EA031425B1

EA031425B1 - Насосная станция на базе горизонтального насосного комплекса и мультифазной насосной установки

Info

Publication number: EA031425B1
Application number: EA201800198A
Authority: EA
Inventors: Ильдар Мирзаевич Хайруллин; Альберт Дулфатович Багдатов; Ильдар Масгутович Замалиев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТатОйлПром"; Товарищество С Ограниченной Ответственностью "Татойл-Казахстан"
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2018-12-28
Also published as: EA201800198A1

Abstract

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения в нефтегазодобывающей промышленности для перекачки газожидкостных смесей различной вязкости и закачки различных вод с подземных и поверхностных источников. Технической задачей изобретения является защита оборудования от воздействия агрессивной внешней среды, большого перепада температур, снижение капиталовложений, сокращение сроков ввода в эксплуатацию новых объектов и увеличение рентабельности. Поставленная техническая задача решается насосной станцией, имеющей в своём составе горизонтальный насосный комплекс (агрегат) на основе мультифазного и центробежного насосов, установленных в одном блок-помещении. Насосная станция состоит из двух или более насосов с электроприводами, которые установлены на монтажной раме, блоков управления для каждого насоса, рабочего места оператора, а также входных и выходных линий. Предлагаемое изобретение отличается тем, что в состав насосной станции входит горизонтальный мультифазный насосный агрегат (МФНУ), имеющий приёмную и нагнетательную линию, для перекачки многофазной среды из добывающих скважин; горизонтальный центробежный насосный агрегат (ГНК), имеющий приёмную и нагнетательную линии, для закачки вод в нагнетательные скважины систем поддержания пластового давления нефтяных месторождений.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения в нефтегазодобывающей промышленности для перекачки газожидкостных смесей различной вязкости и закачки различных вод с подземных и поверхностных источников.

Извлечение из залежи пластовой нефти на поверхность осуществляется через систему добывающих скважин. Вместе с нефтью из недр добываются значительные объёмы пластовой воды как вытесняющего агента, попутный (нефтяной) газ, твёрдые частицы механических примесей (горных пород, затвердевшего цемента). Поэтому скважинная продукция нефтяных месторождений всегда представляет собой сложную многофазную многокомпонентную дисперсную систему.

Для сбора продукции скважин и доставки её до места назначения нефтяные месторождения обустраивают соответствующим оборудованием и системой трубопроводов, которые обеспечивают:

1) перекачку трёхфазной смеси (нефти, газа и воды) по отдельным трубопроводам до узла замера и учёта продукции;

2) разделение продукции скважин на жидкую и газовую составляющие;

3) транспортировку газа до пунктов подготовки или до потребителя;

4) транспортировку нефти до пунктов сбора продукции;

5) отделение и очистку водной фазы от нефти;

6) транспортировку воды до насосных станций;

7) закачку воды в нагнетательные скважины.

Уровень техники

Известны устройства [см. Каплан Л.С. Совершенствование технологии закачки воды в пласт Нефтяное хозяйство, 2001, № 7, с. 49-50], реализующие способ ППД путем закачки воды в нагнетательную скважину из специально пробуренного рядом с ней шурфа, в который спущен электроцентробежный насос (ЭЦН). К приёму ЭЦН через водовод низкого давления подается сточная или пресная вода, а выкид установки ЭЦН соединяется с нагнетательной скважиной. Устройство, реализующее способ ППД путём закачки воды через специально организованный шурф, требует капитальных затрат на строительство шурфа большого диаметра;

погружные центробежные насосы типа УЭЦН, используемые в шурфе, имеют ограниченность применения вследствие низкой производительности и коэффициента полезного действия (КПД);

коэффициент полезного действия (КПД) погружного центробежного насоса типа УЭЦН, используемого в шурфе, значительно уменьшается при работе в режимах, отличных от номинальных;

при использовании воды из водоводов высокого давления снижается надёжность работы насоса в шурфе и оборудования шурфа (при высоком давлении на приёме насоса снижается долговечность уплотнительных узлов и велики нагрузки на обсадную колонну шурфа).

