ШКАФ УПРАВЛЕНИЯ ФОНТАННОЙ АРМАТУРОЙ Российский патент 2020 года по МПК E21B34/16 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке устройств для автоматического управления технологическими процессами эксплуатации скважин месторождения углеводородного сырья, преимущественно газовых или газоконденсатных.

Известен способ управления фонтанной арматурой и устройство для его реализации, заключающийся в открытии/закрытии запорно-регулирующей арматуры путем подачи рабочего тела в механизмы приводов подземного клапана-отсекателя (далее - ПКО), боковой (далее - БЗ) и стволовой задвижек (далее - СЗ) при помощи шкафа управления (далее - ШУ). В качестве блока управления используют программно-технический комплекс с локальным пультом управления, содержащим монитор с сенсорным управлением для ввода команд в интерактивном режиме и локальной клавиатурой. За счет возможности вывода информации о состоянии оборудования фонтанной арматуры (далее - ФА) и ШУ на панель оператора и осуществления управления ФА в интерактивном режиме достигается повышенная надежность работы шкафа управления и упрощение его конструкции. (Патент РФ на изобретение №2453683, заявка: №2011103496/03, от 02.02.2011, МПК: Е21В 43/12, G05B 19/409 - прототип).

Шкаф управления указанного модуля обеспечивает заданный алгоритм работы всех клапанов в автоматическом режиме, заключающийся в открытии запорно-регулирующей арматуры в следующей последовательности: подземный клапан-отсекатель, стволовая задвижка, боковая задвижка, закрытие - в обратном порядке путем сброса давления из механизмов приводов подземного клапана-отсекателя, боковой и стволовой задвижек. Кроме этого, при помощи блока управления обеспечивают выполнение следующих функций: управление оборудованием фонтанной арматуры БЗ, СЗ, ПКО с помощью клапанов; формирование и вывод информации на панель оператора о состоянии оборудования ФА и станции; контроль исправности датчиков давления, датчиков температуры и электромагнитных клапанов; контроль уровня масла в гидробаке; формирование информации для представления на панели оператора; прием сигналов управления с панели оператора; обмен информацией с АСУ ТП.

Основными недостатками является значительная сложность монтажа, низкая надежность работы, связанная с большим количеством соединений элементов между собой, сложность управления фонтанной арматурой.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, повышение надежности работы шкафа управления и снижение затрат, связанных с обвязкой и эксплуатацией скважины.

Поставленная задача достигается тем, что в предложенном шкафу управления фонтанной арматурой, содержащем шкаф из листового металла, в котором смонтирована гидравлическая система для управления фонтанной арматурой и подземным клапаном-отсекателем скважины, содержащая приборы КиП и А, исполнительные механизмы, пилотные распределители низкого и высокого давления с приводом и с полостями входа, выхода и дренажа, установленными как по линии управления надкоренной и боковой задвижками, так и по линии управления подземным клапаном-отсекателем, причем в гидравлической системе установлены аккумуляторы давления, соединенные с баком гидравлической жидкости, насосами, регуляторами давления, мультипликаторами и трубопроводами для подачи гидравлической жидкости в исполнительные механизмы боковых и надкоренной задвижек, подземного клапана-отсекателя, согласно изобретению, корпус шкафа разделен, предпочтительно, на отсек управления с панелью оператора и отсек размещения основного гидравлического оборудования, причем внутри упомянутого шкафа смонтирована гидравлическая система для управления фонтанной арматурой и подземным клапаном-отсекателем скважины, содержащая приборы КиП и А, исполнительные механизмы, пилотные распределители низкого и высокого давления с приводом и с полостями входа, выхода и дренажа, установленными как по линии управления надкоренной и боковой задвижками, так и по линии управления подземным клапаном-отсекателем, причем в гидравлической системе установлены аккумуляторы давления, соединенные с баком гидравлической жидкости, насосами, регуляторами давления, мультипликатором и трубопроводами для подачи гидравлической жидкости в исполнительные механизмы боковой и надкоренной задвижек, подземного клапана-отсекателя, при этом гидроаппаратура линии регулирования давления гидравлической жидкости в исполнительных механизмах задвижек, подземного клапана- отсекателя, и гидроаппаратура логической линии шкафа управления, содержащая, преимущественно, клапан редукционный, клапан предохранительный, запорные игольчатые вентили основных линий и дренажа, обратные клапаны, смонтирована на одной гидравлической плите посредством стыкового и(или) катриджного монтажа, при этом в плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП.

