Способ защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок и система для его реализации Российский патент 2021 года по МПК F17D3/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области подводной подготовки пластовой продукции к транспорту на надводные или береговые производственные объекты, а именно к системам и способам ликвидации жидкостных и гидратных пробок, возникающих в трубопроводах перекачки газожидкостных смесей, и может быть использовано в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В высокопроизводительных газоконденсатных добычных системах имеют место высокие скорости движения потока добываемого флюида, что может приводить к развитию неустановившегося режима течения потока, при котором в некоторых сечениях магистральной линии будет образовываться непропорционально большой процент жидкости в потоке, тогда как в других сечениях магистральной линии будет образовываться непропорционально большой процент газа в потоке. При некоторых обстоятельствах жидкостные участки потока могут увеличиваться в объеме и занимать все поперечное сечение трубопровода, образовывая так называемые жидкостные пробки, чередующиеся с газовыми областями потока. При этом в реальных магистральных трубопроводных системах возникновение и местоположение жидкостных пробок предсказать относительно трудно.

Кроме того, в газопроводах возможно выпадение гидратов, которые также могут увеличиваться в объеме и занимать все поперечное сечение трубопровода, образовывая так называемые гидратные пробки, чередующиеся с газовыми областями потока.

Жидкостные и гидратные пробки представляют собой большую проблему, так как при прохождении пробок через гидравлические тракты основного технологического оборудования со скоростью газового потока, являющейся не типичной скоростью движения жидкости в трубопроводах, они способны вызывать недопустимые динамические инерционные нагрузки вследствие соударения пробок с ограничивающими стенками оборудования и трубопроводов или внутренними технологическими устройствами оборудования. Устранение или отделение пробок от газового потока без лишения компрессора требуемого количества газового потока является сложной задачей, поэтому способы и системы устранения пробок в газоконденсатном потоке применяются и располагаются в сечениях выше по потоку от основного технологического оборудования, что с технологической точки зрения обеспечивает сокращение образования и распространения пробок, но предполагает наличие дополнительной обособленной площадки расположения этих систем. Несмотря на предпринимаемые меры по недопущению распространения пробок, при определенных обстоятельствах они все же достигают сечения расположения основного технологического оборудования, например, компрессорного, насосного, сепарационного, охладительного, емкостного.

Из существующего уровня техники известны различные типы пробкоуловителей, общий принцип которых основан на обеспечении буферного объема, достаточного для вмещения максимально возможного объема пробок, образовавшегося в исследуемой трубопроводной системе за определенный промежуток времени. Подобные пробкоуловители зачастую имеют высокие массогабаритные характеристики, и реализация данных устройств в условиях подводного применения является нецелесообразной ввиду стремления разработчиков минимизировать площадь, занимаемую оборудованием систем подводной добычи. Необходимость обеспечения надежности при воздействии высоких скачков давления вследствие динамических инерционных нагрузок при соударении пробок о стенки сосудов под давлением в сочетании с высокими значениями диаметра корпусов этих сосудов влечет за собой значительное увеличение толщины стенки корпусов сосудов под давлением и, соответственно, увеличение массы пробкоуловителей. Масса оборудования, наряду с его габаритами, имеет важный технический аспект в вопросах поставки оборудования к месту установки и операций монтажа и демонтажа оборудования, поэтому разработчики стремятся минимизировать массу оборудования систем подводной добычи. Таким образом, основным требованием при проектировании систем устранения пробок является минимизация массогабаритных характеристик с обеспечением максимально возможной эффективности работы этих систем, что выражается в актуальности разработки систем отвода жидкостных и гидратных пробок из подводящей линии подводного технологического оборудования на основе перепускной трубопроводной арматуры.

Так, из существующего уровня техники известна система многофазного разделения, раскрытая в документе US 9371724 B2 (опубликован 21.06.2016). Известная система включает в себя входную линию, выполненную с возможностью подачи многофазного флюида и содержащую ряд ответвлений, выполненных с возможностью снижения скорости многофазного флюида и подачи многофазного флюида в распределительный коллектор. Распределительный коллектор выполнен с возможностью направления многофазного флюида в несколько нижних труб, причем каждая из нижних труб включает в себя зону расширения. Система также включает в себя несколько верхних труб, ответвляющихся от нижних труб. Зоны расширения выполнены с возможностью понижения давления внутри нижних труб, чтобы обеспечить истечение жидкостей, которые уносятся газовыми потоками, из верхних труб через соответствующие сливные перемычки.

Известная из упомянутого документа система позволяет эффективно отделять жидкость из газожидкостного потока при расслоенном и расслоено-волновом режимах движения газожидкостного потока. Вместе с тем, при наличии жидкостной пробки большой протяженности известная система будет полностью заполнена жидкостью, включая газовые тракты системы, что приведет к чрезмерной перегрузке сепарационного и компрессорного оборудования по жидкостной нагрузке. При этом попытки увеличения диаметров и размеров линий данной системы многофазного разделения приведут к увеличению толщины стенки трубопроводов и совокупному увеличению массогабаритных характеристик, что нецелесообразно ввиду подводной специфики использования данной системы.