Известна установка для внутрискважинной перекачки воды из нижнего пласта в верхний (см. И.И. Андреев и др. Межскважинная и внутрискважинная перекачка воды в системе поддержания пластового давления, ОАО ВНИИОЭНГ, 2006, стр. 107, рис. 3.3.6), содержащая перевернутый ЭЦН, у которого двигатель размещён выше насоса, и пакер, разделяющий пласты.

Недостатками установки являются сложность конструкции, невозможность обеспечения охлаждения двигателя при близком размещении водоносного и продуктивного пластов.

Известна насосная станция с одним или несколькими центробежными насосами типа ЦНС и двигателями, установленные в блок-помещении на монтажной раме, приёмный и напорный трубопроводы, байпасную линию, систему управления, рабочее место оператора (см. кн. Ивановского В.Н. и др. Оборудование для добычи нефти и газа, ч. 2, М., Нефть и газ, 2003, с. 477-494).

Недостатками данных насосных станций являются низкий КПД, сжатый рабочий диапазон Q-H характеристик, высокая потребляемая мощность, трудоёмкие монтажно-демонтажные работы, большая металлоёмкость, высокие эксплуатационные затраты.

Также известны способы перекачки продукции нефтяных скважин, включающие сепарацию многокомпонентной газосодержащей смеси перед поступлением в насосную станцию [Нефтепромысловое оборудование. Справочник. Под ред. Е.И. Бухаленко. М., Недра, 1990, стр. 425].

Недостатком данного 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 для перекачки продукции приводит к заметному уменьшению промысловых установок, что существенно снижает общие затраты на обустройство месторождений.

Основная особенность мультифазной технологии состоит в значительном снижении давления на устье скважины, что позволяет увеличить производительность данной конкретной скважины. При этом добытая неочищенная нефть сразу закачивается в трубопровод и направляется на установку подготовки нефти (УПН), где и происходит ее дальнейшее разделение на фракции. Отсутствие мультифазной установки приводит к строительству дожимной насосной станции (ДНС) и транспортировке её компонентов (нефти и газа) отдельно по разным трубопроводам до УПН и газокомпрессорной станции (ГКС). Нали

- 1 031425 чие мультифазной насосной установки позволяет осуществить транспортировку нефтегазовой жидкости с использованием только одной трубы. Смесь, проходя через мультифазную насосную станцию (МФНС), получает дополнительное давление и опять же по одной трубе попадает на УПН и далее на ГКС и узел учета нефти. При этом отпадает необходимость строить дорогостоящие сепараторные и газоперекачивающие станции, водоотделители и другое металлоемкое оборудование, что существенно уменьшает вредное воздействие на окружающую среду процесса нефтедобычи за счёт отсутствия необходимости сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках.

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 № 1585545, кл. F04E 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 [пат. РФ № 2007659, кл. F17D 1/00, опубл. 1994].

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

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению Насосная станция для перекачки жидкости и закачки воды» является горизонтальная мультифазная насосная установка на основе героторного насоса [RU 58150 U1, опубл. 10.11.2016 г., МПК Е21В 4/00], имеющая приёмную и нагнетательную линии, для перекачки многофазной среды из добывающих скважин.

Отличительной особенностью изобретения является то, что в состав насосной станции помимо мультифазной насосной установки (МФНУ) входит горизонтальный центробежный насосный агрегат (ГНК), имеющий приёмную и нагнетательную линии и предназначенный для закачки вод в нагнетательные скважины систем поддержания пластового давления нефтяных месторождений, установленных в одном блок-помещении.

Насосная станция состоит из двух или более насосов с электроприводами, которые установлены на монтажной раме, блоков управления для каждого насоса, рабочего места оператора, а также индивидуальных входных и выходных линий.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображена насосная станция с горизонтальным мультифазным и центробежным насосными агрегатами.

