ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕВЕНТОРАМИ Российский патент 2023 года по МПК E21B33/03 E21B33/06 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в составе с агрегатом подъемно-ремонтным АПР-60/80 при обслуживании нефтяных и газовых скважин для дистанционного управления превентором, оснащенным гидравлическим приводом рабочих органов.

Известны система и способ управления подводной скважиной, включающие наземную установку, расположенную над множеством подводных скважин, расположенных в пределах круга наблюдения наземной установки. Несколько выкидных трубопроводов непосредственно соединяют, по меньшей мере, одну из множества подводных скважин с наземной установкой. На наземной установке размещены станция управления, гидроагрегат и инжекторный узел. Распределительный блок расположен на морском дне и соединен с каждой станцией управления, гидравлической силовой установкой и нагнетательной установкой через один или несколько шлангокабелей. Первый компонент устья скважины расположен на одной из подводных скважин и соединен с распределительным корпусом через один или несколько гибких выводов, которые обеспечивают электрическую, гидравлическую связь. Второй компонент устья скважины, расположен на другой из подводных скважин и соединен с распределительным корпусом через один или несколько гибких выводов, которые обеспечивают электрическую, гидравлическую связь. Станция управления предназначена для обеспечения функций управления первым и вторым компонентами устья скважины во время бурения, капитального ремонта и добычи (Патент № CN101680270B. Опубл. 2014-07-30).

Однако известная система управления предназначена для подводных скважин.

Известна распределенная система управления установкой ГНКТ и связанной с ней распределенной системой управления. Распределенная система управления обеспечивает коммуникационный мост через локальную панель управления между сетью не в реальном времени и сетью в реальном времени, такой как локальная сеть контроллера. Подходят как сети мягкого, так и жесткого реального времени, но предпочтение отдается жесткому реальному времени (Патент № KR101646301B1 Опубл. 2016-08-05).

Однако известное техническое решение имеет большие габариты, вес и размеры оборудования, не позволяет увеличивать давление потока масла.

Известна модульная, распределенная, извлекаемая подводная система управления ROV, соответствующая конфигурация пакета глубоководных подводных противовыбросовых превенторов и методы использования в блоке модульных противовыбросовых превенторов (ПВП) для использования под водой, содержит корпус, приспособленный для манипулирования дистанционно управляемым транспортным средством (ДУА), с упорной частью, приспособленной для приема в модуль управления блоком противовыбросового превентора. получатель. Управляющая электроника, приспособленная для управления заранее заданной функцией в отношении пакета противовыбросового превентора, расположена внутри корпуса и подключена к одному или нескольким управляемым устройствам с помощью интерфейса соединителя с мокрым соединением (Патент № US7222674. Опубл. 2007-05-29).

Однако известна модульная, распределенная, извлекаемая подводная система управления ROV предназначена для использования под водой и не позволяет её использование в наземных условиях.

Известен инструмент для активации противовыбросового превентора, содержащий одно или несколько соединений для получения гидравлической энергии от дистанционно управляемого транспортного средства («ДУА»), первый насос для повышения давления рабочей жидкости для противовыбросового превентора («ПВО»), второй насос для увеличения расхода рабочей жидкости и кондуктор для транспортировки рабочей жидкости к превентору. Инструмент быстро увеличивает давление и скорость потока жидкости, поступающей к превентору, и превентор может быть быстро закрыт (Заявка № US20130112420. Опубл. 2015-05-26).

Однако известный инструмент не позволяет уменьшить габариты, вес и размеры оборудования, увеличить давление потока масла и повысить надёжность управления превентором.

Известна система и способ создания дополнительной дубликации управления антихронной защитой, в котором устройство, обеспечивающее резервные или альтернативные пути потока вокруг неисправных компонентов управления противовыбросовым превентором с помощью удаленно установленного съемного соединения гидравлического шланга. По резервному пути потока рабочей жидкости для управления работой противовыбросового превентора подается гидравлическая жидкость переменного давления через запорный клапан, жестко соединенный с противовыбросовым превентором, по шлангу, соединенному с панелью вмешательства на противовыбросовом превенторе, и через клапан, который изолирует первичный поток и создает вторичный поток, обеспечивая непрерывную работу. Для повышения надежности резервные элементы переходят от запасного функционального узла противовыбросового превентора и жестко соединяются с противовыбросовым превентором ( Патент № EA018799B1. Опубл. 2013-10-30).