Анализ наземных аналогов, применяемых на наземных установках подготовки пластовой продукции, а также результаты предварительных расчетов на усредненные параметры добычи на газоконденсатных месторождениях показали, что размеры подобных систем могут составлять десятки метров в длину, количество линий разделения может составлять от шести до нескольких десятков единиц, при этом диаметр линий разделения может доходить до величины, составляющей более чем два метра.

Также, при наличии преимущественно газового потока на каком-либо из режимов система будет полностью заполнена газом, включая жидкостные тракты системы, что приведет к чрезмерной перегрузке насосного оборудования по содержанию газовой фазы и, как следствие, к аварийному останову насосного оборудования.

И наконец, наличие большого количества разветвлений и участков резкого изменения направления движения потока в известной системе негативно влияет на ее устойчивость к динамическим инерционным нагрузкам вследствие прохождения и соударения жидкостных пробок со стенками трубопроводов данной системы при скорости, равной скорости движения газового потока (типовые максимально-допустимые скорости движения флюида в магистральном трубопроводе составляют: для газа - 20 м/с, для жидкости - 3 м/с).

Кроме того, из существующего уровня техники известна компактная турбокомпрессорная система с усовершенствованной обработкой пробкового потока, раскрытая в документе US 20130112277 А1 (опубликован 09.05.2013).

Известная система предназначена для применения совместно с компрессором, причем указанная система включает в себя детектор для обнаружения пробок в потоке многофазного флюида в основной подводящей линии, компрессор, гидравлически связанный с основной подводящей линией и расположенный ниже по потоку от детектора для обнаружения пробок, и байпасную линию, гидравлически связанную с основной подводящей линией до компрессора и основной отводящей линией ниже по потоку от компрессора. Известная система дополнительно включает в себя управляющий клапан выше по потоку, гидравлически связанный с основной линией выше по потоку от компрессора и соединенный с детектором для обнаружения пробок. Управляющий клапан выше по потоку выполнен с возможностью срабатывания между нормальным положением, в котором флюид направляют в компрессор, и положением байпаса, в котором флюид направляют в байпасную линию при обнаружении пробок детектором.

Известная из упомянутого документа система позволяет эффективно обнаруживать и обрабатывать пробковый поток с одновременным обеспечением снижения площади, занимаемой турбокомпрессорной системой.

Вместе с тем, отсутствие стабильного общего расхода газоконденсатного потока ниже по потоку от компрессорной станции ввиду перекрытия части потока на основной подводящей линии, отбора части газа с выхода компрессора антипомпажным контуром для работы компрессора «на себя», отсутствие требуемой движущей силы для закачки отделенного конденсатного потока в выходной трубопровод приводит к неполноценному заполнению магистрального трубопровода ниже по потоку от компрессорной станции. Отсутствие стабильного общего расхода влечет за собой возникновение неустановившегося режима работы перекачивающей системы и ряда связанных с этим технических проблем: в магистральном трубопроводе могут возникнуть нережимные параметры течения, приводящие к пробкообразованию, гидратообразованию, пульсациям расхода, чрезмерным перегрузкам по давлению; на основном технологическом оборудовании объекта-потребителя, например, относящемся к установке комплексной подготовки газа, могут возникнуть перегрузки по основным режимным параметрам и аварийный останов этого оборудования.

Также, известная система не обеспечивает равномерную работу компрессорного оборудования, так как при перепуске пробок по байпасной линии в обход компрессора основная линия подпитки компрессора перекрывается. При этом приведение антипомпажного клапана компрессора в открытое положение не обеспечивает необходимого количества рабочей среды во входной линии компрессора ввиду разных значений показателей: производительности антипомпажной линии и требуемой производительности подводящей линии компрессора. Работа компрессора при использовании в качестве входного потока компрессора только потока с выхода компрессора, без дополнительного поступления более холодного потока с подводящей линии станции, приводит к сильному нагреву циркулируемого газа. Работа компрессора на заниженном количестве входного потока и перегрев этого потока приведут к незамедлительному аварийному останову компрессорного оборудования или развитию помпажа компрессора, сопровождающегося высокими знакопеременными неустановившимися динамическими нагрузками на компрессорное и сопряженное оборудование.

Кроме того, в вариантах осуществления известной системы без насоса в линии отвода конденсата пробка не способна перетекать с линии входа компрессорного оборудования в линию выхода компрессорного оборудования самонагруженным способом по байпасной линии ввиду значительной величины противодавления, которое имеет место в выходной линии за счет нагнетающей способности компрессора.

В варианте осуществления известной системы с наличием аккумулятора конденсата с насосом, который используется в качестве необходимой движущей силы для закачки отделенного конденсатного потока в выходной трубопровод для полноценного заполнения магистрального трубопровода ниже по потоку от компрессорной станции, данное оборудование (аккумулятор конденсата и насос) устанавливается на линии отвода пробок и подвергается недопустимым динамическим инерционным нагрузкам вследствие соударения пробок с ограничивающими стенками оборудования и внутренними технологическими устройствами насосного и емкостного оборудования, в результате чего данное оборудование может выйти из строя.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок и системы для его реализации, посредством которых обеспечивается стабильная работа компрессорного оборудования без задействования его антипомпажного контура, а также поддержание общего расхода в отводящей линии компрессорной станции на заданном уровне во время перепуска жидкостных и гидратных пробок в обход основного технологического оборудования.

