насосная станция для перекачки многокомпонентной газосодержащей смеси

Формула изобретения

1. Насосная станция для перекачки многокомпонентной газосодержащей смеси, содержащая по крайней мере один насос, например винтовой насос, установленный на трубопроводе, отличающаяся тем, что вход насоса соединен магистралью с дополнительной емкостью зажижения, заполненной нефтеводяной смесью.

2. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что на магистрали установлен регулируемый клапан, выполненный с возможностью открытия при попадании на вход насоса газовой пробки или смеси с высоким газосодержанием, например, выполненный в виде электромагнитного клапана, электрически связанного через блок управления с термопарой, установленной на выходе насоса.

3. Насосная станция по п.2, отличающаяся тем, что привод регулируемого клапана выполнен в виде сильфона, полость которого при помощи капилляра сообщена с установленной на выходном участке трубопровода насоса герметичной камерой, заполненной жидкостью с высоким коэффициентом температурного объемного расширения.

4. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что емкость зажижения дополнительно соединена с выходом насоса с образованием циркуляционного контура.

5. Насосная станция по п.4, отличающаяся тем, что в циркуляционном контуре установлен холодильник.

6. Насосная станция по п.4, отличающаяся тем, что емкость зажижения выполнена в виде гидростатического сепаратора.

7. Насосная станция по п.6, отличающаяся тем, что в верхней части емкости зажижения расположен центробежный сепаратор.

8. Насосная станция по п.6, отличающаяся тем, что привод регулируемого клапана кинематически связан с поплавковым уровнемером, установленным внутри емкости зажижения.

9. Насосная станция по п.8, отличающаяся тем, что клапан установлен внутри емкости, а его привод связан штангой с поплавком.

10. Насосная станция по п.6, отличающаяся тем, что емкость зажижения содержит два выходных патрубка, установленных на разной высоте, один (верхний) из которых служит для выхода газа, а другой (нижний) - для жидкой фракции.

11. Насосная станция по п.10, отличающаяся тем, что емкость зажижения выполнена в виде щелевого расходомера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосным станциям для перекачивания многокомпонентных газожидкостных смесей, преимущественно продукции нефтяных скважин.

Известен способ перекачки продукции нефтяных скважин, включающий сепарацию многокомпонентной газосодержащей смеси перед поступлением в насосную станцию [Нефтепромысловое оборудование. Справочник. Под ред. Е.И.Бухаленко. - М.: Недра, 1990, стр.425].

Недостатком известного способа является необходимость в полном удалении газа от жидкой фракции при сепарации (сложность процесса), а также потеря газа и отрицательные экологические последствия при его сжигании в факельной установке.

Использование многофазных насосных станций имеет ряд преимуществ: 1) упрощенная и полностью герметичная система транспорта продукции скважин от места добычи до центрального пункта подготовки нефти (газа) независимо от его удаленности; 2) повышение дебита скважины (нефтеотдачи пласта) за счет снижения давления на устье скважины. При этом погружные скважинные насосы эксплуатируются в более выгодных технологических режимах; 3) уменьшение вредного воздействия на окружающую среду; 4) сокращение капитальных затрат на обустройство месторождения (отказ от строительства протяженных нефтесборных коллекторов и газопровода); 5) возможность эксплуатации скважин, а также месторождения в целом в экономически выгодных режимах за счет автоматического поддержания давления на входе насоса; 6) включение в общую систему обустройства месторождения зон или отдельных скважин (кустов), территориально удаленных или расположенных в труднодоступных местах; 7) возможность стопроцентной утилизации газа начиная с первого дня эксплуатации месторождения.

Известны различные технические решения для нагнетания газожидкостной смеси: насосные установки, содержащие дозировочный и дожимной поршневые насосы, соединенные между собой посредством трубопровода и клапана [а.с. СССР №1339297, кл. F 04 В 23/00, опубл. 23.09.87; а.с. СССР №1585545, кл. F 04 В 23/00, опубл. 15.08.90], насосные станции с предварительным разделением продукции нефтяных скважин перед станцией на нефть, воду и газ с последующим раздельным нагнетанием и смешением после станции [а.с. СССР №623049, кл. F 17 D 1/00, опубл. 1978; а.с. СССР №653481, кл. F 17 D 1/00, опубл. 1979, пат. РФ №2007659, кл. F 17 D 1/00, опубл. 1994].

Недостатками известных технических решений являются сложность конструкции, низкая надежность в работе и высокая стоимость насосных станций, реализующих указанные технические решения.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа насосная станция для перекачивания многофазных смесей, содержащая установленный на трубопроводе винтовой насос [П.Е. Амосов и др. Винтовые компрессорные машины. Л.: Машиностроение, 1977, стр.13].