Насосная станция для перекачки жидкости и закачки воды содержит горизонтальный насосный комплекс центробежного типа 1 и мультифазный насосный комплекс 2, систему управления насосными комплексами 3, рабочее место оператора 4, приёмные линии 5 и 7, напорные линии 6 и 8, грузоподъёмное устройство 9, которые размещены в одном блок-помещении 10.

Горизонтальный насосный комплекс центробежного типа (ГНК) 1 состоит из насоса 11, узла разгрузки или приёмного модуля 12 (в зависимости от конструкции насоса 11), электродвигателя 13, монтажной рамы 14 и в зависимости от конструкции ГНК мультипликатора и блоков охлаждения.

Насос 11 представляет собой многоступенчатую и в общем случае многосекционную конструкцию, где количество секций колеблется от одного и более, соединённых последовательно или/и параллельно. Число и расположение секций зависит от объёмов нагнетаемой воды, от глубины залегания заводняемого пласта, его проницаемости и т.д.

Секция состоит из корпуса, вала, пакета ступеней (рабочих колёс и направляющих аппаратов), головки, основания, радиальных подшипников и в зависимости от конструкции насоса узлов осевой опоры.

Узел разгрузки (упорная камера) 12 предназначен для восприятия осевых сил, действующих на вал, возникающих от давления перекачиваемой среды. В камере установлены упорные подшипники, воспринимающие нагрузку осевого давления. Для защиты от перетечек перекачиваемой жидкости по валу и упорных подшипников в корпусе упорной камеры установлено торцевое уплотнение. К фланцу упорной камеры присоединена приёмная камера.

Модуль входной 12 предназначен для подвода перекачиваемой жидкости к насосу.

Электродвигатель 13 предназначен для преобразования подводимой электрической энергии в механическую (создание крутящего момента) и служит приводом насоса ГНК 1.

Мультипликатор предназначен для увеличения частоты вращения вала насоса и распределения крутящего момента между насосными секциями при их параллельной работе.

Блок охлаждения служит для охлаждения масла мультипликатора.

Монтажная рама 14 предназначена для размещения на ней узлов ГНК 1 и 2, обеспечивая их выравнивание и центровку.

Система управления 3 обеспечивает ручной и автоматический пуск, останов ГНК 1, контроль давления и защиту от перегруза или недогруза электродвигателя 13, возможность отключения ГНК по сигналам расходомера, автоматическое управление электрозадвижками при пуске и останове ГНК и т.д.

Приёмная линия 5 предназначена для подвода перекачиваемой среды к насосу от установки её подготовки. На приёмной линии могут быть установлены задвижки, фильтры грубой и тонкой очистки.

Напорная линия 6 предназначена для подачи перекачиваемой среды в нагнетательную скважину. На напорной линии могут быть установлены задвижки (в т.ч. электроуправляемые), клапан обратный и рас

- 2 031425 ходомер.

Грузоподъёмное устройство 9 предназначено для монтажа-демонтажа узлов ГНК 1 и 2.

Насосная система ГНК 1 работает следующим образом.

Рабочая среда по трубопроводу от установки подготовки воды поступает в приёмную линию 5 насосного агрегата ГНК 1, затем в узел разгрузки или входной модуль 12 и в насос 11, где вращающееся рабочее колесо сообщает круговое движение жидкости, находящейся между лопатками. Вследствие возникающей центробежной силы жидкость от центра колеса перемещается к внешнему выходу, а освободившееся пространство вновь заполняется жидкостью, поступающей под действием создаваемого разрежения. Из рабочего колеса жидкость забрасывается в направляющий аппарат, который по своим каналам направляет жидкость к центральной части следующего колеса. Вследствие такого принудительного отклонения потока жидкости, на внутренних стенках направляющего аппарата создается давление. Таким образом, скоростная энергия преобразуется в энергию давления. Далее рабочая жидкость через напорную линию 6 по трубопроводу под давлением подаётся в нагнетательную скважину.

