Насосная установка для закачки сжиженного газа в нефтяной пласт

 

Сущность изобретения: насосный агрегат снабжен торцовыми уплотнениями, напорной и всасывающей магистралями. Один патрубок дополнительного масляного бака сообщен с напорной магистралью насоса затворной жидкости, другой патрубок через магистраль с нормально-открытым пускоотсечным клапаном и дроссельной шайбой с основным масляным баком и через магистраль с обратным клапаном, газовым редуктором и нормально закрытым электропневмоклапаном - с источником газа высокого давления. 1 ил.

s F 04 О 13/00

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ьлЪ, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

О

О

Ф (21) 4924888/29 (22) 03.04,91 (46) 07.09,93, Бюл, М 33-36 (71) Конструкторское бюро химического машиностроения (72) Бойченко Н. Ф., Дерягин Ю. А.. Жулин

8. А., Кумушкулов Р, К„Митин П. M., Модин

С. С. (73) Конструкторское бюро химического машиностроения (54) НАСОСНАЯ УСТАНОВКА (57) Сущность изобретения: насосный агреИзобретение относится к конструкции насосных установок для закачки сжиженного газа в нефтяные пласты и может быть использовано при эксплуатации нефтяных скважин, Наиболее эффективным мероприятием по увеличению темпа отбора нефти иэ залежи и получению повышенных коэффициентов нефтеотдачи, я вл я ется ис кусстее нное поддержание пластовой энергии.

При разработке нефтяной залежи на ненапорных режимах беэ поддержания пластового давления первоначальные запасы пластовой энергии быстро расходуются, в результате чего дебиты скважин и общая. добыча нефти иэ залежи снижаются до весьма малых величин, в то время как в залежи еще остаются огромные количества нефти.

В большинстве случаев в качестве вторичных мероприятий для извлечения остаточных запасов нефти из истощенных залежей применяется вытеснение этой нефти нагнетаемыми в залежи водой или газом

„„RU „„2000482 С гат снабжен торцовыми уплотнениями, напорной и всасывающей магистралями. Один патрубок дополнительного масляного бака сообщен с напорной магистралью насоса затворной жидкости, другой патрубок через магисTðàëь с нормально-открытым пускоотсечным клапаном и дроссельной шайбой с основным масляным баком и через магистраль с обратным клапаном, газовым редуктором и нормально закрытым электропневмоклапаном — с источником гаээ высокого давления. 1 ил, (В. М. Муравьев, Эксплуатация нефтяных и газовых скважин, M. Недра, 1973, с.

89„,105), В некоторых случаях вытеснение нефти осуществляется путем закачки в пласт сжиженных газов. Этот метод считается очень эффективным, тэк как вследствие смешиваемости фаз на фронте углеводородный растворитель (сжиженный газ) — нефть и на фронте гаэ — углеводородный растворитель на границах раздела этих фаз отсутствуют мениски, Следовательно, отсутствуют и капиллярные силы. препятствующие более полному извлечению нефти при обычных первичных и вторичных методах разработки; степень вытеснения нефти значительно возрастает.

В настоящее время разработан метод закачки в нефтяной пласт широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ). ШФЛУ сжиженный гэз, представляющий собой смесь предельных углеводородов Ср-Св и выше. Это бесцветная, прозрачная, легкокипящая и легковоспламеняющаяся жидкость, 2000482 пожаровзрывоопасна, такси на. ШФЛУ с близлежащего газопе рерабать оа ощего завода (ГПЗ) по трубопроводу поступает на наcîñujfrl станциlo на месторождении, откуда под заданныл1 давлением падаатсл на блок гребенки, распределлющей потоки по группам скважин, Насосная cTBflöèë содержит один или несколько насосных агрегатов. Ка>кдый агрсгат состоит о ocHQBIIDM из насоса. например центробежного. и привода, например электродвигателя. Б состав каждого насосного агрегата должна входить hfacnoc«cteh13, обеспечивающая смазку и охлаждение элементов конструкции, пре>кде всего подцл1пников насоса и электродвигателя (Автол13тизирооанные смазочные системы и устройства, M., Машиностроение, 1982, рис, 56).

В конструкции центробе>кных насосоо предусмотрены уплотнительные элементы, об)еспечиоающие герметичное отделение рабочих полостей насоса от окружающей среды. Уплотнение ораща агцихсл валов в насосастроении осуществляется двумя cnocoG3MIl; уплотнением по окружности tIBIIB (радиальное уплотнение) и уплотнением па

f;oоерх lастлм, перпендикуллрныим оси оал3 (торцовое или механическое уплотнение).