Однако известное техническое решение имеет достаточно большие габариты, вес и размеры оборудования, без возможности увеличения давления потока масла с учетом увеличение надёжности управления превентором.

Известна станция управления превентором, содержащая размещенные в закрытом корпусе гидравлический бак с рабочей жидкостью, соединенный с насосом, оснащенным электроприводом, пневмогидроаккумуляторы для накопления энергии с помощью сжатого азота; гидрораспределители для перенаправления потока в поршневую или штоковую полости гидроцилиндров плашек; клапаны обратные для предотвращения обратного хода масла из заряженных пневмогидроаккумуляторов; гидрораспределитель для переключения с режима подзарядки гидросистемы на режим обогрева превентора; блок безопасности с предохранительным клапаном и шаровым краном; блок гидроуправления; электрический нагреватель, закрепленный на стенке бака с рабочей жидкостью и связанный с двигателем и насосом превентора; ручной насос, включенный в напорную гидравлическую магистраль; электрическую цепь питания, включающую микроконтроллер для управления исполнительными элементами привода и связанный с блоком преобразования напряжения; основной пульт управления, на котором смонтированы органы управления гидрораспределителями и электрооборудованием; блок подключения быстроразъемных соединений гибких рукавов высокого давления; кронштейны для намотки рукавов высокого давления, закрепленные снаружи на стенке корпуса (Патент №RU 197550. Опубл. 13.05.2020).

Однако известная станция управления превентором не позволяет увеличить давление потока масла с сохранением надежности управления превентором.

Известна станция управления превентором содержит гидравлический бак с рабочим телом, соединенный с баком насос, оснащенный электроприводом , напорную гидравлическую магистраль , соединенную с насосом, гидрораспределители , подключенные к напорной гидравлической магистрали, гидравлические линии управления , подключенные к гидрораспределителям, электрическую цепь питания, электрическую линию управления, основной пульт управления и выносной пульт управления, на которых смонтированы органы управления гидрораспределителями и электрооборудованием. Параллельно механическим гидрораспределителям (м) установлены дублирующие электромеханические гидрораспределители (э), связанные по электрической линии управления электрическими переключателями. Выносной пульт управления содержит электрические переключатели и связан электрической линией управления низкого напряжения в пределах от 6 до 36 вольт с электромеханическими гидрораспределителями. Обеспечивается мобильное дистанционное управление подачей рабочего тела в гидравлические линии управления ( Патент № 170187. Опубл. 18.04.2017).

Однако известная станция управления превентором не позволяет осуществить увеличение давления потока масла с сохранением надёжности управления превентором.

Анализ выявленных источников информации показал отсутствие близкого аналога по отношению к признакам технического решения.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств, предназначенных для бурения, имеющих удобную в использовании конструкцию.

Технический результат проявляется в уменьшении габаритов, веса и размеров оборудования, в возможности увеличения давления потока масла с сохранением надёжности управления превентором.

Поставленный технический результат достигается тем, что электростанция гидравлического управления превентором, содержит прямоугольную раму, на которой закреплены металлические каркасы, расположенные попарно во взаимоперпендикулярных направлениях вдоль одной длинной стороны рамы и на ее противоположных коротких сторонах, и выполненные из взаимосоединенных стоек, на каждом каркасе размещены блоки электрических аккумуляторов, на второй длинной стороне рамы закреплен бак с рабочим телом в виде всесезонного масла, оснащенный модулем обогрева, перед баком расположен блок распределителей, связанный с баком и насосной гидравлической станцией высокого давления 25 МПа посредством гидравлических магистралей, блоки электрических аккумуляторов соединены с блоком электрического и электронного управления, связанным с блоком контроля и управления зарядом блока электрических аккумуляторных батарей, насосной станцией гидравлического высокого давления и блоком гидравлических распределителей, а также с выносным дублирующим блоком электрического и электронного управления с помощью электрических магистралей.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием и графическими материалами, на которых:

Фиг. 1 – показывает аксонометрию электростанции гидравлического управления превентором, согласно изобретению;

Фиг. 2 - характеризует принципиальную гидравлическую электрическую и электронную схему управления электростанцией;

Фиг. 3 - показывает общую компоновку станции управления превентором, в состав которой входит электростанции гидравлического управления.