В варианте исполнения, пилотные распределители низкого давления, входящие в логический контур управления скважиной и отслеживающие закрытие скважины при расплавлении плавких вставок при повышении или понижении давления в контуре клапанов контроля высокого и низкого давления, а также пилотные распределители низкого давления, определяющие последовательность открытия и ручного технологического или аварийного закрытия исполнительных механизмов задвижек и подземного клапана-отсекателя, объединены в один блок распределителей низкого давления, причем в упомянутом блоке распределители смонтированы на одной гидравлической плите посредством стыкового монтажа, при этом в плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП.

В варианте исполнения, основные клапаны управления и температурные предохранительные клапаны линии управления исполнительными механизмами задвижек и подземного клапана-отсекателя объединены в один блок распределителей высокого давления, причем в упомянутом блоке распределителей высокого давления клапаны управления и предохранительные температурные клапаны смонтированы на одной гидравлической плите посредством стыкового монтажа, при этом в плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП.

В варианте исполнения, в качестве клапанов контроля низкого и высокого давления применены трехлинейные двухпозиционные клапаны, причем упомянутые клапаны имеют отдельную входную линия, при этом выход с упомянутых клапанов сообщен с линией управления распределителем логического контура шкафа, а дренажная линия клапанов соединена с баком гидравлической жидкости.

В варианте исполнения, в качестве клапанов контроля низкого и высокого давления применены двухлинейные двухпозиционные клапаны, причем вход клапанов контроля низкого и высокого давления сообщен с линией управления распределителем низкого давления логического контура станции, а выход соединен с баком гидравлической жидкости.

Указанные существенные признаки в совокупности, характеризующие сущность предлагаемого изобретения, не известны в настоящее время для регулирующих устройств. Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам заявляемого изобретения, в ходе исследований не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «Новизна».

Существенные признаки предлагаемого изобретения не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений, с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».

В связи с тем, что предложенное техническое решение предназначено для использования в рамках реальной системы управления фонтанными арматурами куста скважин, изготовлено заявителем и прошло испытания с достижением заявляемого технического результата, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан главный вид модуля, на фиг. 2 - вид сверху на арматурный блок, крыша укрытия блока условно не показана, на фиг. 3 - арматурный блок, вид слева, на фиг. 4 - арматурный блок, вид справа, на фиг. 5 - шкаф управления, вид сверху, на фиг. 6 - вид А, пилотный распределитель низкого давления, на фиг. 7 - вид Б, пилотный распределитель высокого давления, на фиг. 8 - вид В, клапан редукционный, клапан предохранительный, вентиль запорный игольчатый, клапан обратный на плите гидравлической, на фиг. 9 - схема обвязки куста скважин с применением модуля, на фиг. 10 - схема обвязки фонтанной арматуры с применением модуля.

Работа предложенного шкафа управления рассмотрена совместно с работой арматурного блока, с которым и используется предложенный шкаф.

Основными составными частями являются:

1 - арматурный блок;

2 - шкаф управления фонтанными арматурами;

3 - общая рама;

4 - трубопроводы газа;

5 - трубопровод ингибитора коррозии;

6 - вентилируемое укрытие;

7 - запорно-регулирующая арматура;

8 - корпус шкафа;

9 - фонтанная арматура;

10 - пилотный распределитель низкого давления;

11 - пилотный распределитель высокого давления;

12 - надкоренная задвижка;

13 - боковая задвижка;

14 - аккумуляторы давления;

15 - бак гидравлической жидкости;

16 - насос;

17 - регулятор давления;

18 - мультипликатор давления;

19 - трубопроводы;

20 - клапан редукционный;

21 - клапан предохранительный;

22 - вентиль запорный игольчатый;

23 - клапан обратный;

