СТАНЦИЯ ПЕРЕКАЧКИ И СЕПАРАЦИИ МНОГОФАЗНОЙ СМЕСИ Российский патент 2014 года по МПК F17D1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к внутри-промысловому сбору и транспортированию водогазонефтяной продукции нефтяных скважин при однотрубном транспортировании на центральный пункт сбора и подготовки нефти. Также изобретение может быть использовано и в других отраслях народного хозяйства для перекачки и транспортирования многофазных смесей.

Уровень техники

Известна установка для сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин, включающая сеть сборных трубопроводов от скважин, напорный трубопровод до установки подготовки нефти и насосную установку, размещенную между сетью сборных трубопроводов и напорным трубопроводом. Насосная установка выполнена с применением многофазного штангового насоса, закрепленного на насосно-компрессорной трубе (НКТ) и установленного в зумпфе, оборудованном трубой большого диаметра с заглушкой на нижнем конце и устьевым оборудованием на верхнем конце. Боковой отвод зумпфа, сообщающийся с межтрубным пространством, соединен с сетью сборных трубопроводов через расширительную камеру, а боковой отвод устьевого оборудования - линейный отвод устьевого оборудования, сообщающийся с внутренней полостью НКТ, соединен с напорным трубопроводом через эжектор, который посредством газовой линии соединен с газовым пространством расширительной камеры. В качестве привода многофазного штангового насоса применен станок-качалка, полированный шток которого соединен со штоком штангового насоса (патент RU №2160866, кл. F17D 1/00 от 1999 г.).

Признаки, являющиеся общими для известного и заявленного технических решений, заключаются в наличии шурфовой насосной станции, гидроструйного насоса и выходного напорного трубопровода.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что известная установка не обеспечивает стабильного и постоянного режима транспортирования водогазонефтяной смеси из скважин с высоким дебитом, а также с высоким газовым фактором и большим содержанием мехпримесей, т.к. используемый для транспортирования штанговый насос, пропускающий через себя всю транспортируемую жидкость, имеет ограниченную производительность, определяемую возможностями станка-качалки. При этом такой насос может перекачивать жидкость только с малым газовым фактором. Поэтому для обеспечения надежной эксплуатации в известной установке всегда требуется дополнительно устанавливать буферную емкость, что делает установку малопроизводительной, громоздкой и неудобной в эксплуатации. Кроме того, поскольку известная установка содержит две ступени перекачки (последовательно штанговым насосом и струйным насосом), то в случае выхода из строя одной из ступеней перекачки полностью прекращается транспортирование продукции скважин, останавливаются сами скважины, и для повторного запуска установки требуются, помимо дополнительных материальных затрат, еще и дополнительные затраты времени, что приводит к удорожанию процесса транспортирования, а также к его дискретному режиму, в результате чего возможны частые выходы оборудования из строя. Также известная установка не позволяет оснастить ее дистанционным управлением, т.к. при ее работе невозможно выделить какой-либо единый контрольный показатель, характеризующий работу установки в целом. Этот недостаток усложняет процесс эксплуатации всей известной установки. Еще одним недостатком этой установки является необходимость перекачки через штанговый насос всего объема продукции нефтяных скважин, что приводит к неоправданно высокому расходу электроэнергии и повышенному износу оборудования.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является система сбора и транспортирования продукции нефтяных скважин, которая содержит сеть сборных трубопроводов от скважин, напорный трубопровод до установки подготовки нефти, эжектор, насос, закрепленный на насосно-компрессорной трубе и размещенный в зумпфе, который оборудован трубой с заглушкой на нижнем конце и устьевым оборудованием на верхнем конце, отвод межтрубного пространства зумпфа, линейный отвод устьевого оборудования, сообщающийся с внутренней полостью насосно-компрессорной трубы, сепарационную установку, имеющую отводы газоводонефтяной и водонефтяной продукции сепарации, при этом эжектор размещен между сетью сборных трубопроводов и напорным трубопроводом, патрубок ввода транспортируемой жидкости в эжектор связан с сетью сборных трубопроводов, сопло эжектора через линейный отвод устьевого оборудования связано с полостью насосно-компрессорной трубы, а диффузор эжектора - с входом сепарационной установки, отвод газоводонефтяной продукции сепарации соединен с напорным трубопроводом, а отвод водонефтяной продукции сепарации соединен посредством байпасного трубопровода с отводом межтрубного пространства зумпфа, при этом в качестве насоса система содержит электроцентробежный насос (Патент RU №2236639 С1, М. кл. F17D 1/00, опубликовано 20.09.2004).

