RU2571466C2

RU2571466C2 - Underwater pump system

Info

Publication number: RU2571466C2
Application number: RU2012121263/03A
Authority: RU
Inventors: Лейф Арне ТЁННЕСЕН
Original assignee: Фмс Конгсберг Сабси Ас
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2015-12-20
Also published as: AU2010311379A1; NO20093258A1; BR112012009946A2; RU2012121263A; EP2494144B1; US20120282116A1; DK2494144T3; WO2011051453A2; BR112012009946B1; EP2494144A2; AU2010311379B2; WO2011051453A3

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to pump system to be used in remote regions for underwater extraction of hydrocarbons. Claimed system comprises high-pressure fluid source, reciprocating or oscillating pump driven by fluid and the valve to convert fluid constant pressure into oscillating pressure for pump actuation. Said converting valve is built in the discharge line, between high-pressure fluid source and the pump. High-pressure fluid in pipeline actuating the pump represents hydrocarbons extracted from the well. Note here that the compressor running on extracted gas makes the actuating fluid.

EFFECT: simplified design, expanded operating performances, self-contained system.

8 cl, 8 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к насосной системе для использования в удаленных точках (таких как комплексы для подводной добычи углеводородов), содержащей источник текучей среды под высоким давлением и насос, приводимый в действие движущей текучей средой.The invention relates to a pumping system for use at remote locations (such as complexes for subsea hydrocarbon production) containing a high pressure fluid source and a pump driven by a moving fluid.

Уровень техникиState of the art

Во многих месторождениях давление внутри коллектора углеводородов будет падать по мере его опустошения. Чтобы повысить степень извлечения углеводородов, все шире применяется оборудование для нагнетания давления. Примером использования такого оборудования являются системы газлифта. Другим примером являются электрические погружные насосы, которые подвешиваются в углеводородной скважине, чтобы повысить давление и обеспечить возможность подъема углеводородов к поверхности. Недостаток подобных установок состоит в том, что каждой скважине требуется отдельный насос с ассоциированной с ним системой питания и управления. Другим недостатком является то, что для применения в такой ситуации пригодны только жидкостные насосы, поскольку использование компрессоров внутри скважин представляется затруднительным.In many fields, the pressure inside the hydrocarbon reservoir will drop as it empties. To increase hydrocarbon recovery, pressure boosting equipment is increasingly being used. An example of the use of such equipment is gas lift systems. Another example is electric submersible pumps that are suspended in a hydrocarbon well to increase pressure and allow hydrocarbons to rise to the surface. The disadvantage of such installations is that each well requires a separate pump with an associated power and control system. Another disadvantage is that only liquid pumps are suitable for use in such a situation, since it is difficult to use compressors inside the wells.

В связи с этим наблюдается растущий интерес к установке оборудования для повышения давления на морском дне и подъему с его помощью скважинных флюидов, отобранных из нескольких скважин. При этом обеспечивается также возможность применения сепараторов, так что все фазы скважинных флюидов (газ, нефть или вода) могут быть сепарированы и доставлены в различные пункты. Например, можно отделить воду от скважинного потока и реинжектировать ее в землю, обеспечив тем самым экономию пространства и оборудования на буровой платформе.In this regard, there is a growing interest in the installation of equipment for increasing pressure on the seabed and the lifting with it of well fluids selected from several wells. At the same time, it is also possible to use separators, so that all phases of well fluids (gas, oil or water) can be separated and delivered to various points. For example, you can separate the water from the borehole stream and re-inject it into the ground, thereby saving space and equipment on the drilling platform.

К сказанному следует добавить, что новые месторождения обнаруживаются на все больших глубинах и все дальше от берега. Это требует использования систем управления и подачи энергии, действующих на все больших расстояниях.It should be added to the above that new deposits are found at ever greater depths and farther from the coast. This requires the use of control systems and energy supply, operating at ever greater distances.

