Способ распределения потоков рабочих сред на подводной технологической установке Российский патент 2025 года по МПК E21B43/36 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для сбора и распределения газожидкостных потоков, и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.

Известен способ, обеспечивающий движение и управления потоками флюида посредством разветвленной трубной системы с центральным стволовым корпусом обвязки фонтанной арматуры (RU 188422 U1, «ОБВЯЗКА ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ», патентообладатель - Акционерное общество «Научно-исследовательский институт резиновых покрытий и изделий» (RU), опубл. 11.04.2019).

Недостатком известного решения является то, что оно не оптимизировано для использования в составе манифольдов и используется в оборудовании подводной фонтанной арматуры. Конструкция обвязки не позволяет произвести распределение пластового продукта по потребителям. Также невозможным является сбор с нескольких скважин.

Известен способ, обеспечивающий разделение фаз флюида и повторную закачку плотного газа посредством модульной системы, которая содержит подводный сепаратор с входом для приема флюида из скважины, трубопровод газового потока от выпускного отверстия газового потока подводного сепаратора, бустерный насос, сообщающийся с выходом газового потока подводного сепаратора, трубопровод потока жидкости от выпускного отверстия потока жидкости подводного сепаратора, жидкостный бустер, сообщающийся с выпускным отверстием потока жидкости подводного сепаратора, при этом газовый поток направляется от подводного сепаратора к бустерному насосу, где давление газового потока повышается подпорным насосом и направляется в нагнетательную скважину (WO 2021209172 А1, «SUBSEA PHASE-SEPARATION AND DENSE GAS REINJECTION BY USING A PUMP», патентообладатель - VETCO GRAY SCANDINAVIA AS, опубл. 21.10.2021).

Недостатком известного изобретения является отсутствие возможности контроля объема жидкости в потоке добываемого флюида и высокие массогабаритные характеристики конструкции.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ разделения жидкости и газа, включающий в себя подачу скважинного потока к пробковому буферу (пробкоуловителю), установленному на морском дне, транспортировку скважинного потока из пробкового буфера в систему гравитационного разделения, разделение жидкости и газа путем распределения скважинного потока по ряду труб, которые расположены в нескольких плоскостях, тем самым обеспечивая направление газа в одной плоскости (уровне) и жидкости в одной или нескольких плоскостях (уровнях), и транспортировку газа и жидкости через соответствующие транспортные системы (US 8282711 В2, «Subsea installation and method for separation of liquid and gas», патентнообладатель - FMC Kongsberg Subsea AS, опубл. 10.09.2012).

Недостатком известного изобретения является то, что разделение потоков приводит к эффекту сепарации пластового продукта, что требует наличия отдельных трубопроводных систем распределения жидкой и газовой фракций. В верхней части трубопроводной системы идет газовая фракция, а жидкость скапливается в нижней части трубопроводной системы для последующей перекачки. При этом для полноценного разделения фракций используется динамическое оборудование, например, насосный агрегат. Наличие пробкового буфера (пробкоуловителя) и отдельной трубопроводной системы распределения жидкой фракции от газовой фракции усложняет конструкцию и делает ее более габаритной.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание способа распределения потоков рабочих сред на подводной технологической установке, позволяющего повысить ресурс работы системы сбора и распределения газожидкостных потоков и ее технологичность.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в уменьшении динамических воздействий на трубопровод вследствие прохождения жидкостных пробок.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе распределения потоков рабочих сред на подводной технологической установке, включающем в себя подачу газожидкостного потока в трубную обвязку за счет энергии газожидкостного потока через по меньшей мере один входной трубопровод, причем газожидкостной поток направляют в участок излива по меньшей мере одного входного трубопровода, расположенный в верхней части коллектора под углом с возможностью попадания под действием гравитационных сил газожидкостного потока в расположенный ниже по течению коллектор, имеющий большую площадь проходного сечения, чем площадь проходного сечения по меньшей мере одного входного трубопровода, в котором собирают газожидкостные потоки всей подводной технологической установки, смешивают их и уменьшают скорость потока, после чего газожидкостной поток распределяют по меньшей мере по одному выходному трубопроводу, имеющему меньшую площадь проходного сечения, чем площадь проходного сечения коллектора, при этом скопленную в нижней части коллектора жидкую фракцию сливают в застойную зону расположенного ниже по течению входного участка по меньшей мере одного выходного трубопровода, откуда происходит ее последующий вынос в виде жидкостной пробки.