Электростанция гидравлического управления превенторами (далее электростанция) содержит прямоугольную раму 1 (Фиг.1). На прямоугольной раме 1 закреплены металлические каркасы 2, 3, 4, 5. Каркасы 2 и 3, 4 и 5 расположены во взаимно перпендикулярных направлениях. Каркасы 2 и 5 расположены с противоположных коротких сторон рамы 1. Каркасы 3 и 4 расположены вдоль длинных сторон рамы 1.Каркасы 2-5 выполнены из взаимно соединенных металлических стоек. В каждом каркасе 2, 3, 4,5 размещены блоки электрических аккумуляторов, соответственно 6, 7, 8, 9. В каждом блоке может быть от одного (1) до трех (3) электрических аккумуляторов в зависимости от технологических задач станции управления превенторами. На второй длинной стороне рамы 1 закреплен бак 10 с рабочим телом в виде всесезонного масла. Бак 10 оснащен модулем обогрева 11. Перед баком 10 расположен блок распределителей 12, связанный с насосной станцией 13 гидравлической высокого давления 25 МПа. Электростанция оснащена шкафами 14 управления электросетями, взаимосвязанными с блоками электрических аккумуляторов 6, 7, 8, 9. На каркасе 4 закреплен кронштейн 15, на конце которого зафиксирована лампа 16 - LED освещения. Электростанция оснащена выносным пультом 17.

Управление электростанцией показано на структурной схеме, представленной на фигуре 2. В упомянутой схеме электрические аккумуляторы 6, 7, 8, 9 соединены с блоком 18 электрического и электронного управления , связанным с блоком 19 контроля и управления зарядом блока электрических аккумуляторных батарей 6-9, выносным дублирующим блоком 20 электрического и электронного управления, насосной станцией 13 гидравлического высокого давления, блоком 21 гидравлических (электромеханических) распределителей. Последний соединен с баком 10 и насосной станцией 13 гидравлической высокого давления. Кроме того насосной станцией 13 гидравлической высокого давления и блок 21 гидравлических и электромеханических распределителей взаимосвязаны напорной гидравлической магистралью 22. Бак 10 взаимосвязан с блоком 21 гидравлических (электромеханических) распределителей обратной гидравлической магистралью 23. Блок 21 гидравлических (электромеханических) распределителей соединен с превентором 24 кольцевым универсальным (ПУГ), превентором 25 плашечным сдвоенным (ПП2Г), превентором 26 срезным (ППГ), задвижками 27 и 28 шиберными с гидравлическим приводом (ЗМГ-1, ЗМГ-2), которые имеют возможность управления гидравлическим приводом двухстороннего действия, обеспечивающим закрытие задвижки при падении давления среды управления в цилиндре привода.

Стволовая часть выполнена из взаимосоединенных превенторов 24, 25, 26. Кроме того оснащена задвижками 27 и 28 шиберными с гидравлическим приводом.

Электростанция гидравлического управления превенторами (ЭГУП) предназначена для оперативного дистанционного управления превенторами и гидроуправляемыми задвижками и используется следующим образом.

Насосная станция 13 обеспечивает образование, аккумулирование и распределение рабочего тела в виде всесесознного масла под заданным давлением. ЭГУП состоит из двух взаимно сблокированных блоков управления — основного 18 и вспомогательного 20.

Все сборочные единицы основного блока 18 управления смонтированы на общей раме 1 и представляют собой компактный транспортабельный блок.

Электрическая часть пульта управления смонтирована на его корпусе, а панель управления электродвигателем расположена в ящике.

Электродвигатель привода насосной станции 13 имеет автоматическое управление по средствам датчиков давления и электромагнитных манометров. Регулировка осуществляется на давление включения электродвигателя и выключения на заданные параметры.