Еще одной проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок и системы для его реализации, посредством которых обеспечивается поступление отведенного потока, содержащего жидкостные и гидратные пробки, в отводящую линию компрессорной станции при любых параметрах жидкостных и гидратных пробок.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении или значительном увеличении продолжительности сохранения заданного расхода в отводящей линии компрессорной станции, обеспечении или значительном увеличении продолжительности стабильной работы компрессорного оборудования, обеспечении перепуска части транспортируемого потока, содержащей жидкостные и гидратные пробки, со входа компрессорной станции на выход компрессорной станции во время процесса срабатывания системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок, главным образом основанного на автоматическом перекрытии и открытии части основных технологических линий станции.

Указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что система защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок осуществляет автоматический перепуск пробок в отводящий трубопровод при наличии пробкового режима в подводящем трубопроводе, возврат системы в штатный режим работы при отсутствии пробкового режима и обеспечивает отсутствие недопустимых скачков давления и расхода в подводящем трубопроводе компрессорного оборудования при срабатывании системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок.

Более подробно, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что способ защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок содержит этапы, на которых:

получают информацию о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке посредством детектора пробок;

отправляют сигнал на закрытие нормально открытой трубопроводной арматуры на подводящем трубопроводе и сигнал на открытие первой нормально закрытой трубопроводной арматуры на линии отвода пробок с требуемыми задержкой начала срабатывания, скоростью срабатывания и временем окончательного срабатывания;

закрывают нормально открытую трубопроводную арматуру на подводящем трубопроводе и преимущественно одновременно открывают первую нормально закрытую трубопроводную арматуру на линии отвода пробок;

перепускают жидкостную или гидратную пробку через линию отвода пробок в отводящий трубопровод;

получают информацию о прохождении жидкостной или гидратной пробки во входном газоконденсатном потоке;

отправляют сигнал на обратное открытие нормально открытой трубопроводной арматуры на подводящем трубопроводе и сигнал на обратное закрытие первой нормально закрытой трубопроводной арматуры на линии отвода пробок с требуемыми задержкой начала срабатывания, скоростью срабатывания и временем окончательного срабатывания;

открывают обратно нормально открытую трубопроводную арматуру на подводящем трубопроводе и закрывают обратно первую нормально закрытую трубопроводную арматуру на линии отвода пробок.

Также, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что заявленный способ дополнительно содержит этапы, на которых:

после получения информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке посредством детектора пробок отправляют сигнал на открытие второй нормально закрытой трубопроводной арматуры на линии интенсификации притока газа на вход компрессора с требуемыми задержкой начала срабатывания, скоростью срабатывания и временем окончательного срабатывания;

открывают вторую нормально закрытую трубопроводную арматуру на линии интенсификации притока газа на вход компрессора;

направляют дополнительный газовый поток из буфера газа на вход компрессора для компенсации сниженного расхода газа в результате закрытия нормально открытой трубопроводной арматуры на подводящем трубопроводе;

после получения информации о прохождении жидкостной или гидратной пробки во входном газоконденсатном потоке отправляют сигнал на обратное закрытие второй нормально закрытой трубопроводной арматуры на линии интенсификации притока газа на вход компрессора с требуемыми задержкой начала срабатывания, скоростью срабатывания и временем окончательного срабатывания;

закрывают обратно вторую нормально закрытую трубопроводную арматуру на линии интенсификации притока газа на вход компрессора.

Кроме того, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что система защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок содержит: подводящий трубопровод; отводящий трубопровод;

автоматическую систему управления трубопроводной арматурой, выполненную с возможностью поддержания работы подводного технологического оборудования;

детектор пробок, размещенный на подводящем трубопроводе и выполненный с возможностью определения информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке;

нормально открытую трубопроводную арматуру, расположенную на подводящем трубопроводе; линию отвода пробок;

первую нормально закрытую трубопроводную арматуру, расположенную на линии отвода пробок; причем

нормально открытая трубопроводная арматура выполнена с возможностью перехода из нормально открытого положения, в котором при штатном режиме работы подводящий трубопровод открыт, в положение перекрытия подводящего трубопровода, в котором при определении информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке подводящий трубопровод перекрыт, и обратно; а

первая нормально закрытая трубопроводная арматура выполнена с возможностью перехода из нормально закрытого положения, в котором при штатном режиме работы линия отвода пробок перекрыта, в положение открытия линии отвода пробок, в котором при информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке линия отвода пробок открыта,

причем указанное открытие линии отвода пробок осуществляется преимущественно одновременно с перекрытием подводящего трубопровода, при этом

величина открытия первой нормально закрытой трубопроводной арматуры находится в зависимости от величины закрытия нормально открытой трубопроводной арматуры таким образом, чтобы обеспечивать перепуск пробки из подводящего трубопровода в линию отвода пробок, и далее в отводящий трубопровод.