Известная станция на основе винтового насоса проста по конструкции и в эксплуатации, надежна в работе, экономична (КПД до 75%). Однако при высоких газосодержаниях (60...100 об.%) и больших степенях повышения давления (5...10 раз и выше) ее КПД снижается до 20...30% и возникает недопустимо высокий перегрев винтового насоса из-за отсутствия жидкостного уплотнения и охлаждения в местах контакта винтов между собой и корпусом насоса.

Для устранения указанных недостатков предлагается насосная станция для перекачки газосодержащей нефти, содержащая установленный на трубопроводе винтовой насос, в которой согласно изобретению вход винтового насоса соединен магистралью с дополнительной емкостью зажижения, заполненной водонефтяной смесью.

При этом на магистрали может быть установлен регулируемый клапан, выполненный с возможностью открытия при попадании на вход насоса газовой пробки или смеси с высоким газосодержанием, например выполненный в виде электромагнитного клапана, электрически связанного через блок управления с термопарой, установленной на выходе насоса.

При этом привод регулируемого клапана может быть выполнен в виде сильфона, полость которого при помощи капилляра сообщена с установленной на выходном участке трубопровода насоса герметичной камерой, заполненной жидкостью с высоким коэффициентом температурного объемного расширения.

При этом емкость зажижения может быть дополнительно соединена с выходом насоса с образованием циркуляционного контура.

При этом в циркуляционном контуре может быть установлен холодильник.

При этом емкость зажижения может быть выполнена в виде гидростатического сепаратора.

При этом в верхней части емкости зажижения может быть расположен центробежный сепаратор.

При этом привод регулируемого клапана может быть кинематически связан с поплавковым уровнемером, установленным внутри емкости зажижения.

При этом клапан может быть установлен внутри емкости, а его привод связан штангой с поплавком.

При этом емкость зажижения может содержать два выходных патрубка, установленных на разной высоте, один (верхний) из которых служит для выхода газа, а другой (нижний) - для жидкой фракции.

При этом емкость зажижения может быть выполнена в виде щелевого расходомера.

Сопоставительный анализ заявляемой насосной станции с прототипом и с другими решениями в данной области техники показывает, что изложенная в патентной формуле совокупность признаков неизвестна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о ее соответствии критерию изобретения "новизна".

По мнению заявителя и авторов, совокупность изложенных в патентной формуле существенных признаков не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не видно влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков патентной формулы, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения второму критерию “изобретательский уровень”.

Соответствие предлагаемого решения критерию изобретения "промышленная применимость" видно из нижеприведенного примера конкретного выполнения насосной станции.

Изобретение иллюстрировано чертежом, на котором представлена функциональная схема насосной установки, выполненной с циркуляционным контуром и электромагнитным клапаном, управляемым от сигнала термопары, установленной на выходе насоса (зависимые пункты 2, 4 патентной формулы).

Позиции, указанные на схеме:

1 - трубопровод;

2 - винтовой насос;

3 - емкость зажижения;

4 - нефтеводяная смесь;

5 - циркуляционная магистраль;

6 - регулируемый клапан;

7 - электромагнит;

8 - электронный блок управления;

9 - термопара.

Насосная установка включает установленный на трубопроводе 1 винтовой насос 2, выход которого соединен с емкостью 3 зажижения, заполненной нефтеводяной смесью 4. Вход насоса 2 соединен с емкостью 3 магистралью 5 с образованием циркуляционного контура. На циркуляционной магистрали 5 установлен регулируемый (электромагнитный) клапан 6, электромагнит 7 которого через электронный блок управления 8 электрически связан с термопарой 9, размещенной на выходе насоса 2.

Работа насосной станции осуществляется следующим образом.

При включении винтового насоса 2 происходит перекачка газонефтяной смеси по трубопроводу 1. На выходе из насоса смесь попадает в емкость 3, в нижней части которой скапливается нефтеводяная фракция (смесь) 4. В случае попадания на вход насоса 2 газовой пробки или газонефтяной смеси с высоким (60...90 об.%) содержанием газа происходит нагрев смеси из-за адиабатического сжатия газа и снижения жидкостного охлаждения насоса 2. Этот нагрев регистрируется термопарой 9 на выходе из насоса 2 и приводит к срабатыванию электронного блока управления 8, электрический управляющий сигнал от которого подается на электромагнит 7 клапана 6. Клапан 6 открывается. Из емкости 3 водонефтяная смесь через открытый электромагнитный клапан 6 по магистрали 5 поступает на вход винтового насоса 2. Это обеспечивает восстановление КПД насоса и устраняет его перегрев.

Использование заявляемого изобретения позволяет снизить энергозатраты на перекачивание многокомпонентных нефтегазовых смесей винтовыми насосными станциями (практически до уровня энергозатрат раздельного транспортирования газовой фракции), сохранив при этом преимущества винтовых насосов (простота, возможность перекачивания смесей с содержанием газообразной фракции от 0 до 100%, высокие надежность, долговечность и удобство в работе). Отличительными особенностями насосной станции являются низкие капитальные и эксплуатационные расходы.