Признаки известного устройства, совпадающие с существенными признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии коллектора (в прототипе это патрубок), сепаратора, выходного напорного трубопровода, шурфовой насосной установки (в прототипе это зумпф, труба с заглушкой, насосно-компрессорная труба, межтрубное пространство, электроцентробежный насос, устьевое оборудование, боковой отвод, линейный отвод), гидроструйного насоса (в прототипе это эжектор с соплом и диффузором); при этом выход коллектора гидравлически связан с пассивным входом гидроструйного насоса, выход шурфовой насосной установки гидравлически связан с активным входом гидроструйного насоса, один выход сепаратора гидравлически связан с входом шурфовой насосной установки, выход гидроструйного насоса гидравлически связан с входом сепаратора.

Причина, препятствующая получению технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в возможности несанкционированного возвратного движения жидкости, отсутствие измерений основных параметров продукции, поступающей в выходной напорный трубопровод, в сложности проведения ремонтных работ.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности и долговечности работы станции перекачки и сепарации многофазной смеси.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что становится невозможным несанкционированное возвратное движение газожидкостного потока, направляемого из гидроструйного насоса в сепаратор, осуществляется измерение параметров жидкости, поступающей в выходной напорный трубопровод, имеется возможность сброса жидкости из устройств станции в дренажную емкость для проведения ремонта и технического обслуживания устройств станции.

Достигается технический результат тем, что станция перекачки и сепарации многофазной смеси содержит коллектор, шурфовые насосные установки, гидроструйные насосы, сепаратор, измерительную установку, дренажную емкость, выходной напорный трубопровод, запорные элементы, обратные клапаны, предохранительный клапан, кран с контролем протечек, а также пункты подключения тарировочно-поверочной установки, при этом выход коллектора через соответствующие последовательно включенные запорный элемент и обратный клапан гидравлически связан с пассивным входом каждого гидроструйного насоса, выход каждой шурфовой насосной установки гидравлически связан с активным входом соответствующего гидроструйного насоса, выход каждого гидроструйного насоса через соответствующие последовательно включенные запорный элемент и обратный клапан гидравлически связан с входом сепаратора, гидравлически связанным в свою очередь через соответствующий запорный элемент с выходом коллектора и через другой соответствующий запорный элемент с входом дренажной емкости, первый выход сепаратора гидравлически связан через последовательно включенные запорные элементы и кран с контролем протечек с входом измерительной установки и через предохранительный клапан с входом дренажной емкости, второй выход сепаратора гидравлически связан через соответствующий запорный элемент с входами шурфовых насосных установок и через другой соответствующий запорный элемент с входом дренажной емкости, выход которой через соответствующие последовательно включенные обратный клапан и запорный элемент гидравлически связан с входом коллектора, выход измерительной установки гидравлически связан через соответствующий запорный элемент с выходным напорным трубопроводом и через другой соответствующий запорный элемент и кран с контролем протечек - с входом измерительной установки, а вход и выход крана с контролем протечек через соответствующие запорные элементы гидравлически связаны с пунктами для подключения тарировочно-поверочной установки.

Достигается технический результат также тем, что каждая шурфовая насосная установка снабжена запорным элементом, предназначенным для выпуска газа из установки в дренажную емкость.

Новые признаки заявленного изобретения заключаются в том, что станция содержит дополнительные шурфовые насосные установки, дополнительные гидроструйные насосы, измерительную установку, дренажную емкость, запорные элементы, обратные клапаны, предохранительный клапан, кран с контролем протечек, пункты подключения тарировочно-поверочной установки, а также упомянутые выше гидравлические связи между этими конструктивными элементами.

Краткое описание чертежей

На прилагаемой фигуре показана функциональная схема одного из вариантов конкретного выполнения заявленной станции перекачки и сепарации многофазной смеси.

Осуществление изобретения

Станция перекачки и сепарации многофазной смеси содержит коллектор 1, шурфовые насосные установки 2, 3, 4, гидроструйные насосы 5, 6, 7, сепаратор 8, измерительную установку 9, дренажную емкость 10, выходной напорный трубопровод 11, факельную линию 12, пункты 13 подключения тарировочно-поверочной установки, запорные элементы 14-38, обратные клапаны 39-45, предохранительный клапан 46, кран 47 с контролем протечек.

Выход коллектора 1 гидравлически связан с пассивными входами гидроструйных насосов 5, 6, 7 через соответствующие пары последовательно соединенных запорных элементов и обратных клапанов (соответственно 24, 40; 25, 41; 26, 42). Кроме того, выход коллектора 1 через запорные элементы 27, 20 гидравлически связан с входом сепаратора 8 байпасной линией (используемой в случае направления перекачиваемой нефтегазовой смеси с газозамерной установки непосредственно в сепаратор 8, минуя гидроструйные насосы 5, 6, 7), а через упомянутые запорные элементы и запорный элемент 21 - с входом дренажной емкости 10.