Дополнительно, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что заявленная система содержит линию интенсификации притока газа на вход компрессора и вторую нормально закрытую трубопроводную арматуру, расположенную на линии интенсификации притока газа на вход компрессора; причем вторая нормально закрытая трубопроводная арматура выполнена с возможностью перехода из положения, в котором при штатном режиме работы линия интенсификации притока газа на вход компрессора перекрыта, и положением открытия линии интенсификации притока газа на вход компрессора, в котором при информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке линия интенсификации притока газа на вход компрессора открыта для обеспечения выравнивания давления и расхода в подводящей линии компрессора, и обратно.

Наконец, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что заявленная система дополнительно содержит средства обеспечения перепуска пробки из подводящего трубопровода в линию отвода пробок, и далее в отводящий трубопровод.

В одном из вариантов осуществления указанные средства обеспечения перепуска пробки представляют собой эжектор и узел смешения газового и жидкостного потоков, установленные на отводящем трубопроводе.

В другом из вариантов осуществления указанные средства обеспечения перепуска пробки представляют собой насос откачки конденсата из сепаратора блока предварительной подготовки и емкость сбора конденсата, выполненную с возможностью обеспечения сбора конденсата из сепарационного оборудования блока предварительной подготовки, равномерной работы насоса и сбора жидкостных и гидратных пробок.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеуказанные преимущества изобретения станут более очевидными из нижеследующего описания предпочтительных вариантов его осуществления, данного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 показана схема подводной технологической установки без системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок;

на фиг. 2 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с первым из вариантов ее осуществления;

на фиг. 3 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии со вторым из вариантов ее осуществления;

на фиг. 4 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с третьим из вариантов ее осуществления;

на фиг. 5 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с четвертым из вариантов ее осуществления;

на фиг. 6 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с пятым из вариантов ее осуществления;

на фиг. 7 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с шестым из вариантов ее осуществления;

на фиг. 8 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с седьмым из вариантов ее осуществления;

на фиг. 9 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в общем виде;

на фиг. 10 показана схема реализации способа защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи описана система защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения.

В качестве примера, на фиг. 1 показана схема подводной установки, содержащей основное технологическое оборудование, которое подлежит защите от жидкостных и гидратных пробок посредством заявленной системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок. Подводная установка состоит из подводящего трубопровода (1), отводящего трубопровода (2), сепаратора (3), компрессора (4), оборудованного первой обратной трубопроводной арматурой (5) и антипомпажным клапаном (6), насоса (7), оборудованного второй обратной трубопроводной арматурой (8). Перекачиваемая среда поступает из подводящего трубопровода (1) в сепаратор (3), где происходит разделение входного потока на газовую и жидкую фазы, которые направляются в компрессор (4) и насос (7) соответственно. Газ в компрессоре (4) и жидкость в насосе (7) подвергаются нагнетанию с последующем объединением и направлением совместного потока в отводящий трубопровод (2). При этом, первая обратная трубопроводная арматура (5) предотвращает поступление в компрессор (4) жидкости и нагнетаемого газа, тогда как вторая обратная трубопроводная арматура (8) предотвращает поступление в насос (7) газа и нагнетаемой жидкости на всех режимах работы данной технологической установки. Антипомпажный клапан (6) компрессора (4) компенсирует недостаток входного потока компрессора (4) при переходных режимах его работы путем перепуска части нагнетаемого потока на вход компрессора (4).

На фиг. 2 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с первым из вариантов ее осуществления. Система встраивается в структуру основного технологического оборудования, показанную на фиг. 1, и состоит из детектора (9) пробок, автоматической системы (10) управления трубопроводной арматурой, нормально открытой трубопроводной арматуры (11), первой нормально закрытой трубопроводной арматуры (12) и второй нормально закрытой трубопроводной арматуры (13), линии (14) отвода пробок, эжектора (15), узла (16) смешения газового и жидкостного потоков, дополнительного буферного объема (17) сепаратора (3), линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4).

В данной системе реализован способ отвода жидкостных пробок посредством перекрытия нормально открытой трубопроводной арматуры (11) на подводящем трубопроводе (1) с одновременным открытием первой нормально закрытой трубопроводной арматуры (12) на линии (14) отвода пробок, перепуская тем самым жидкостные пробки в отводящий трубопровод (2) при помощи эжектора (15). При этом для выравнивания падающих значений давления и расхода в подводящей линии компрессора (4) предусмотрено открытие второй нормально закрытой трубопроводной арматуры (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4), соединенной с подводящей линией компрессора (4).

Эффективность перепуска жидкостных пробок зависит от времени и последовательности срабатывания нормально открытой трубопроводной арматуры (11), первой нормально закрытой трубопроводной арматуры (12) и второй нормально закрытой трубопроводной арматуры (13), а также от конструктивных параметров дополнительного буферного объема (17) сепаратора (3) и всасывающих характеристик эжектора (15).