При этом на входном участке по меньшей мере одного выходного трубопровода может быть установлена локальная тепловая изоляция.

Транспортировка пластового продукта осуществляется за счет энергии потока, поэтому при осуществлении способа распределения потоков рабочих сред на подводных технологических установках не требуется использование дополнительного оборудования, например, насосных агрегатов. Стоит также отметить, что входной трубопровод выполнен в форме прямой трубы.

В ходе эксплуатации газожидкостной поток поступает в трубопроводную обвязку через входной трубопровод, при этом количество входных трубопроводов может варьироваться в проектном диапазоне от одного до количества, которое обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 - конструкция трубопроводной обвязки;

фиг. 2 - вариант конфигурации трубопровода;

фиг. 3 - направление газожидкостного потока в трубопроводе.

Входной трубопровод (фиг.1, 2) состоит из трех основных участков -входной участок 1, запорная (или запорно-регулирующая) арматура 2 и участок 3 излива в коллектор 4, имеющий большую площадь проходного сечения, чем площадь проходного сечения входного трубопровода.

Входной трубопровод (позиции 1-3 на фиг. 1, 2) располагается выше коллектора 4 и выполнен в форме прямой трубы, то есть не предусматривает в своей конструкции ниши, выемки и других низких точек конструкции, которые могут способствовать накоплению жидкости и твердых включений.

Участок 3 излива в коллектор 4 располагается в верхней части коллектора 4 - под углом. Это необходимо для того, чтобы газожидкостной поток попадал в коллектор 4 под действием гравитационных сил и во входном трубопроводе не было застойных зон.

В коллекторе 4 производят сбор газожидкостных потоков для последующего распределения по выходному трубопроводу.

Количество выходных трубопроводов может варьироваться в проектном диапазоне от одного до количества, которое обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики.

Выходной трубопровод (фиг. 1, 2) состоит из трех основных участков - входного участка 5, запорной арматуры 6 и выходного участка 7.

В коллекторе 4 поток замедляется за счет увеличения диаметра, при этом происходит отделение жидкостной фракции от газожидкостного потока вследствие гидродинамических процессов. Жидкость скапливается в нижней части коллектора 4 и сливается в застойную зону входного участка 5 выходного трубопровода. Слив жидкости обеспечивается за счет слива скапливаемой жидкости из коллектора 4 во входной участок 5 выходного трубопровода под действием сил, возникающих вследствие гравитационных и гидродинамических воздействий. Таким образом происходит снижение объема накапливаемых жидкостей до максимального объема входного участка 5.

При условии пробкового режима эксплуатации (режим эксплуатации трубопровода, который отличается от нормального/проектного режима пропуском жидкостных пробок сложнопрогнозируемого объема, накопленного в другом оборудовании/скважинах, нижних точках подводящих/магистральных трубопроводов) за счет своей конструкции коллектор 4 обеспечивает разрушение жидкостных пробок, поступающих в оборудование по входным трубопроводам. Разрушение жидкостных пробок происходит за счет изменения направления газожидкостного потока из входного трубопровода через коллектор 4 в выходной трубопровод. В итоге, жидкостная пробка, попадая в коллектор 4, распределяется по объему коллектора 4.

Входной участок 5 выходного трубопровода располагается в нижнем секторе коллектора 4 таким образом, чтобы скапливаемая жидкость сливалась из нижней части коллектора 4 во входной участок 5 выходного трубопровода. Скорость потока в выходном трубопроводе за счет уменьшения проходного сечения относительно проводного сечения коллектора 4 способствует выносу накапливаемой жидкости. Чем больше жидкости собирается в застойной зоне входного участка 5, тем выше скорость газожидкостного потока, проходящего через этот участок, что, в свою очередь, увеличивает влияние потока на накопленную жидкость в виде увеличения интенсивности смешения в пограничном слое и, соответственно, вследствие увеличения энергии потока обеспечивается вынос жидкости вместе с газожидкостным потоком. Повышение скорости во входном участке 5 выходного трубопровода происходит вследствие уменьшения походного сечения при условии неизменного массового расхода газожидкостного потока.