Выход шурфовой насосной установки 2 гидравлически связан с активным входом гидроструйного насоса 5, выход шурфовой насосной установки 3 гидравлически связан с активным входом гидроструйного насоса 6, а выход шурфовой насосной установки 4 гидравлически связан с активным входом гидроструйного насоса 7. Кроме того, шурфовые насосные установки 2, 3, 4 снабжены соответствующими запорными элементами 15, 16, 19, предназначенными для выпуска газа из межтрубных пространств этих установок в дренажную емкость 10.

Выходы гидроструйных насосов 5, 6, 7 через соответствующие пары последовательно соединенных запорных элементов и обратных клапанов (соответственно 23, 39; 28, 43; 29, 44) и общий запорный элемент 20 гидравлически связаны с входом сепаратора 8.

Первый выход сепаратора 8 (выход, являющийся верхним конструктивно и на прилагаемой фигуре) через запорные элементы 31,32 и кран 47 с контролем протечек гидравлически связан с входом измерительной установки 9 «ИЗНА-Массомер-Е-2500-2-01», выход которой через запорные элементы 36, 37 гидравлически связан с выходным напорным трубопроводом 11. Кроме того, выход измерительной установки 9 через запорные элементы 36, 30, 32 и кран 47 гидравлически связан с входом измерительной установки 9. Вход и выход крана 47 с контролем протечек через соответствующие запорные элементы 34, 35 гидравлически связаны с пунктами 13 для подключения тарировочно-поверочной установки (данная установка не показана).

Второй выход сепаратора 8 (выход, являющийся нижним конструктивно и на прилагаемой фигуре) через запорный элемент 33 и соответствующие запорные элементы 14, 17, 18 гидравлически связан с входами шурфовых насосных установок 2, 3, 4.

Кроме того, указанный первый выход сепаратора 8 через предохранительный клапан 46 гидравлически связан с входом дренажной емкости 10.

Выход дренажной емкости 10 через последовательно соединенные обратный клапан 45 и запорный элемент 22 гидравлически связан с входом коллектора 1. Кроме того, предусмотрен сброс газа из дренажной емкости 10 на факельную линию 12.

Каждая шурфовая насосная установка (2, 3, 4) представляет собой зумпф, оборудованный трубой с заглушкой на нижнем конце и устьевым оборудованием на верхнем конце. В указанной трубе расположена насосно-компрессорная труба, соединенная с устьевым оборудованием. При этом межтрубное пространство является входом шурфовой насосной установки. В зумпфе также установлен электроцентробежный насос, который закреплен на насосно-компрессорной трубе, верхний конец которой соединен с устьевым оборудованием. При этом внутреннее пространство насосно-компрессорной трубы является выходом шурфовой насосной установки (конструктивные элементы шуфровой насосной установки не показаны).

Каждый гидроструйный насос (5, 6, 7) представляет собой эжектор, включающий сопло, камеру смешения и диффузор (не показаны). Гидроструйный насос предназначен для перемешивания струи рабочей (т.е. активной жидкости) с потоком подсасываемой, т.е. пассивной среды, и последующего совместного их транспортирования (эффект Вентури).

Измерительная установка 9 предназначена для измерения основных параметров газа и жидкости, поступающих в выходной напорный трубопровод 11, и содержит датчики давления и уровня, счетчики жидкости и газа, влагомер и регулятор давления (перечисленные конструктивные элементы не показаны).

Работа станции заключается в следующем.

Многофазная газоводонефтяная продукция нефтяных скважин через газозамерные установки (нефтяные скважины и газозамерные установки не показаны) подается на входы коллектора 1. На вход коллектора также подается водонефтяная смесь из дренажной емкости 10 через обратный клапан 45 и открытый запорный элемент 22. С выхода коллектора 1 газоводонефтяная смесь через соответствующие открытые запорные элемент 24, 25, 26 и соответствующие обратные клапаны 40, 41, 42 поступает на пассивные входы гидроструйных насосов 5, 6, 7. При этом на активные входы гидроструйных насосов 5, 6, 7 поступает водонефтяная смесь с выходов соответствующих шурфовых насосных установок 2, 3, 4. С выходов гидроструйных насосов 5, 6, 7 через соответствующие открытые запорные элементы 23, 28, 29, 20 и соответствующие обратные клапаны 39, 43, 44 газоводонефтяная продукция поступает на вход сепаратора 8. В сепараторе 8 происходит разделение газоводонефтяной продукции на газоводонефтяную фракцию, в которой преобладает газ (первый, т.е. верхний выход), и водонефтяную фракцию (второй, т.е. нижний выход). Газоводонефтяная фракция с первого выхода сепаратора 8 поступает через открытые запорные элементы 31, 32 и кран 47 на вход измерительной установки 9 и далее через открытые запорные элементы 36 и 37 в выходной напорный трубопровод 11. Далее по напорному трубопроводу 11 газоводонефтяная фракция подается либо на установку подготовки нефти, либо на вход следующей станции перекачки и сепарации многофазной смеси. Водонефтяная фракция со второго выхода сепаратора 8 поступает через открытые запорные элементы 33, 14, 17, 18 на входы шурфовых насосных установок 2, 3, 4. С выходов шурфовых насосных установок 2, 3, 4 водонефтяная фракция (рабочая жидкость) поступает в соответствующие гидроструйные насосы 5, 6, 7. При этом в процессе работы станции запорные элементы 15, 16, 19, 27, 21, 38 закрыты.