Многие подводные добычные комплексы с повышенной степенью извлечения, помимо основного насоса для повышения давления, требуют использования дополнительных насосов. Подводные насосы традиционно являются крупногабаритными, тяжелыми и сложными устройствами, которые требуют передачи электроэнергии и масла для герметизации на большое расстояние. Электрическая система сама по себе является очень сложной и дорогой, поскольку содержит, например, зонды, соединители, кабель, трансформаторы и системы управления двигателями. Если электроэнергия и масло подаются с борта судна или платформы, системы питания насоса будут занимать полезную площадь на палубе. Углеводороды, извлекаемые из скважин, могут быть разделены на несколько типов: преимущественно газ с некоторым количеством воды или нефти и преимущественно нефть с некоторым количеством воды. В некоторых случаях могут присутствовать три фазы: газ, нефть и вода. Скважинный поток разделяется на отдельные фазы в сепараторе, причем вода предпочтительно инжектируется обратно в формацию.Many subsea production complexes with a high degree of recovery, in addition to the main pump for increasing pressure, require the use of additional pumps. Submersible pumps are traditionally large, heavy and complex devices that require the transmission of electricity and oil to seal over long distances. The electrical system itself is very complex and expensive because it contains, for example, probes, connectors, cable, transformers and motor control systems. If electricity and oil are supplied from the side of the vessel or platform, the pump power systems will occupy the useful area on the deck. Hydrocarbons extracted from wells can be divided into several types: mainly gas with a certain amount of water or oil and mainly oil with a certain amount of water. In some cases, three phases may be present: gas, oil and water. The borehole stream is separated into separate phases in a separator, and water is preferably injected back into the formation.

В приложениях с несколькими стадиями сепарации технологическую среду, выделенную на более поздних стадиях, требуется смешивать со средой, выделенной на первой стадии. Поскольку технологическая среда теряет давление в ходе стадий сепарации, необходимо повышать давление среды, выделенной на заключительных стадиях, до давления среды, выделенной на первой стадии сепарации. Одно из известных решений задачи повышения давления среды, выделенной на более поздней стадии, состоит в применении эжектора, который использует в качестве движущей текучей среды (рабочего агента) другую текучую среду под давлением. Однако данное решение обладает низкой эффективностью и приводит к смешению рабочего агента с перекачиваемой текучей средой.In applications with several stages of separation, the process medium isolated in the later stages needs to be mixed with the medium isolated in the first stage. Since the process medium loses pressure during the separation stages, it is necessary to increase the pressure of the medium allocated in the final stages to the pressure of the medium allocated in the first separation stage. One of the known solutions to the problem of increasing the pressure of a medium isolated at a later stage is to use an ejector that uses another fluid under pressure as a driving fluid (working agent). However, this solution has low efficiency and leads to the mixing of the working agent with the pumped fluid.

Известные центробежные или винтовые насосы имеют ограниченную стойкость в отношении песка. Обычные решения этой проблемы состоят либо в пропускании песка через насос с применением в нем высококачественных материалов и покрытий либо, если содержание песка очень высокое, песок может сепарироваться до его поступления в насос с обходом насоса посредством эжектора. Однако система эжектора является сложной и требует большого расхода рабочего агента.Known centrifugal or screw pumps have limited sand resistance. The usual solutions to this problem are either to pass sand through the pump using high quality materials and coatings in it, or if the sand content is very high, sand can be separated before it enters the pump bypassing the pump by means of an ejector. However, the ejector system is complex and requires a large consumption of working agent.

Таким образом, существует потребность в другом решении задачи повышения давления флюида при его подводной добыче.Thus, there is a need for another solution to the problem of increasing the pressure of the fluid during its underwater production.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Цель изобретения состоит в создании более простой системы, которая не требует специальных каналов для подачи питания (т.е. электроэнергии и масла для герметизации) от внешнего источника и, следовательно, является более или менее автономной. Еще одна цель заключается в создании системы, устойчивой к песку и способной к прокачиванию вязких песчаных суспензий. Эти цели достигнуты использованием доступной в подводных условиях текучей среды под давлением как движущей рабочей среды для насоса, в качестве которого применен возвратно-поступательный насос, а также наличием в системе средства для создания импульсов давления в движущей текучей среде для насоса.The purpose of the invention is to create a simpler system that does not require special channels for supplying power (i.e. electricity and oil for sealing) from an external source and, therefore, is more or less autonomous. Another goal is to create a system that is resistant to sand and capable of pumping viscous sand suspensions. These goals are achieved by using a pressurized fluid available underwater as a driving fluid for the pump, which is used as a reciprocating pump, as well as by using means in the system to create pressure pulses in the driving fluid for the pump.

