колонну с колонной насосно-компрессорных труб с подземным эксплуатационным оборудованием, содержащим, по меньшей мере, выполненный с исполнительным механизмом клапан-отсекатель с дистанционным управлением, устье скважины с устьевым оборудованием, имеющим колонную головку, трубную головку, на которой установлена смонтированная в виде елки фонтанная арматура, включающая запорные органы - надкоренную и боковую задвижки с исполнительными механизмами, а также примыкающий к последней дроссельный клапан для регулирования дебита скважины, выполненный с исполнительным механизмом, и контрольно-управляющие органы - плавкую вставку и клапан контроля низкого и высокого давления, при этом каждая скважина через свои запорные органы, дроссельный клапан и клапан-отсекатель связана со станцией управления, включающей общую на станцию насосно-аккумуляторную установку и, по меньшей мере, один на каждую скважину блок управления, причем насосно-аккумуляторная установка включает насосную группу и сообщенный с ней по рабочему телу линией высокого давления силовой функциональный пневмогидроаккумулятор высокого давления, а каждый блок управления включает запитанные от упомянутой линии высокого давления через регуляторы давления, для понижения функционального давления до необходимого, силовые линии функционального управления исполнительными механизмами запорных органов, дроссельного клапана, клапана-отсекателя каждой скважины, и для управления их работой через систему ступенчатого по времени замедления прохождения команд, по меньшей мере, на закрытие каждой скважины в логической последовательности: боковая задвижка - надкоренная задвижка - клапан-отсекатель - линию логического управления, сообщенную с плавкой вставкой и клапаном контроля низкого и высокого давления и оснащенную с возможностью дублирования прохождения команд на закрытие каждой скважины гидравлическими распределительными клапанами, один из которых служит для передачи в линию логического управления команды на закрытие скважины от плавкой вставки, другой - от клапана контроля низкого и высокого давления, а, по меньшей мере, два других - соответственно от дистанционного и ручного управления, при этом упомянутая система замедления включает установленные на участках взаимодействия линии логического управления с силовыми линиями функционального управления исполнительными механизмами надкоренной задвижки и клапана-отсекателя замедлители, включающие управляющий пневмогидроаккумулятор и дроссель, обеспечивающие различное по времени срабатывание на закрытие каждой скважины, причем силовая линия функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя каждой скважины снабжена мультипликатором давления, предпочтительно продублированным для первой и второй климатических зон.

2. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что каждая скважина снабжена в составе подземного эксплуатационного оборудования, по меньшей мере, одним ингибиторным клапаном.

3. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что колонна насосно-компрессорных труб каждой скважины снабжена, по меньшей мере, одним разъединителем колонны.

4. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что насосно-аккумуляторная установка снабжена баком с рабочим телом преимущественно в виде жидкости, а силовой функциональный пневмогидроаккумулятор выполнен преимущественно модульно-секционным.

5. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что станция управления содержит центральный пульт управления, размещенный на расстоянии от нее и сообщенный с ней линией связи, например, оптоволоконным кабелем или радиоканалом, причем станция управления конструктивно выполнена в виде шкафа, в котором смонтированы, по меньшей мере, два, предпочтительно три блока управления, по одному на каждую скважину, и общая насосно-аккумуляторная установка, кроме того, станция снабжена обвязкой в виде упомянутых линий управления, сообщенных по рабочему телу с исполнительными механизмами запорных органов, дроссельного клапана и клапана-отсекателя каждой скважины.

6. Куст газовых скважин по п.5, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела использована жидкость, температурная вязкость и температура замерзания которой определена из климатических условий работы скважины, при этом станция управления, 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, для 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.