В штатном режиме работы нормально открытая трубопроводная арматура (11) на подводящем трубопроводе (1) имеет нормально открытое положение, а первая нормально закрытая трубопроводная арматура (12) на линии (14) отвода пробок и вторая нормально закрытая трубопроводная арматуры (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4) имеют нормально закрытое положение. При перепуске жидкостной пробки нормально открытая трубопроводная арматура (11) на подводящем трубопроводе (1) закрывается в то время, как первая нормально закрытая трубопроводная арматура (12) на линии (14) отвода пробок и вторая нормально закрытая трубопроводная арматуры (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4) открываются.

Начало и время срабатывания нормально открытой трубопроводной арматуры (11), первой нормально закрытой трубопроводной арматуры (12) и второй нормально закрытой трубопроводной арматуры (13) обеспечиваются таковыми, чтобы нормально открытая трубопроводная арматура (11) на подводящем трубопроводе (1) полностью закрылась к моменту достижения жидкостной пробки сечения перепуска. Поэтому время срабатывания нормально открытой трубопроводной арматуры (11) на подводящем трубопроводе (1) не превышает времени прохождения начала жидкостной пробки (против хода движения потока) от детектора (9) пробок до сечения перепуска. Время сброса обеспечивает перепуск всей пробки в линию (14) отвода пробок, эжектор (15) и отводящий трубопровод (2). После перепуска нормально открытая трубопроводная арматура (11) на подводящем трубопроводе (1) переходит обратно в открытое положение за минимально возможное время, при котором скачки давления и расхода не превышают допустимых значений.

Работа первой нормально закрытой трубопроводной арматуры (12) на линии (14) отвода пробок синхронизирована с работой нормально открытой трубопроводной арматуры (11) на подводящем трубопроводе (1). В качестве базового варианта такой синхронизации принимается открытие площади проходного сечения первой нормально закрытой трубопроводной арматуры (12) на линии (14) отвода пробок за каждый временной интервал на величину закрытия площади проходного сечения нормально открытой трубопроводной арматуры (11) на подводящем трубопроводе (1) за этот же интервал.

Работа второй нормально закрытой трубопроводной арматуры (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4) также синхронизирована с работой нормально открытой трубопроводной арматуры (11) на подводящем трубопроводе (1). В качестве базового варианта такой синхронизации принято открытие площади проходного сечения второй нормально закрытой трубопроводной арматуры (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4) за каждый временной интервал на необходимую величину, с учетом величины закрытия площади проходного сечения нормально открытой трубопроводной арматуры (11) на подводящем трубопроводе (1) за этот интервал, а также с учетом пропускной способности параллельной линии из сепаратора (3) и скорости движения потока, которая влияет на задержку срабатывания второй нормально закрытой трубопроводной арматуры (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4).

Известно, что эжекторы, подкачивающие жидкую среду, эффективнее работают, если в качестве рабочей среды используется жидкость. Поэтому для обеспечения стабильной работы и повышения эффективности эжектора (15) и, следовательно, стабильного перепуска жидкостных пробок в отводящий трубопровод (2), используется узел (16) смешения газового и жидкостного потоков, который создает однородную газожидкостную смесь из жидкостного потока, поступающего с напорной линии насоса (7), и газового потока, поступающего с напорной линии компрессора (4).

После перепуска пробки нормально открытая трубопроводная арматура (11) на подводящем трубопроводе (1), первая нормально закрытая трубопроводная арматура (12) на линии (14) отвода пробок и вторая нормально закрытая трубопроводная арматуры (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4) переходят в нормальное положение за минимально возможное время, не вызывая при этом недопустимых скачков давления и расхода, при этом пропуск жидкой пробки или ее части в сепаратор (3) в процессе работы системы не происходит.

На фиг. 3 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии со вторым из вариантов ее осуществления, которая отличается от схемы, показанной на фиг. 2, наличием третьей обратной арматуры (19) на входной линии компрессора (4) после выходной линии сепаратора (3) и линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4), а также наличием четвертой обратной арматуры (20) на линии (14) отвода пробок между первой нормально закрытой трубопроводной арматурой (12) и эжектором (15). Наличие третьей обратной арматуры (19) и четвертой обратной арматуры (20) гарантированно обеспечивает нужное направление потоков на переходных режимах работы системы защиты от жидкостных пробок, то есть газовый поток антипомпажного контура через антипомпажный клапан (6) с напорной линии компрессора (4) не попадет в сепаратор (3), тогда как объединенный газожидкостной поток с напорной линии компрессора (4) и напорной линии насоса (7) не попадет в подводящий трубопровод (1). Данная схема повышает эффективность перепуска пробок и стабильность работы компрессора (4) на переходных режимах работы системы защиты от жидкостных пробок.

На фиг. 4 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с третьим из вариантов ее осуществления. В отличии от схемы на фиг. 3 данная схема содержит вместо сепаратора (3) (емкостного типа) с дополнительным буферным объемом (17) сепаратора (3) более компактный тип сепаратора, например, сверхзвуковой сепаратор (21) и буферную емкость (22), объем которой меньше объема сепаратора (3) емкостного типа. Данная схема снижает массогабаритные характеристики оборудования с одновременным сохранением эффективности сепарации.