Принцип работы автономного насоса по изобретению состоит в отведении части технологической текучей среды из области высокого давления в область низкого давления. В отводящую линию должен быть встроен клапан или клапанный узел, функция которого состоит в преобразовании постоянного давления текучей среды в пульсирующее давление с целью приведения в действие возвратно-поступательного (осциллирующего) насоса (далее подобный клапан (клапанный узел) именуется преобразующим клапаном).The principle of operation of the autonomous pump according to the invention is to divert part of the process fluid from the high-pressure region to the low-pressure region. A valve or valve assembly must be built into the discharge line, the function of which is to convert the constant pressure of the fluid into a pulsating pressure in order to actuate the reciprocating (oscillating) pump (hereinafter, such a valve (valve assembly) is called a conversion valve).

Возвратно-поступательный насос предпочтительно является поршневым насосом, мембранным насосом или мембранным насосом со шланговой мембраной (шланго-мембранным насосом). Особенно стойкими к песку и прочим частицам являются мембранные насосы и шланго-мембранные насосы.The reciprocating pump is preferably a piston pump, a diaphragm pump or a diaphragm pump with a hose diaphragm (hose diaphragm pump). Particularly resistant to sand and other particles are diaphragm pumps and hose-diaphragm pumps.

Средством для обеспечения движущей текучей среды для возвратно-поступательного насоса является преобразующий клапан, предпочтительно представляющий собой вращающийся или золотниковый клапан. Преобразующий клапан может быть выполнен также в виде узла из нескольких клапанов. Один преобразующий клапан (или клапанный узел) может приводить в действие единственный насос или группу насосов.The means for providing the driving fluid for the reciprocating pump is a conversion valve, preferably a rotary or spool valve. The conversion valve can also be made in the form of a node of several valves. A single conversion valve (or valve assembly) can drive a single pump or group of pumps.

В одном варианте изобретения, учитывающем наличие песка в скважинных флюидах, песок сепарируется в пескоотделителе, и полученная суспензия прокачивается возвратно-поступательным насосом, тогда как очищенная текучая среда используется как движущая текучая среда для насоса.In one embodiment, taking into account the presence of sand in the wellbore fluids, the sand is separated in a sand separator and the resulting slurry is pumped by a reciprocating pump, while the purified fluid is used as the driving fluid for the pump.

В варианте, в котором углеводороды представляют собой, в основном, газ, движущей текучей средой является газ, сжимаемый в компрессоре и используемый для приведения в действие насоса для жидкой фазы.In an embodiment in which the hydrocarbons are mainly gas, the driving fluid is gas compressed in a compressor and used to drive the pump for the liquid phase.

В другом варианте, когда углеводороды представляют собой, в основном, жидкости, их сепарируют на нефтяную фазу и водную фазу. Затем нефтяную фазу можно использовать в качестве движущей текучей среды, чтобы повысить давление в линии воды с целью обеспечить возможность нагнетания воды обратно в формацию. И наоборот, вода для нагнетания под давлением может быть использована в качестве движущей текучей среды для повышения давления в нефти, подлежащей транспортированию к нефтеприемному пункту.In another embodiment, when the hydrocarbons are mainly liquids, they are separated into the oil phase and the aqueous phase. The oil phase can then be used as a driving fluid to increase the pressure in the water line in order to allow water to be pumped back into the formation. Conversely, water for injection under pressure can be used as a driving fluid to increase the pressure in the oil to be transported to the oil receiving station.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи.The invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

На фиг.1 приведена принципиальная схема изобретения.Figure 1 shows a schematic diagram of the invention.

На фиг.2 приведена схема первого варианта изобретения, содержащего компрессор.Figure 2 shows a diagram of a first embodiment of the invention containing a compressor.

На фиг.3 приведена схема второго варианта изобретения, содержащего компрессор.Figure 3 shows a diagram of a second embodiment of the invention containing a compressor.