24 - плита гидравлическая

Арматурный блок 1 и шкаф 2 управления фонтанными арматурами, соединены между собой и установлены на общей раме 3. Арматурный блок 1 выполнен в виде пространственной рамы из профилированного проката с установленными на ней трубопроводами газа 4 и ингибитора коррозии 5 и расположен в защитном вентилируемом укрытии 6. На упомянутых трубопроводах и раме размещена запорно-регулирующая арматура 7. Шкаф 2 управления фонтанной арматурой содержит корпус 8 шкафа из листового металла, с двойным слоем теплоизолирующего материала, и разделен на отсек управления с панелью оператора (не обозначен) и отсек размещения основного гидравлического оборудования (не обозначен). Внутри отсека размещения основного гидравлического оборудования смонтирована гидравлическая система для управления фонтанной арматурой 9 и подземным клапаном-отсекателем скважин (не обозначены), содержащая приборы КиП и А, исполнительные механизмы, пилотные распределители низкого 10 и высокого давления 11 с приводом и с полостями входа, выхода и дренажа, установленными как по линии управления надкоренной 12 и боковой 13 задвижками, так и по линии управления подземным клапаном-отсекателем. В гидравлической системе установлены аккумуляторы давления 14, соединенные с баком гидравлической жидкости 15, насосами 16, регуляторами давления 17, мультипликаторами 18 и трубопроводами 19 для подачи гидравлической жидкости в исполнительные механизмы надкоренной 12 и боковой 13 задвижек и подземного клапана-отсекателя. Гидроаппаратура каждой из линий регулирования давления гидравлической жидкости в исполнительных механизмах задвижек, подземного клапана - отсекателя, и гидроаппаратура логической линии шкафа управления скважины, содержащая, преимущественно, клапан редукционный 20, клапан предохранительный 21, запорные игольчатые вентили 22 основных линий и дренажа, обратные клапаны 23, смонтированы на одной гидравлической плите 24 посредством стыкового и (или) картриджного монтажа. В гидравлической плите 24 выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП.

В варианте исполнения, пилотные распределители 10 низкого давления, входящие в логический контур управления скважиной и отслеживающие закрытие скважины при расплавлении плавких вставок при повышении или понижении давления в контуре клапанов контроля высокого и низкого давления, а также пилотные распределители низкого давления, определяющие последовательность открытия и ручного технологического или аварийного закрытия исполнительных механизмов задвижек и подземного клапана-отсекателя, объединены в один блок распределителей низкого давления, причем в упомянутом блоке распределители смонтированы на одной гидравлической плите посредством стыкового монтажа, при этом в плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП.

В варианте исполнения, основные клапаны управления и температурные предохранительные клапаны линий управления исполнительными механизмами задвижек и подземного клапана-отсекателя объединены в один блок распределителей высокого давления, причем в упомянутом блоке распределителей высокого давления клапаны управления и предохранительные температурные клапаны смонтированы на одной гидравлической плите посредством стыкового монтажа, при этом в плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП.

В варианте исполнения, в качестве клапанов контроля низкого и высокого давления применены трехлинейные двухпозиционные клапаны, причем упомянутые клапаны имеют отдельную входную линия, при этом выход с упомянутых клапанов сообщен с линией управления распределителем логического контура шкафа, а дренажная линия клапанов соединена с баком гидравлической жидкости.

В варианте исполнения, в качестве клапанов контроля низкого и высокого давления применены двухлинейные двухпозиционные клапаны, причем вход клапанов контроля низкого и высокого давления сообщен с линией управления распределителем низкого давления логического контура станции, а выход соединен с баком гидравлической жидкости.

Предложенный шкаф управления может быть использован следующим образом.

Трубопроводы 4 газа и ингибитора коррозии 5 подсоединяются к фонтанной арматуре скважины и газосборному коллектору и устройству подачи ингибитора.

Предварительно в аккумуляторах давления 14, объединенных с баком гидравлической жидкости 15, насосами 16, регуляторами давления 17 и мультипликаторами давления 18 в насосно-аккумуляторную установку, создается давление гидравлической жидкости, используемой в станции управления в качестве рабочего тела. Использование аккумуляторов давления 14 позволяет поддерживать давление рабочего тела в системе управления в случае отключения шкафа управления от сети питания, как минимум, в течение двенадцати часов без закрытия приводов фонтанной арматуры и подземного клапана-отсекателя, а также позволит, при необходимости, выполнить одно открытие приводов фонтанной арматуры и подземного клапана-отсекателя.

Далее жидкость под давлением поступает через импульсные трубки 19 в исполнительные механизмы запорно-регулирующей арматуры скважины, причем открытие фонтанной арматуры, и арматуры, принадлежащей кусту скважин, для подачи пластового флюида из скважины в коллектор осуществляют в следующей последовательности: подземный клапан-отсекатель, боковая задвижка 13, надкоренная задвижка 12.