На фиг. 5 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с четвертым из вариантов ее осуществления, которая позволяет повысить эффективность защиты технологического оборудования от гидратных пробок из-за наличия линии (23) обеспечения перетока гидратных пробок. Данная линия (23) обеспечения перетока гидратных пробок облегчает процесс перетока гидратов через эжектор (15) за счет подачи газожидкостной смеси с напорной линии после узла (16) смешения газового и жидкостного потоков в сечение перед всасывающим патрубком эжектора (15) на линии (14) отвода пробок, в результате чего газожидкостная смесь частично разрушает гидраты и способствует перетоку объединенной трехфазной смеси в отводящий трубопровод (2). Кроме того, на переходном режиме в условиях падения давления в напорной линии линия (23) обеспечения перетока гидратных пробок изменяет направление потока в сторону от линии (14) отвода пробок к напорной линии, и гидратная пробка попадает в напорную линию на вход рабочей среды эжектора (15), после чего беспрепятственно поступает в отводящий трубопровод (2). В результате обеспечивается перепуск гидратных пробок при срабатывании системы защиты на всех режимах работы системы, в том числе на переходных режимах.

На фиг. 6 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с пятым из вариантов ее осуществления. На данной схеме имеется блок (24) предварительной подготовки, который может содержать сепарационное, охладительное и другое оборудование, подлежащее защите от жидкостных пробок. В данном варианте осуществления в качестве средства обеспечения перепуска пробок в отводящий трубопровод (2) используется насос (25) откачки конденсата из сепаратора блока (24) предварительной подготовки, при этом средство обеспечения перепуска пробок в отводящий трубопровод (2) дополнительно содержит емкость (26) сбора конденсата, которая обеспечивает сбор конденсата из сепарационного оборудования блока (24) предварительной подготовки, равномерную работу насоса (25), сбор жидкостных и гидратных пробок и демпфирование динамических нагрузок от жидкостных и гидратных пробок, в результате чего насос (25) не испытывает чрезмерных динамических нагрузок от жидкостных и гидратных пробок и обеспечивает стабильное нагнетание жидкости, включая как отсепарированную жидкость из потока транспортируемой среды, так и жидкость, составляющую основную часть жидкостных и гидратных пробок. Равномерная работа компрессора (4) во время работы системы защиты от жидкостных и гидратных пробок обеспечивается наличием буферной емкости (27), которая заполняется при помощи линии (28) заполнения и непрерывного протока (предотвращения застаивания) газа, а также линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4). Данная схема исключает необходимость наличия эжектора (15), входящего в состав схем на фиг. 2-5, с одновременным сохранением способности перепуска жидкостных пробок любых размеров в обход основного технологического оборудования.

На фиг. 7 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с шестым из вариантов ее осуществления. Данная система является модернизацией системы, представленной на фиг. 6. Система оснащена дополнительной обратной арматурой, например, пятой обратной арматурой (29), шестой обратной арматурой (30), седьмой обратной арматурой (31) и восьмой обратной арматурой (32), как показано на фиг. 7. Наличие обратной арматуры (29)-(32) гарантированно обеспечит нужное направление потоков на переходных режимах работы системы защиты от жидкостных и гидратных пробок. Данная схема повышает эффективность перепуска пробок и стабильность работы компрессора (4) на переходных режимах работы системы защиты от жидкостных и гидратных пробок.

На фиг. 8 показана схема системы защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок в соответствии с седьмым из вариантов ее осуществления, которая отличается от системы, показанной на фиг. 7, наличием линии (33) отвода газовой фазы из емкости (26) сбора конденсата в блок (24) предварительной подготовки для охлаждения, сепарации и направления в компрессор (4). Также в данном варианте осуществления изобретения представлена линия (34) направления сконденсированного газа из буферной емкости (27) в подводящую линию насоса (25). Данная схема повышает эффективность работы системы защиты от жидкостных и гидратных пробок, поскольку минимизирует содержание жидкой фазы в трактах, предназначенных для перекачки газовой фазы и содержание газовой фазы в трактах, предназначенных для перекачки жидкой фазы.

Система защиты от жидкостных и гидратных пробок может применяться для любого технологического оборудования, требующего такой защиты, что схематично продемонстрировано на фиг. 9. В соответствии с этой схемой система включает в себя детектор (9) пробок, автоматическую систему (10) управления трубопроводной арматурой, нормально открытую трубопроводную арматуру (11), первую нормально закрытую трубопроводную арматуру (12), линию (14) отвода пробок. При этом автоматическая система (10) управления трубопроводной арматурой связана с системой поддержания стабильной и эффективной работы основного технологического оборудования (35), которая, например, может быть реализована как показано на фиг. 2-8 и в описании к фиг. 2-8.