На фиг.4 приведена схема первого варианта изобретения, содержащего жидкостной насос.Figure 4 shows a diagram of a first embodiment of the invention containing a liquid pump.

На фиг.5 приведена схема третьего варианта изобретения.5 is a diagram of a third embodiment of the invention.

На фиг.6-8 представлены различные варианты преобразующего клапана.6-8, various embodiments of the conversion valve are shown.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг.1 приведена принципиальная схема изобретения. Насос 12 подсоединен к трубопроводу 13, чтобы получать из него текучую среду, давление которой нужно повысить, например поток углеводородов из одной или более скважин (не изображены). Насос является возвратно-поступательным насосом, предпочтительно шланго-мембранным насосом, мембранным насосом или поршневым насосом. Прокачиваемый флюид подается насосом в трубопровод 14, который транспортирует углеводороды в приемный пункт (не изображен). Другой трубопровод 16 переносит текучую среду, имеющую более высокое давление, чем в трубопроводе 13. Эта текучая среда проходит через преобразующий клапан 17, соединенный с насосом 12, и выполняет функцию рабочего агента для насоса 12.Figure 1 shows a schematic diagram of the invention. The pump 12 is connected to the pipe 13 to receive a fluid from it, the pressure of which needs to be increased, for example, the flow of hydrocarbons from one or more wells (not shown). The pump is a reciprocating pump, preferably a hose-diaphragm pump, a diaphragm pump or a piston pump. The pumped fluid is pumped into a conduit 14 that transports hydrocarbons to a collection point (not shown). Another conduit 16 carries a fluid having a higher pressure than conduit 13. This fluid passes through a conversion valve 17 connected to the pump 12 and acts as a working agent for the pump 12.

Текучая среда под высоким давлением может подаваться от удаленного объекта. В этой связи можно сослаться на Патент № 323785, в котором описан способ генерирования электричества на подводной станции. Текучая среда под высоким давлением может быть нагнетаемой текучей средой, которая транспортируется от наземной станции, обеспечивающей создание в текучей среде более высокого давления, чем давление, необходимое для скважины, и избыток энергии/давления отбирается от этой текучей среды.High pressure fluid may be supplied from a distant object. In this regard, reference can be made to Patent No. 323785, which describes a method for generating electricity in an underwater station. The high pressure fluid may be a pumped fluid that is transported from a ground station to provide a higher pressure in the fluid than the pressure required for the well, and excess energy / pressure is taken from that fluid.

На фиг.2 иллюстрируется первый вариант практического использования изобретения, согласно которому флюиды, продуцированные одной или несколькими подводными скважинами, сепарируются на первую и вторую фазы, причем первой фазой может быть газ, а второй фазой - жидкость, такая как конденсат, нефть или вода или их смесь. Углеводороды транспортируют по трубопроводу 20 к сепаратору 22, в котором первая фаза отделяется от второй фазы и подается по трубопроводу 23 к компрессору 24. Вторую фазу подают по трубопроводу 30 к возвратно-поступательному насосу 32. Насос 32 повышает давление жидкой фазы и подает ее в выходной трубопровод 34. Выход компрессора подсоединен к трубопроводу 25 для первой фазы под высоким давлением. От трубопровода 25 ответвляется трубопровод 26 для подачи части первой фазы через преобразующий клапан 27 обратно в трубопровод 23 перед компрессором 24. Альтернативно легкий флюид после прохождения через клапан 27 может быть возвращен в трубопровод 20 или в сепаратор 22. Клапан выполнен с возможностью подачи импульсов высокого и низкого давлений для приведения в действие возвратно-поступательного насоса, который осуществляет свою функцию прокачки флюида под действием импульсов давления, внешних по отношению к мембране или поршню. Конструкция насоса не требует дальнейшего описания, поскольку подобные насосы хорошо известны в данной отрасли. Примеры преобразующих клапанов будут рассмотрены далее со ссылками на фиг.6-8.Figure 2 illustrates the first practical use of the invention, according to which the fluids produced by one or more subsea wells are separated into the first and second phases, the first phase being gas, and the second phase being liquid, such as condensate, oil or water, or their mixture. Hydrocarbons are transported through line 20 to a separator 22, in which the first phase is separated from the second phase and fed through line 23 to the compressor 24. The second phase is fed through line 30 to the reciprocating pump 32. Pump 32 increases the pressure of the liquid phase and feeds it to the outlet line 34. The compressor outlet is connected to line 25 for the first phase under high pressure. A conduit 26 branches from a conduit 25 to supply a portion of the first phase through a conversion valve 27 back to a conduit 23 before the compressor 24. Alternatively, the light fluid, after passing through the conduit 27, may be returned to the conduit 20 or to the separator 22. The valve is configured to supply high and low pressure for driving a reciprocating pump, which performs its function of pumping fluid under the influence of pressure pulses external to the membrane or piston. The design of the pump does not require further description, since such pumps are well known in the industry. Examples of conversion valves will be discussed later with reference to Fig.6-8.