С основного блока 14 управления можно открывать и закрывать плашечные сдвоенные превенторы 25 и задвижки. Универсальный превентор 24 с основного блока управления можно только закрыть. Блок распределителей 12 основного блока управления (далее распределитель), управляющий универсальным превентором 24, подает масло в блокировочный цилиндр соответствующей рукоятки распределителя 12 на вспомогательном пульте и переводит ее в положение «закрыто» — универсальный превентор 24 закрывается. Блокировочный цилиндр — одностороннего действия, поэтому закрытый с основного блока управления универсальный превентор 24 открыть со вспомогательного блока управления невозможно. Для управления универсальным превентором 24, со вспомогательного блока управления, необходимо перевести рукоятку распределителя 9 основного блок управления в положение «открыто». Вспомогательный блок управления предназначен для управления превенторами 24, 25, 26 стволовой установки непосредственно с рабочего места бурильщика. Со вспомогательного блока управления 9 можно закрывать сдвоенные плашечные превенторы 25, открывать рабочую задвижку манифольда, закрывать и открывать универсальный превентор 24.

Гидравлическая насосная станция 13 высокого давления, энергию передает от блока аккумуляторных батарей (далее АКБ) 6, 7, 8, 9. АКБ 6-9 служат источником энергии в штатном режиме работы и в аварийном режиме при отключении от сети питания. Блоком электрического и электронного управления – 18, при понижении заряда блока АКБ 6 - 9, автоматически осуществляет зарядку блока АКБ 6-9 зарядным устройством (блоком) 19. Гидравлическая насосная станция 13 высокого давления, подает рабочую жидкость из масляного бака 10, в напорную гидравлическую магистраль 22. Далее рабочая жидкость поступает в блок гидравлических распределителей 21, оснащенными электромеханическими гидрораспределителями (усл. не показаны). Гидрораспределители связаны с органами управления потоком рабочей жидкости на управление гидроприводами превенторов 24, 25, 26. Управление гидроприводами превенторов 24, 25, 26 осуществляют блоком 21 гидравлических и электрических распределителей рукоятками и блоком 18 электрического и электронного управления кнопками. Выносной (дублирующий) блок 20 электрического и электронного управления, связывают с основным блоком 20 электрического и электронного управления. Блок 20 электрического и электронного управления является низковольтной (12-36 в) линией управления и дублирует органы управления и индикацию основного блока 20 электрического и электронного управления.

Использование блоков электрических аккумуляторы 6, 7, 8, 9 повышает давление подаваемого из бака 10 масла всесезонного.

Например: увеличение давления масла всесезонного в два раза приводит к:

- уменьшению площади поршней превенторов 24-28 также в два раза и при сохранении величины хода поршня приведёт к уменьшению объёма необходимого масла для цикла закрытия-открытия-закрытия, так же в два раза. Таким образом объём бака 10 с полуторакратным запасом масла, составит 536,5/2*1,5=402,5 л., что в 4,22 раза меньше бака при использовании пневмогидроаккумуляторов.

- уменьшению размеров, а значит и к уменьшению массы превенторов 24-28, входящих в сборку стволовой части. Особенно это будет заметно в превенторе 24 ПУГ - 350х70, т. к. наружный диаметр превентора 24 зависит от диаметра поршня превентора 24. Предварительный расчет показал уменьшение массы кольцевого превентора 24 в 1,5 раза, и составит 4700кг.

На плашечном превенторе 25 гидравлическом сдвоенном ПП2Г-350х70 увеличение давления скажется не сильно т. к. незначительно уменьшится расстояние между рядами плашек. Предварительный расчёт показал приблизительно 10% снижение массы превентора 25, и составит 7525кг.

Срезной превентор 26 чуть больше уменьшит свою массу приблизительно 20%, т. к. срезные усилия всецело зависят от диаметра и давления поступающего в поршни, привод плашки в открытом состоянии. Приблизительная масса срезного превентора 26 составит 4832кг.

Приблизительный расчёт ёмкости АКБ 6 - 9.

Как известно при смыкании плашек приходится преодолевать давление в скважине, а при размыкании работа практически не производится, по этому расчёт мощности произведем на закрытие. При двойном закрытии сдвоенного плашечного превентора 25 понадобится 45л при 28 МПа давлении по этому мощность потребляемая сдвоенным плашечным превентором 25 потребуется =45*28/60=21 кВт. В реальной жизни не всё давление в гидроцилиндрах преодолевает давление в скважине. При смыкании полное давление масла в гидроцилиндрах сдвоенного плашечного превентора 25 возникает при обжатии резины в самый последний момент хода штоков, по этому мощность, требуемая на закрытие будет меньшей, более точно можно будет сказать при расчёте превентора 25, но для предварительног расчёта примем 21кВт.