7. Куст газовых скважин по п.5, отличающийся тем, что насосная группа снабжена, по меньшей мере, одним насосом, преимущественно электронасосом высокого давления, предпочтительно аксиально-поршневым 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 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 высокого давления 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 высокого давления с выполненным модульно-секционным силовым функциональным пневмогидроаккумулятором, состоящим из параллельно подключенных к коллектору модулей и предназначенным для создания необходимого рабочего давления в упомянутых линиях управления, при этом коллектор с пневмогидроаккумулятором сообщен по рабочему телу с линией высокого давления, кроме того, упомянутые устройства запуска или остановки электродвигателей насосов, подключенные к линии высокого давления, выполнены, например, в виде реле давления, либо в виде аналоговых датчиков давления, либо в виде электроконтактных манометров, причем модули упомянутого пневмогидроаккумулятора выполнены с мембранным или предпочтительно поршневым разделителем сред, при этом суммарный рабочий объем всех модулей силового функционального пневмогидроаккумулятора принят не менее необходимого для однократного открытия запорных органов, дроссельного клапана и клапана-отсекателя всех подключенных к станции скважин или поддержания рабочего состояния скважин в течение не менее чем одного месяца при отсутствии электроэнергии.

8. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что упомянутые регуляторы давления служат для понижения давления от функционального 10-100 МПа до рабочего 0,5-70 МПа в силовых линиях функционального управления исполнительными механизмами надкоренной, боковой задвижек, дроссельного клапана и в линии логического управления каждого блока управления, включающей также линии клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки, а регулятор давления в силовой линии функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя настроен на подачу рабочего тела в мультипликатор с учетом передаточного числа последнего и требуемого выходного давления рабочего тела не менее 21-70 МПа для последующей подачи и управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя, при этом все перечисленные силовые линии функционального управления снабжены установленными на участках перед исполнительными механизмами предохранительными клапанами давления.

9. Куст газовых скважин по п.5, отличающийся тем, что каждый блок управления содержит систему автоматической защиты скважины, систему дистанционного и систему ручного отключения скважины, причем система автоматической защиты включает подключенные к линии логического управления через упомянутые распределительные клапаны линию плавкой вставки и 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 линии клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой вставки 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, определенных настройкой клапана контроля низкого и высокого давления.

10. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что линия логического управления каждого блока управления последовательно соединяет по рабочему телу через 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 установлены упомянутые управляющие пневмогидроаккумуляторы с возможностью их взаимодействия на сбросе давления каждого со своим дросселем, при этом управляющий пневмогидроаккумулятор на участке взаимодействия с силовой линией функционального управления исполнительным механизмом клапана-отсекателя 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.

11. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что на линии логического управления каждого блока управления на участке ее подвода к силовой линии функционального управления исполнительным механизмом боковой задвижкой установлен электромагнитный клапан дистанционного включения и отключения боковой задвижки.

12. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что силовая линия функционального управления исполнительным механизмом дроссельного клапана каждого блока управления снабжена трехпозиционным распределительным клапаном предпочтительно с двумя электромагнитами.

13. Куст газовых скважин по п.10, отличающийся тем, что распределительные клапаны всех силовых линий функционального управления исполнительными механизмами каждого блока управления закоммутированы с линией сброса отработавшего рабочего тела, при этом линия сброса сообщена преимущественно через фильтр с баком рабочего тела.

14. Куст газовых скважин по п.13, отличающийся тем, что на силовых линиях функционального управления исполнительными механизмами запорных органов, дроссельного клапана, клапана-отсекателя каждого блока управления установлены температурные предохранительные клапаны, закоммутированные на выходе с линией сброса избытков рабочего тела, выделяемых при перепадах температур рабочего тела и/или окружающей среды.

15. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что насосно-аккумуляторная установка выполнена преимущественно с вынесенной лицевой панелью управления.

16. Куст газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что запорные органы, дроссельный клапан и клапан-отсекатель каждой скважины снабжены приборами управления, вынесенными на лицевую панель блока управления.

17. Куст газовых скважин по п.5, отличающийся тем, что шкаф станции управления выполнен теплоизолированным и взрывозащищенным, а подключение кабельных линий к шкафу выполнено через кабельные выводы взрывозащищенного исполнения.