Первая и вторая фазы могут быть повторно совмещены на выходе насоса (насосов). В этом случае, чтобы облегчить эту операцию, желательно поднять давление второй фазы до более высокого уровня, чем у первой фазы.The first and second phases can be re-combined at the outlet of the pump (s). In this case, in order to facilitate this operation, it is desirable to raise the pressure of the second phase to a higher level than that of the first phase.

На фиг.3 иллюстрируется второй вариант изобретения. В этом случае продуцируемый скважиной флюид является трехфазным, т.е. содержащим газ, нефть и воду. Поток углеводородов подают по трубопроводу 20 к сепаратору 22, разделяющему флюид на газовую фазу, которая поступает в трубопровод 23, и на жидкую фазу, которая проходит по трубопроводу 30. Газ проходит через компрессор 24 в выходной трубопровод 25. Как и в варианте по фиг.2, газ под высоким давлением по ответвлению от трубопровода 25 проходит через преобразующий клапан 27, который формирует импульсы давления для приведения в действие возвратно-поступательного насоса 32. Жидкости, выделенные в первом сепараторе 22, поступают во второй сепаратор 40, который отделяет нефть от воды. Нефть направляют по трубопроводу 41 к возвратно-поступательному насосу 32, который повышает ее давление, а от него по трубопроводу 42 для повторного объединения потоков нефти и газа. Воду направляют по трубопроводу 44 к другому насосу 46, который повышает ее давление, чтобы обеспечить возможность ее нагнетания обратно в формацию.Figure 3 illustrates a second embodiment of the invention. In this case, the fluid produced by the well is three-phase, i.e. containing gas, oil and water. The hydrocarbon stream is fed through line 20 to a separator 22, which separates the fluid into a gas phase that enters line 23 and a liquid phase that passes through line 30. Gas passes through a compressor 24 to outlet line 25. As in the embodiment of FIG. 2, the high-pressure gas branching off from the pipeline 25 passes through a conversion valve 27, which generates pressure pulses for driving the reciprocating pump 32. The liquids released in the first separator 22 enter the second separator 40, the cat Separates oil from water. Oil is sent through a pipe 41 to a reciprocating pump 32, which increases its pressure, and from it through a pipe 42 for re-combining oil and gas flows. Water is sent through line 44 to another pump 46, which increases its pressure to allow it to be pumped back into the formation.