Вынос накопленной жидкости происходит непрерывно в режиме эксплуатации. Вынос накопленной жидкости после открытия запорной арматуры 6 выходного трубопровода происходит в виде жидкостной пробки в рассчитанном (прогнозируемом) объеме. При условии закрытой запорной арматуры 6 выходного трубопровода жидкость накапливается в ограниченном объеме, который определяется длиной и диаметром входного участка 5 выходного трубопровода. Таким образом производится накопление прогнозируемого или расчетного объема жидкости, что позволяет избежать появления критичных объемов жидкостных пробок внутри оборудования, которые могут привести к выходу из строя динамического оборудования, работающего с газово-жидкостной средой.

Таким образом в коллекторе 4 не накапливаются большие объемы жидкости, что облегчает последующие операции по обслуживанию трубопровода и оборудования, в котором этот трубопровод используется, а также обеспечиваются стабильные гидрогазодинамические параметры при эксплуатации, что позволяет повысить ресурс работы и технологичность системы.

Снижение объема накапливаемых жидкостей в застойных зонах происходит за счет обеспечения повышенных скоростей в зонах скопления.

В условиях пониженных температур и высоких давлений в зонах насыщения газа водными фракциями может происходить образование гидратов. С целью защиты от возможных гидратных образований вокруг входного участка 5 выходного трубопровода размещается локальная тепловая изоляция, например, в виде нагревательные устройства 8. В качестве нагревательных устройств могут быть использованы, например, системы электрического обогрева.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для сбора и распределения газожидкостных потоков, и может быть использовано в нефтегазовой промышленности. Способ распределения потоков рабочих сред на подводной технологической установке включает в себя подачу газожидкостного потока в трубную обвязку за счет энергии газожидкостного потока через по меньшей мере один входной трубопровод. Газожидкостной поток направляют в участок излива по меньшей мере одного входного трубопровода, расположенный в верхней части коллектора под углом с возможностью попадания под действием гравитационных сил газожидкостного потока в расположенный ниже по течению коллектор, имеющий большую площадь проходного сечения, чем площадь проходного сечения по меньшей мере одного входного трубопровода, в котором собирают газожидкостные потоки всей подводной технологической установки, смешивают их и уменьшают скорость потока, после чего газожидкостной поток распределяют по меньшей мере по одному выходному трубопроводу, имеющему меньшую площадь проходного сечения, чем площадь проходного сечения коллектора. Скопленную в нижней части коллектора жидкую фракцию сливают в застойную зону расположенного ниже по течению входного участка по меньшей мере одного выходного трубопровода, откуда происходит ее последующий вынос в виде жидкостной пробки. Технический результат заключается в уменьшении динамических воздействий на трубопровод вследствие прохождения жидкостных пробок. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ распределения потоков рабочих сред на подводной технологической установке, включающий в себя подачу газожидкостного потока в трубную обвязку за счет энергии газожидкостного потока через по меньшей мере один входной трубопровод, отличающийся тем, что газожидкостной поток направляют в участок излива по меньшей мере одного входного трубопровода, расположенный в верхней части коллектора под углом с возможностью попадания под действием гравитационных сил газожидкостного потока в расположенный ниже по течению коллектор, имеющий большую площадь проходного сечения, чем площадь проходного сечения по меньшей мере одного входного трубопровода, в котором собирают газожидкостные потоки всей подводной технологической установки, смешивают их и уменьшают скорость потока, после чего газожидкостной поток распределяют по меньшей мере по одному выходному трубопроводу, имеющему меньшую площадь проходного сечения, чем площадь проходного сечения коллектора, при этом скопленную в нижней части коллектора жидкую фракцию сливают в застойную зону расположенного ниже по течению входного участка по меньшей мере одного выходного трубопровода, откуда происходит ее последующий вынос в виде жидкостной пробки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на входном участке по меньшей мере одного выходного трубопровода устанавливают локальную тепловую изоляцию.