В случае остановки станции по причине образования в ее гидравлической системе газовой пробки, нарушающей нормальную работу центробежного насоса шурфовой насосной установки 2, 3, 4, открывают запорные элемент 15, 16, 19 и сбрасывают газ в дренажную емкость 10. В эту же емкость через предохранительный клапан 46 сбрасывают жидкость из сепаратора 8 при превышении давления в сепараторе заданного уровня, а также при остановке сепаратора 8 осуществляют дренаж с его входа через запорный элемент 21 и с его второго выхода через запорный элемент 38.

При заполнении дренажной емкости 10 производят откачку жидкости полупогружным насосом через обратный клапан 45 и открытый запорный элемент 22 в коллектор 1. Предусмотрена возможность откачки жидкости из дренажной емкости 10 через быстросъемное соединение в автоцистерны. Контроль уровня жидкости в дренажной емкости производят уровнемером с токовым выходом и датчиком верхнего уровня, а давление на выкиде насоса емкости 10 контролируют электроконтактным манометром. При заполнении дренажной емкости 10 до максимального уровня 1,6 м подается сигнал, а при опорожнении емкости до минимального уровня 0,3 м подается сигнал и отключается насос емкости.

Станция предназначена для сбора и транспортирования водогазонефтяной продукции нефтяных скважин при однотрубном транспортировании на центральный пункт сбора и подготовки нефти. Станция содержит коллектор 1, шурфовые насосные установки 2, 3, 4, гидроструйные насосы 5, 6, 7, сепаратор 8, измерительную установку 9, дренажную емкость 10, выходной напорный трубопровод 11, факельную линию 12, пункты 13 подключения тарировочно-поверочной установки, запорные элементы 14-38, обратные клапаны 39-45, предохранительный клапан 46, кран 47 с контролем протечек. Технический результат - повышение надежности и долговечности работы станции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Станция перекачки и сепарации многофазной смеси, которая содержит коллектор, шурфовые насосные установки, гидроструйные насосы, сепаратор, измерительную установку, дренажную емкость, выходной напорный трубопровод, запорные элементы, обратные клапаны, предохранительный клапан, кран с контролем протечек, а также пункты подключения тарировочно-поверочной установки, при этом выход коллектора через соответствующие последовательно включенные запорный элемент и обратный клапан гидравлически связан с пассивным входом каждого гидроструйного насоса, выход каждой шурфовой насосной установки гидравлически связан с активным входом соответствующего гидроструйного насоса, выход каждого гидроструйного насоса через соответствующие последовательно включенные запорный элемент и обратный клапан гидравлически связан с входом сепаратора, гидравлически связанным в свою очередь через соответствующий запорный элемент с выходом коллектора и через другой соответствующий запорный элемент с входом дренажной емкости, первый выход сепаратора гидравлически связан через последовательно включенные запорные элементы и кран с контролем протечек с входом измерительной установки и через предохранительный клапан с входом дренажной емкости, второй выход сепаратора гидравлически связан через соответствующий запорный элемент с входами шурфовых насосных установок и через другой соответствующий запорный элемент с входом дренажной емкости, выход которой через соответствующие последовательно включенные обратный клапан и запорный элемент гидравлически связан с входом коллектора, выход измерительной установки гидравлически связан через соответствующий запорный элемент с выходным напорным трубопроводом и через другой соответствующий запорный элемент и кран с контролем протечек - с входом измерительной установки, а вход и выход крана с контролем протечек через соответствующие запорные элементы гидравлически связаны с пунктами для подключения тарировочно-поверочной установки.

2. Станция по п.1, в которой каждая шурфовая насосная установка снабжена запорным элементом, предназначенным для выпуска газа из установки в дренажную емкость.