На фиг.4 представлен еще один вариант изобретения. В этом случае продуцируемый скважиной (скважинами) флюид также является трехфазным. Однако он может быть и двухфазным, т.е. состоять из нефти и воды. Как и в предыдущем варианте, извлекаемые углеводороды транспортируют по трубопроводу 20 к первому сепаратору 22. Первый сепаратор 22 является необходимым только в случае, когда скважинный флюид содержит газ. Газ направляют по выходному трубопроводу 52 к удаленному приемному пункту. Жидкости подают по трубопроводу 54 во второй сепаратор 56, который отделяет нефть от воды. Воду направляют по трубопроводу 58 к насосу 60, а от него в трубопровод 62. Трубопровод 62 может быть подведен к нагнетательной скважине или к другому объекту. Нефть направляют по трубопроводу 64 к возвратно-поступательному насосу 66, а затем к выходному трубопроводу 68. При наличии в скважинном флюиде газа нефть и газ могут быть объединены за возвратно-поступательным насосом. От трубопровода 62 ответвляется труба 70, чтобы направить флюид под давлением через преобразующий клапан 27 и затем по линии 71 обратно в трубопровод 58 (на вход насоса). Аналогично тому, как это было описано, флюид под высоким давлением, проходящий по трубе 70 и через преобразующий клапан 27, формирует импульсы, которые обеспечивают приведение в действие возвратно-поступательного насоса 66.Figure 4 presents another embodiment of the invention. In this case, the fluid produced by the well (s) is also three-phase. However, it can be biphasic, i.e. consist of oil and water. As in the previous embodiment, the recoverable hydrocarbons are transported through a pipe 20 to the first separator 22. The first separator 22 is necessary only when the well fluid contains gas. Gas is directed through an outlet pipe 52 to a remote collection point. Fluids are supplied via line 54 to a second separator 56, which separates the oil from the water. Water is sent through a pipeline 58 to a pump 60, and from it to a pipeline 62. The pipeline 62 can be connected to an injection well or to another object. The oil is sent via line 64 to the reciprocating pump 66, and then to the outlet pipe 68. If there is gas in the well fluid, oil and gas can be combined behind the reciprocating pump. A pipe 70 branches off from the pipe 62 to direct the fluid under pressure through the conversion valve 27 and then through line 71 back to the pipe 58 (to the pump inlet). Similar to how it was described, the high-pressure fluid passing through the pipe 70 and through the conversion valve 27 generates pulses that drive the reciprocating pump 66.

Время от времени скважинные флюиды могут содержать частицы, такие как песок. Песок может обладать высокой абразивностью, поэтому обычно считается нежелательным допускать его контакт с вращающимся оборудованием, таким как насосы с вращающимися частями, поскольку песок может привести к очень быстрому изнашиванию лопастей насоса, динамических уплотнений и подшипников. Мембранные насосы и шланго-мембранные насосы намного более толерантны к частицам, поскольку не имеют вращающихся частей, динамических уплотнений или подшипников. С учетом этого на фиг.5 представлен вариант для случая, когда скважинный флюид содержит песок. Скважинный флюид поступает из скважины по трубопроводу 20 к пескоотделителю 80. Очищенный флюид переносится по трубопроводу 82 к насосу 84 и далее к выходному трубопроводу 86. Песчаная суспензия транспортируется по линии 90 к возвратно-поступательному насосу 92. Насос 92 повышает давление суспензии до значения, равного или (предпочтительно) немного более высокого, чем давление в трубопроводе 86, после чего на выходе насоса 84 суспензия объединяется со скважинным флюидом. На выходе насоса от трубопровода 86 ответвляется линия 87, и, как и в предыдущих вариантах, флюид проходит через преобразующий клапан 27, после чего по линии 87 возвращается в трубопровод 82 перед насосом. Преобразующий клапан 27 формирует импульсы давления, которые приводят в действие возвратно-поступательный насос 92.From time to time, wellbore fluids may contain particles such as sand. Sand can be highly abrasive, therefore it is generally considered undesirable to allow it to come into contact with rotating equipment, such as pumps with rotating parts, since sand can lead to very rapid wear of pump blades, dynamic seals and bearings. Diaphragm pumps and hose-diaphragm pumps are much more tolerant to particles because they do not have rotating parts, dynamic seals or bearings. With this in mind, figure 5 presents an option for the case when the well fluid contains sand. Downhole fluid enters from the well through line 20 to the sand separator 80. The cleaned fluid is transferred through line 82 to the pump 84 and then to the outlet line 86. The sand slurry is transported along line 90 to the reciprocating pump 92. Pump 92 increases the pressure of the slurry to a value equal to or (preferably) slightly higher than the pressure in conduit 86, after which the suspension is combined with the well fluid at the outlet of the pump 84. A line 87 branches off from the pipe 86 from the pipeline 86, and, as in the previous embodiments, the fluid passes through the conversion valve 27, after which it returns via line 87 to the pipe 82 in front of the pump. The conversion valve 27 generates pressure pulses that drive the reciprocating pump 92.