Сущность способа защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок проиллюстрирована на фиг. 10. Упомянутый способ содержит этапы, на которых:

накапливают буферный объем газа;

обеспечивают поток некоторой части газа через буфер газа для недопущения длительного застаивания объема газа в буфере газа;

обеспечивают получение однородной газожидкостной смеси в напорной линии посредством узла (16) смешения газового и жидкостного потоков;

получают информацию о наличии жидкостной или гидратной пробки во входном газоконденсатном потоке;

получают информацию о размере пробки;

получают информацию о скорости движения пробки;

отправляют сигнал на закрытие нормально открытой трубопроводной арматуры (11) на подводящем трубопроводе (1) с требуемой задержкой начала закрытия, требуемой скоростью закрытия и требуемым временем окончательного закрытия;

закрывают нормально открытую трубопроводную арматуру (11) на подводящем трубопроводе (1);

отправляют сигнал на открытие первой нормально закрытой трубопроводной арматуры (12) на линии (14) отвода пробок с требуемой задержкой начала открытия, требуемой скоростью открытия и требуемым временем окончательного открытия;

открывают первую нормально закрытую трубопроводную арматуру (12) на линии (14) отвода пробок;

отправляют сигнал на открытие второй нормально закрытой трубопроводной арматуры (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4) с требуемой задержкой начала открытия, требуемой скоростью открытия и требуемым временем окончательного открытия;

открывают вторую нормально закрытую трубопроводную арматуру (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4);

перепускают жидкостную или гидратную пробку через линию (14) отвода пробок и средство обеспечения перепуска пробок в отводящий трубопровод (2);

направляют дополнительный газовый поток из буфера газа на вход компрессора (4) для компенсации сниженного расхода газа в результате закрытия нормально открытой трубопроводной арматуры (11) на подводящем трубопроводе (1);

получают информацию о прохождении (отсутствии) жидкостной или гидратной пробки во входном газоконденсатном потоке;

отправляют сигнал на открытие нормально открытой трубопроводной арматуры (11) на подводящем трубопроводе (1) с требуемой задержкой начала открытия, требуемой скоростью открытия и требуемым временем окончательного открытия;

открывают нормально открытую трубопроводную арматуру (11) на подводящем трубопроводе (1);

отправляют сигнал на закрытие первой нормально закрытой трубопроводной арматуры (12) на линии (14) отвода пробок с требуемой задержкой начала закрытия, требуемой скоростью закрытия и требуемым временем окончательного закрытия;

закрывают первую нормально закрытую трубопроводную арматуру (12) на линии (14) отвода пробок;

отправляют сигнал на закрытие второй нормально закрытой трубопроводной арматуры (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4) с требуемой задержкой начала закрытия, требуемой скоростью закрытия и требуемым временем окончательного закрытия;

закрывают вторую нормально закрытую трубопроводную арматуру (13) на линии (18) интенсификации притока газа на вход компрессора (4).

Необходимо понимать, что описанные выше для примера предпочтительные варианты осуществления изобретения не ограничивают объем настоящего изобретения. После ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области техники могут предложить множество изменений и дополнений к описанным вариантам осуществления, все из которых будут попадать в объем патентной защиты изобретения, определяемый нижеследующей формулой изобретения.

Предложены способ защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок и система для его реализации, содержащая подводящий трубопровод; отводящий трубопровод; автоматическую систему управления трубопроводной арматурой, выполненную с возможностью поддержания работы подводного технологического оборудования; детектор пробок, размещенный на подводящем трубопроводе и выполненный с возможностью определения информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке; нормально открытую трубопроводную арматуру, расположенную на подводящем трубопроводе; линию отвода пробок; первую нормально закрытую трубопроводную арматуру, расположенную на линии отвода пробок; причем нормально открытая трубопроводная арматура выполнена с возможностью перехода из нормально открытого положения, в котором при штатном режиме работы подводящий трубопровод открыт, в положение перекрытия подводящего трубопровода, в котором при определении информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке подводящий трубопровод перекрыт, и обратно; а первая нормально закрытая трубопроводная арматура выполнена с возможностью перехода из нормально закрытого положения, в котором при штатном режиме работы линия отвода пробок перекрыта, в положение открытия линии отвода пробок, в котором при информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке линия отвода пробок открыта, причем указанное открытие линии отвода пробок осуществляется преимущественно одновременно с перекрытием подводящего трубопровода, при этом величина открытия первой нормально закрытой трубопроводной арматуры находится в зависимости от величины закрытия нормально открытой трубопроводной арматуры таким образом, чтобы обеспечивать перепуск пробки из подводящего трубопровода в линию отвода пробок, и далее в отводящий трубопровод. Технический результат заключается в обеспечении или значительном увеличении продолжительности сохранения заданного расхода в отводящей линии компрессорной станции, обеспечении или значительном увеличении продолжительности стабильной работы компрессорного оборудования, обеспечении перепуска части транспортируемого потока, содержащей жидкостные и гидратные пробки, со входа компрессорной станции на выход компрессорной. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок, содержащий этапы, на которых:

получают информацию о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке посредством детектора пробок;