Добываемый пластовый флюид поступает со скважины в трубопроводы 4 и далее в газосборный коллектор. Расход флюида измеряют при помощи расходомеров газа. При понижении давления флюида в трубопроводе 4 ниже заданного, срабатывает пилотный клапан контроля низкого давления (не обозначен) и подает команду на закрытие скважины.

При повышении давления флюида в трубопроводе 4 выше заданного, срабатывает пилотный клапан контроля высокого давления (не обозначен) и подает команду на закрытие скважины.

Для исключения гидратообразования, в каждый трубопровод газа 4 подают ингибитор коррозии из трубопровода ингибитора коррозии 5, входящий в состав системы подачи ингибитора.

Закрытие указанной арматуры осуществляют в обратном порядке, с введением системы гидравлических блокировок, для обеспечения указанной последовательности.

Размещение факельных задвижек системы технологических и аварийных сбросов, преимущественно, на горизонтальные горелочные устройства, шлейфовых задвижек системы подачи добываемого пластового флюида в коллектор, на трубопроводах газа 4 в непосредственной близости от шкафа управления 2, предпочтительно, на одной общей раме 3 со шкафом управления 2, позволяет значительно сократить время на монтаж, настройку и испытания оборудования, существенно уменьшить площадь, необходимую для установки оборудования для обслуживания скважины. В этом случае все оборудование арматурного блока 1, в частности, факельные и шлейфовые задвижки, расходомеры, системы подачи ингибитора, шкаф управления 2, монтируются на одной общей раме 3, проверяются и испытываются в заводских условиях и в полной заводской готовности поставляется на место эксплуатации.

Автоматическая защита скважины при падении давления газа в трубопроводе и при пожаре осуществляется при помощи гидравлической системы защиты, срабатывающей от пилотного распределителя низкого давления и гидравлической плавкой вставки.

Динамику работы системы управления запорно-регулирующими арматурами определяют характеристиками аккумуляторов давления и регулировкой дросселей, установленных на линии подачи рабочей жидкости в приводы исполнительных механизмов, и подбирают таким образом, чтобы обеспечить безаварийное закрытие скважины в заданной последовательности.

Для контроля текущего состояния шкафа управления 2 и модуля в составе блока управления предусмотрены измерительные каналы аналоговых сигналов и каналы обработки дискретных сигналов для подключения первичных преобразователей и датчиков, входящих в систему управления шкафа и модуля, а также каналы для формирования управляющих воздействий на исполнительные органы.

Гидравлическая жидкость, используемая в качестве рабочего тела, после использования в исполнительных механизмах системы поступает для дальнейшего использования в бак гидравлической жидкости 15, размещенный в шкафу управления 2.

Проведенные авторами и заявителем испытания полноразмерного предложенного модуля обвязки скважин подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