На фиг.6-8 представлены примеры преобразующего клапана, которые могут быть использованы в изобретении. На фиг.6 показана линия 101 высокого давления с первым клапаном 102. За клапаном находится линия 103 низкого давления с клапаном 104. Между клапанами 102 и 104 отходит линия 105, ведущая к возвратно-поступательному насосу. Клапаны 102 и 104 срабатывают в последовательности, соответствующей ходам возвратно-поступательного насоса. Клапаны могут управляться электрически или гидравлически; однако, в идеале они управляются текучей средой (флюидом) с получением полностью автономной системы.Figure 6-8 presents examples of a conversion valve that can be used in the invention. 6 shows a high pressure line 101 with a first valve 102. Behind the valve, there is a low pressure line 103 with a valve 104. Between the valves 102 and 104, a line 105 leading to the reciprocating pump leaves. Valves 102 and 104 are actuated in the sequence corresponding to the strokes of the reciprocating pump. Valves can be controlled electrically or hydraulically; however, ideally they are controlled by a fluid (fluid) to produce a fully autonomous system.

На фиг.7 преобразующий клапан является вращающимся клапаном, у которого ось вращения параллельна оси трубопровода. В процессе своего вращения клапан последовательно подает текучую среду под высоким давлением через отверстие 106 к насосу или использованную текучую среду через отверстие 108. Клапану может быть придана постоянная скорость вращения, согласованная с ходами насоса; альтернативно он может быть механически связан с насосом.7, the conversion valve is a rotary valve in which the axis of rotation is parallel to the axis of the pipeline. During its rotation, the valve sequentially delivers the high-pressure fluid through the hole 106 to the pump or the used fluid through the hole 108. The valve can be given a constant speed of rotation consistent with the strokes of the pump; alternatively, it may be mechanically coupled to the pump.

На фиг.8 преобразующий клапан является вращающимся клапаном, у которого ось вращения перпендикулярна оси трубопровода. У клапана имеются вращающиеся лопасти 110, которые последовательно открывают для текучей среды под высоким давлением проход к насосу и выводят отработанную текучую среду. Лопасти могут приводиться во вращение электродвигателем; однако, предпочтительно они управляются насосом или текучей средой под давлением, чтобы сделать систему автономной.In Fig. 8, the conversion valve is a rotary valve, in which the axis of rotation is perpendicular to the axis of the pipeline. The valve has rotating blades 110 that sequentially open a passage to the pump for high pressure fluid and discharge the spent fluid. The blades can be driven into rotation by an electric motor; however, they are preferably controlled by a pump or pressure fluid to make the system autonomous.

Другим пригодным для использования типом клапана является золотниковый (челночный) клапан. Приемлемыми могут оказаться и другие типы клапанов или клапанных узлов.Another suitable valve type is a spool valve. Other types of valves or valve assemblies may be acceptable.

Чтобы получить законченную функциональную систему, должна быть задана разность давлений в процессе ходов насоса. Максимальное выходное давление определяется давлением, которое подается в автономный привод насоса в процессе его функционирования. Это давление может быть повышено путем повышения выходного давления главного насоса, например созданием ограничения для потока на его выходе, за точкой ответвления к автономному приводу насоса.To get a complete functional system, the pressure difference must be set during the pump strokes. The maximum outlet pressure is determined by the pressure that is supplied to the stand-alone pump drive during its operation. This pressure can be increased by increasing the output pressure of the main pump, for example, by restricting the flow at its outlet, beyond the branch point to the self-contained pump drive.

Обеспечение заданного режима работы насоса требует обеспечения положительной разности давлений между средой, прокачиваемой через камеру насоса, и рабочим агентом насоса. Эта разность может быть увеличена либо путем повышения давления всасывания в автономном насосе (например, путем увеличения столба жидкости до входа в насос) либо снижением давления рабочего агента.Ensuring a given operating mode of the pump requires ensuring a positive pressure difference between the medium pumped through the pump chamber and the pumping agent. This difference can be increased either by increasing the suction pressure in a stand-alone pump (for example, by increasing the liquid column before entering the pump) or by reducing the pressure of the working agent.