При сжимании уплотнительного элемента в кольцевом превенторе 24 (ПУГ) давление нарастает от 0 до 28МПа линейно. Для расчёта необходимой мощности гидропотока давление возьмём 14МПа, тогда мощность гидропотока на двойное закрытие кольцевого превентора 24 составит 78,5*14/60=18кВт.

Для срезного превентора 26 мощность гидропотока на двойной срез трубы составит 66,2*28/60=31кВт.

Поскольку цикл открытия превенторов 24 - 26 не требует затрат, тогда суммарная мощность на цикл «закрыть-открыть-акрыть» равна 21+18+31=70кВт.

Проведём приблизительную потребность гидравлической насосной станции 13 в гидронасосах высокого давления и их объёмные параметры.

Зададим скорость закрытия кольцевого превентора 24 равной 45 секундам. Объём масла 78,5/2=39,25л. Тогда скорость потока масла составит 39,25/45*60=52,3л/мин.

Зададим скорость закрытия одного яруса плашечного превентора 25 равной 30сек. Объём масла 22,5/2=11,25л. Тогда скорость потока масла составит 11,25/30*60=22,5л/мин.

Зададим скорость закрытия срезного превентора 26 равной 30сек. Объём масла 66,2/2=33,1л. Тогда скорость потока масла составит 33,1/30*60=66,2л/мин.

Предложенное изобретение позволяет уменьшить габариты и массу электростанции гидравлического управления превенторами, объём бака и рабочего тела в виде всесезонного масла (далее масла), габариты и массу превенторов и как следствие стволовой части превенторной сборки.

Кроме того предложенное техническое решение позволяет увеличить давление выдаваемого потока масла, надёжность управления превенторами.

Предложенное изобретение позволяет уменьшить стоимости электростанции гидравлического управления превенторами и стволовой части превенторной сборки, стоимости доставки вышеперечисленного оборудования к скважине.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в составе с агрегатом подъемно-ремонтным АПР-60/80 при обслуживании нефтяных и газовых скважин для дистанционного управления превентором, оснащенным гидравлическим приводом рабочих органов. Техническим результатом является уменьшение габаритов, веса и размеров оборудования, возможность увеличения давления потока масла с сохранением надёжности управления превентором. Заявлена электростанция гидравлического управления превентором, содержащая прямоугольную раму, на которой закреплены металлические каркасы, расположенные попарно во взаимоперпендикулярных направлениях вдоль одной длинной стороны рамы и на ее противоположных коротких сторонах и выполненные из взаимосоединенных стоек. На каждом каркасе размещены блоки электрических аккумуляторов. На второй длинной стороне рамы закреплен бак с рабочим телом в виде всесезонного масла, оснащенный модулем обогрева. Перед баком расположен блок распределителей, связанный с баком и насосной гидравлической станцией высокого давления 25 МПа посредством гидравлических магистралей. Блоки электрических аккумуляторов соединены с блоком электрического и электронного управления, связанным с блоком контроля и управления зарядом блока электрических аккумуляторных батарей, насосной станцией гидравлического высокого давления и блоком гидравлических распределителей, а также с выносным дублирующим блоком электрического и электронного управления с помощью электрических магистралей. 3 ил.

Электростанция гидравлического управления превентором, характеризующаяся тем, что содержит прямоугольную раму, на которой закреплены металлические каркасы, расположенные попарно во взаимоперпендикулярных направлениях вдоль одной длинной стороны рамы и на ее противоположных коротких сторонах и выполненные из взаимосоединенных стоек, на каждом каркасе размещены блоки электрических аккумуляторов, на второй длинной стороне рамы закреплен бак с рабочим телом в виде всесезонного масла, оснащенный модулем обогрева, перед баком расположен блок распределителей, связанный с баком и насосной гидравлической станцией высокого давления 25 МПа посредством гидравлических магистралей, блоки электрических аккумуляторов соединены с блоком электрического и электронного управления, связанным с блоком контроля и управления зарядом блока электрических аккумуляторных батарей, насосной станцией гидравлического высокого давления и блоком гидравлических распределителей, а также с выносным дублирующим блоком электрического и электронного управления с помощью электрических магистралей.