Мультифазный горизонтальный насосный комплекс (МФНУ) 2 состоит из насоса 21, корпусаотвода 22, шпинделя 23, карданного вала 24, редуктора 25, электродвигателя 26 и напорного патрубка 27. Валы шпинделя 23 и насоса 21 соединены между собой посредством муфты эксцентриковой, расположенной внутри корпуса-отвода.

Насос 21 представляет собой механизм объёмного типа, позволяющий производить перекачку трёхфазной смеси (нефти, газа и воды).

Корпус-отвод 22 предназначен для подвода перекачиваемой жидкости к насосу.

Шпиндель 23 предназначен для восприятия осевых и радиальных нагрузок, возникающих во время работы, в т.ч. от давления перекачиваемой среды.

Карданный вал 24 служит для передачи вращения от вала редуктора 25 к валу шпинделя 23, компенсируя их взаимное радиальное и угловое смещение.

Назначением редуктора 25 является его использование в комплекте с приводом для изменения крутящего момента и частоты вращения.

Электродвигатель 26 предназначен для преобразования подводимой электрической энергии в механическую (создание крутящего момента) и служит приводом насоса МФ.ГНК 2.

Приёмная линия 7 служит для подвода перекачиваемой среды (газожидкостной смеси) к насосу от добывающей скважины.

Напорная линия 8 предназначена для подачи перекачиваемой среды (ГЖС) в установку подготовки нефти.

Насосная система МФНУ 2 работает следующим образом.

Газожидкостная смесь из добывающей скважины по подводящему трубопроводу поступает через корпус-отвод 22 во всасывающую полость насоса 21, где с помощью вращающегося ротора, расположенного внутри статора, происходит вытеснение её в область напорного патрубка 27. Затем ГЖС, получая дополнительное давление от насоса 2, посредством трубопроводной линии поступает на установку подготовки нефти.

Благодаря данному техническому решению и конструированию насосной станции, имеющей в своём составе горизонтальный насосный комплекс (агрегат) на основе мультифазного и центробежного насосов, установленных в одном блок-помещении, достигается защита оборудования от воздействия агрессивной внешней среды, большого перепада температур, снижение капиталовложений, сокращение сроков ввода в эксплуатацию новых объектов и увеличение рентабельности.

При отсутствии необходимости в изоляции машинного зала от блоков управления и оператора, нецелесообразности эксплуатации насосной станции в специальных утеплённых помещениях, в наличии иных способов для создания благоприятных условий для эксплуатации оборудования без строительства блок-боксов допускается использование данного изобретения под специальным навесом, защищающим оборудование и эксплуатирующий персонал от воздействия атмосферных осадков и другого влияния, а также без навеса (например, на открытом воздухе).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Насосная станция, содержащая одно блок-помещение с размещёнными в нем горизонтальным мультифазным насосным агрегатом (МФНУ), перекачивающим многокомпонентную среду из добывающих скважин, в состав которого входит насос объёмного типа, корпус-отвод, шпиндель, карданный вал, редуктор, электродвигатель и напорный патрубок, размещённые на монтажной раме, причём соединение валов насоса и шпинделя производится посредством муфты эксцентриковой, расположенной внутри корпуса-отвода;

системой управления МФНУ;

приёмной линией для подвода многокомпонентной среды к насосу;

нагнетательной линией для подачи многокомпонентной среды в установку подготовки нефти; горизонтальным насосным комплексом центробежного типа (ГНК), осуществляющим закачку вод

- 3 031425 через нагнетательные скважины систем поддержания пластового давления в продуктивные пласты, в состав которого входит насос центробежного типа, приёмный модуль или упорная камера, электродвигатель и мультипликатор, размещённые на монтажной раме;

системой управления ГНК;

приёмной и нагнетательной линиями для подвода перекачиваемой среды к насосу и подачи её в нагнетательную скважину соответственно, содержащими задвижки, фильтры грубой и тонкой очистки, клапан обратный и расходомер;

грузоподъёмным устройством для монтажа-демонтажа ГНК и МФНУ;

рабочим местом оператора.