отправляют сигнал на закрытие нормально открытой трубопроводной арматуры на подводящем трубопроводе и сигнал на открытие первой нормально закрытой трубопроводной арматуры на линии отвода пробок с требуемыми задержкой начала срабатывания, скоростью срабатывания и временем окончательного срабатывания;

закрывают нормально открытую трубопроводную арматуру на подводящем трубопроводе и преимущественно одновременно открывают первую нормально закрытую трубопроводную арматуру на линии отвода пробок;

перепускают жидкостную или гидратную пробку через линию отвода пробок в отводящий трубопровод;

получают информацию о прохождении жидкостной или гидратной пробки во входном газоконденсатном потоке;

отправляют сигнал на обратное открытие нормально открытой трубопроводной арматуры на подводящем трубопроводе и сигнал на обратное закрытие первой нормально закрытой трубопроводной арматуры на линии отвода пробок с требуемыми задержкой начала срабатывания, скоростью срабатывания и временем окончательного срабатывания;

открывают обратно нормально открытую трубопроводную арматуру на подводящем трубопроводе и закрывают обратно первую нормально закрытую трубопроводную арматуру на линии отвода пробок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный способ дополнительно содержит этапы, на которых:

после получения информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке посредством детектора пробок отправляют сигнал на открытие второй нормально закрытой трубопроводной арматуры на линии интенсификации притока газа на вход компрессора с требуемыми задержкой начала срабатывания, скоростью срабатывания и временем окончательного срабатывания;

открывают вторую нормально закрытую трубопроводную арматуру на линии интенсификации притока газа на вход компрессора;

направляют дополнительный газовый поток из буфера газа на вход компрессора для компенсации сниженного расхода газа в результате закрытия нормально открытой трубопроводной арматуры на подводящем трубопроводе;

после получения информации о прохождении жидкостной или гидратной пробки во входном газоконденсатном потоке отправляют сигнал на обратное закрытие второй нормально закрытой трубопроводной арматуры на линии интенсификации притока газа на вход компрессора с требуемыми задержкой начала срабатывания, скоростью срабатывания и временем окончательного срабатывания;

закрывают обратно вторую нормально закрытую трубопроводную арматуру на линии интенсификации притока газа на вход компрессора.

3. Система защиты подводного технологического оборудования от жидкостных и гидратных пробок, содержащая:

подводящий трубопровод;

отводящий трубопровод;

автоматическую систему управления трубопроводной арматурой, выполненную с возможностью поддержания работы подводного технологического оборудования;

детектор пробок, размещенный на подводящем трубопроводе и выполненный с возможностью определения информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке;

нормально открытую трубопроводную арматуру, расположенную на подводящем трубопроводе;

линию отвода пробок;

первую нормально закрытую трубопроводную арматуру, расположенную на линии отвода пробок; причем

нормально открытая трубопроводная арматура выполнена с возможностью перехода из нормально открытого положения, в котором при штатном режиме работы подводящий трубопровод открыт, в положение перекрытия подводящего трубопровода, в котором при определении информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке подводящий трубопровод перекрыт, и обратно; а

первая нормально закрытая трубопроводная арматура выполнена с возможностью перехода из нормально закрытого положения, в котором при штатном режиме работы линия отвода пробок перекрыта, в положение открытия линии отвода пробок, в котором при информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке линия отвода пробок открыта,

причем указанное открытие линии отвода пробок осуществляется преимущественно одновременно с перекрытием подводящего трубопровода, при этом

величина открытия первой нормально закрытой трубопроводной арматуры находится в зависимости от величины закрытия нормально открытой трубопроводной арматуры таким образом, чтобы обеспечивать перепуск пробки из подводящего трубопровода в линию отвода пробок, и далее в отводящий трубопровод.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что указанная система дополнительно содержит линию интенсификации притока газа на вход компрессора и вторую нормально закрытую трубопроводную арматуру, расположенную на линии интенсификации притока газа на вход компрессора; причем

вторая нормально закрытая трубопроводная арматура выполнена с возможностью перехода из положения, в котором при штатном режиме работы линия интенсификации притока газа на вход компрессора перекрыта, и положением открытия линии интенсификации притока газа на вход компрессора, в котором при информации о жидкостной или гидратной пробке во входном газоконденсатном потоке линия интенсификации притока газа на вход компрессора открыта для обеспечения выравнивания давления и расхода в подводящей линии компрессора, и обратно.

5. Система по п. 3, отличающаяся тем, что указанная система дополнительно содержит средства обеспечения перепуска пробки из подводящего трубопровода в линию отвода пробок, и далее в отводящий трубопровод.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что средства обеспечения перепуска пробки представляют собой эжектор и узел смешения газового и жидкостного потоков, установленные на отводящем трубопроводе.

7. Система по п. 5, отличающаяся тем, что средства обеспечения перепуска пробки представляют собой насос откачки конденсата из сепаратора блока предварительной подготовки и емкость сбора конденсата, выполненную с возможностью обеспечения сбора конденсата из сепарационного оборудования блока предварительной подготовки, равномерной работы насоса и сбора жидкостных и гидратных пробок.