Один из способов решения этой задачи состоит в повышении отрицательной амплитуды импульса давления за счет создания низкого выходного давления с помощью устройства Вентури. Отрицательная амплитуда пульсаций давления может быть увеличена посредством эжектора, встроенного в преобразующий клапан или в узел преобразующего клапана.One way to solve this problem is to increase the negative amplitude of the pressure pulse by creating a low output pressure using a Venturi device. The negative amplitude of the pressure pulsation can be increased by means of an ejector integrated in the conversion valve or in the conversion valve assembly.

Поддерживание нужной разности между высоким и низким давлениями может осуществляться настройкой ограничения для потока. Поэтому данная разность давлений может использоваться для управления преобразующим клапаном. Благодаря указанной настройке ограничения система будет способна учитывать изменения в составе скважинных флюидов.Maintaining the desired difference between high and low pressures can be done by setting the flow limit. Therefore, this pressure difference can be used to control the conversion valve. Thanks to the specified restriction setting, the system will be able to take into account changes in the composition of well fluids.

Последовательность пульсаций давления может определяться давлением на входе насоса. Если требуется регулировать поток, необходимо сначала отрегулировать частоту срабатываний клапана. Однако существует возможность получения саморегулирующегося насоса для применений, связанных с повышением давления, поскольку столб жидкости в сепараторе будет определять, в какой степени насос будет заполняться при выполнении заданной последовательности в ходе прокачивания.The sequence of pressure pulsations can be determined by the pressure at the pump inlet. If flow control is required, the valve response frequency must first be adjusted. However, it is possible to obtain a self-regulating pump for applications related to pressure increase, since the liquid column in the separator will determine to what extent the pump will be filled when a given sequence is performed during pumping.

Изобретение было описано со ссылками на его различные варианты. Для специалиста в данной области должно быть понятно, что существуют и другие варианты использования изобретения. Так, описанный возвратно-поступательный насос может быть применен в контуре подачи охлаждающей среды к компрессору. Он может быть использован также для создания потока под высоким давлением для удаления осадков из сепаратора. Кроме того, в системе можно установить более одного насоса. В таком случае можно управлять обоими насосами с помощью единственного преобразующего (вращающегося) клапана.The invention has been described with reference to its various options. For a person skilled in the art it should be clear that there are other options for using the invention. So, the described reciprocating pump can be used in the supply circuit of the cooling medium to the compressor. It can also be used to create a high pressure stream to remove sediment from the separator. In addition, more than one pump can be installed in the system. In this case, both pumps can be controlled with a single conversion (rotary) valve.

Claims

1. An underwater pump system for use in a remote location, such as an underwater hydrocarbon production complex, containing a high pressure fluid source and a fluid-driven reciprocating or oscillating pump and a conversion valve (17, 27, 102, 104 , 106, 108, 110) for converting a constant fluid pressure into a pulsating fluid pressure in a moving fluid to drive a pump, said conversion valve being integrated in a discharge line (26, 70, 87) between an indicated source of high pressure fluid and a pump (12, 32, 66, 92), characterized in that in the pipeline (25, 62, 82) a high pressure fluid is used as a driving fluid for the pump (12, 32, 66 , 92), is a hydrocarbon recovered from a well, the source of motive fluid being a compressor using recoverable gas.

2. The system according to claim 1, characterized in that the source of the motive fluid is a liquid pump using recoverable oil.

3. The system according to p. 1, characterized in that the source of the driving fluid is a fluid pumped by a pump installed in the upper complex.

4. The system according to claim 1, characterized in that the reciprocating pump is a diaphragm pump.

5. The system according to claim 1, characterized in that the reciprocating pump is a hose-diaphragm pump.

6. The system according to claim 1, characterized in that the reciprocating pump is a piston pump.

7. The system according to claim 1, characterized in that said conversion valve comprises at least one valve mounted between the source and the pump.

8. The system according to claim 7, characterized in that said converting valve comprises inlet and outlet valves synchronized for generating pressure pulses.

9. The system according to claim 7, characterized in that the said conversion valve comprises a rotating conversion valve for converting a constant pressure of the fluid into a pulsating one.

10. The system according to p. 9, characterized in that the axis of rotation of the rotating transforming valve is oriented parallel or transverse to the axis of the pipeline in which the valve is installed.

11. The system according to p. 10, characterized in that it contains at least one separator.