Использование предложенного технического решения позволит повысить надежность работы запорно-регулирующей арматуры всей обвязки скважины и снизить затраты, связанные с обвязкой и эксплуатацией месторождений углеводородного сырья, преимущественно, газоконденсатного скважин.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке устройств для автоматического управления технологическими процессами эксплуатации скважин месторождения углеводородного сырья, преимущественно, газовых или газоконденсатных. Предложен шкаф управления фонтанной арматурой, содержащий шкаф из листового металла, в котором смонтирована гидравлическая система для управления фонтанной арматурой и подземным клапаном-отсекателем скважины. При этом корпус шкафа разделен на отсек управления с панелью оператора и отсек размещения основного гидравлического оборудования. Внутри упомянутого шкафа смонтирована гидравлическая система для управления фонтанной арматурой и подземным клапаном-отсекателем скважины, содержащая приборы КиП и А, исполнительные механизмы, пилотные распределители низкого и высокого давления с приводом и с полостями входа, выхода и дренажа, установленными как по линии управления надкоренной и боковой задвижками, так и по линии управления подземным клапаном-отсекателем, причем в гидравлической системе установлены аккумуляторы давления, соединенные с баком гидравлической жидкости, насосами, регуляторами давления, мультипликатором и трубопроводами для подачи гидравлической жидкости в исполнительные механизмы боковой и надкоренной задвижек, подземного клапана-отсекателя. Гидроаппаратура линии регулирования давления гидравлической жидкости в исполнительных механизмах задвижек, подземного клапана-отсекателя, содержащая, преимущественно, клапан редукционный, клапан предохранительный, запорные игольчатые вентили основных линий и дренажа, обратные клапаны, смонтирована на одной гидравлической плите посредством стыкового и (или) катриджного монтажа. В плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП. Пилотные распределители низкого давления, входящие в логический контур управления скважиной и отслеживающие закрытие скважины при расплавлении плавких вставок при повышении или понижении давления в контуре клапанов контроля высокого и низкого давления, а также пилотные распределители низкого давления, определяющие последовательность открытия и ручного технологического или аварийного закрытия исполнительных механизмов задвижек и подземного клапана-отсекателя, объединены в один блок распределителей низкого давления. В упомянутом блоке распределители смонтированы на одной гидравлической плите посредством стыкового монтажа, при этом в плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП. За счет возможности вывода информации о состоянии оборудования ФА и шкафа управления на панель оператора, осуществления управления ФА в интерактивном режиме и размещения оборудования арматурного блока в укрытии достигается повышенная надежность работы шкафа управления в целом и упрощение его конструкции и монтажа. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Шкаф управления фонтанной арматурой, содержащий шкаф из листового металла, в котором смонтирована гидравлическая система для управления фонтанной арматурой и подземным клапаном-отсекателем скважины, отличающийся тем, что корпус шкафа разделен на отсек управления с панелью оператора и отсек размещения основного гидравлического оборудования, причем внутри упомянутого шкафа смонтирована гидравлическая система для управления фонтанной арматурой и подземным клапаном-отсекателем скважины, содержащая приборы КиП и А, исполнительные механизмы, пилотные распределители низкого и высокого давления с приводом и с полостями входа, выхода и дренажа, установленными как по линии управления надкоренной и боковой задвижками, так и по линии управления подземным клапаном-отсекателем, причем в гидравлической системе установлены аккумуляторы давления, соединенные с баком гидравлической жидкости, насосами, регуляторами давления, мультипликатором и трубопроводами для подачи гидравлической жидкости в исполнительные механизмы боковой и надкоренной задвижек, подземного клапана-отсекателя, при этом гидроаппаратура линии регулирования давления гидравлической жидкости в исполнительных механизмах задвижек, подземного клапана-отсекателя, содержащая, преимущественно, клапан редукционный, клапан предохранительный, запорные игольчатые вентили основных линий и дренажа, обратные клапаны, смонтирована на одной гидравлической плите посредством стыкового и (или) катриджного монтажа, при этом в плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП, при этом пилотные распределители низкого давления, входящие в логический контур управления скважиной и отслеживающие закрытие скважины при расплавлении плавких вставок при повышении или понижении давления в контуре клапанов контроля высокого и низкого давления, а также пилотные распределители низкого давления, определяющие последовательность открытия и ручного технологического или аварийного закрытия исполнительных механизмов задвижек и подземного клапана-отсекателя, объединены в один блок распределителей низкого давления, причем в упомянутом блоке распределители смонтированы на одной гидравлической плите посредством стыкового монтажа, при этом в плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП.

2. Шкаф по п. 1, отличающийся тем, что основные клапаны управления и температурные предохранительные клапаны линии управления исполнительными механизмами задвижек и подземного клапана-отсекателя объединены в один блок распределителей высокого давления, причем в упомянутом блоке распределителей высокого давления клапаны управления и предохранительные температурные клапаны смонтированы на одной гидравлической плите посредством стыкового монтажа, при этом в плите выполнены соответствующие внутренние каналы для подвода, отвода гидравлической жидкости и дренажа, а также линии подключения КИП.

3. Шкаф по п. 1, отличающийся тем, что в качестве клапанов контроля низкого и высокого давления применены трехлинейные двухпозиционные клапаны, причем упомянутые клапаны имеют отдельную входную линию, при этом выход с упомянутых клапанов сообщен с линией управления распределителем логического контура шкафа, а дренажная линия клапанов соединена с баком гидравлической жидкости.

4. Шкаф по п. 1, отличающийся тем, что в качестве клапанов контроля низкого и высокого давления применены двухлинейные двухпозиционные клапаны, причем вход клапанов контроля низкого и высокого давления сообщен с линией управления распределителем низкого давления логического контура станции, а выход соединен с баком гидравлической жидкости.