Длл получения высокой герметичности уплотнений в1 асосах с г)ольшил1 срокам службы обычно не использу отсл торцовые уплотнения (f, М, Ьашта, Г11драолические

f1pf1fIO)lbl JIF T3TefI bfl bIX B nn3p3T Otl, M., M3UII настроение, 1967. с. 454).

Для повышения герметичности торцоеого уплотненил о его рабочу о полость может быть подана затворная жидкость, обеспечивающая дополнительное усилие на герметизацию уплотнения. При этом для исключениfl поступления рабочего тела ll3co са о окружающу о среду необходимо обеспечить постоянное превышение величины давления затворной жидкости под давлением рабочего тела насоса (ErsatzDichtungen fur sichesen, Anl3gen-betrieh/

Evans I. G./ Verf3hrenstechnik — 1988-22 М

11 — с. 68 — 70).

Это обеспечиоаетсл различными системами, входя!цил1и в состав насосной уста нооки, Такил1 образом, при работе насосной установки искл очаетсл возможность поступленил токсично;о и взрывоопасного газа (ШФЛУ) в рабочее помещение.

Однако при эксплуатации насосной станции возможны случаи внезапного прекращения подачи электропитанил II3 агрегаты станции из-за аварии о линии электропередачи (ЛЭП), В этал1 случае начиlI3IoT тормозиться роторы насоса насосного

Указанная насосная установка обладает недостатком, который заключается в там, чта она не может предотвратить поступление сжиженного газа о рабочее помещение при аварийном останове насосного агрегата

40 после отключения питанил электродвигателей.

Целью изобретения явллется повыше-, ние надежности за счет предотвращения поступления сжиженного газа о рабочее помещение при аварийном останове насосного агрегата после отключения питания электродвигателей путем поддержания превышенияя давления затворной жидкости в горцовых уплотнениях над давлением сжи50 женного газа.

Постаоленная цель достигается тем, чта насоснал установка содержит дополнительный масляный бак. один патрубок которого сообщен с напорной магистралью насоса затворной жидкости, другой патрубок магистралью с нормально открытыл1 пускоотсечным клапаном и дроссельной шайбой с аснооным масляным баком и магистралью с обратным клапанам, газовым редуктором и

55 агрегата и насоса затворной жидкости. Переходный процесс, связанный с торл1ожением ротора насоса затворной жидкости заканчивается сравнительно быстро (нег сколько секунд), после чего давление затворной жидкости в торцовых уплотнениях насоса насосного агрегата становится близким к нул о, Продолжительность такого же переходного процесса при торможении ротора насоса насосного агрегата вследствие значительной массы и габаритов и соответственно момента инерции ротора насоса, значительно больше по величине (1-3 мин).

В то жв время, давление сжиженного газа, поступающего с газоподготовительного завода, оо входной магистрали насоса насосного агрегата постоянно по величине. В этих условиях возможно поступленИе газа через негерметичное торцовое уплотнение в рабо20 чее помещение.

Известна тэкже взятая за прототип насосная установка, используемая на НовоУфимском нефтеперерабатывающем заводе и описанная в "Отчете по договору

25 АЬ КНС-ШФЛУ-60/20. Этап 1,6.4. Исследование режимов эксплуатационных систем транспортированил и закачки ШФЛУ. Исследование физико-химических свойств

ШФЛУ, НПО Союзнефтеотдача, Уфа, 1990.

80 рис. 2,10", Насосная установка — прототип содержит насосный агрегат, насосную систему подачи затворной жидкости в торцовые уплотнения насосного агрегата, масляный бак, 2000482

50

55 нормально закрытым электропневмоклапаном — с источником газа высокого давления.

При таком конструктивном исполнении насосной установки решаются следующие задачи: обеспечивается поддержание превышения давления затворной жидкости в полостях торцовых уплотнений насоса насосного агрегата над давлением сжиженного газа на входе в насос в период торможения ротора насосного агрегата; предотвращается поступление токсичного и взрывоопасного газа (ШФЛУ) в рабочее помещение при останове насосной установки после внезапного отключения электропитания от электроагрегатов установки; обеспечивается безопасность насосной установки не только на установившемся режиме работы, но и на переходных режимах, в том числе при внезапном отключении электропитания. Существующие в настоящее время конструкции насосных агрегатов для перекачки газов исключают поступление токсичных и взрывоопасных газов в производственные помещения при работе установки как на переходных, так и на установившихся режимах работы. Это обеспечивается конструкI цией уплотнительных систем насосов, в состав которых входят торцовые уплотнения, обеспечивающие разделение полостей торцовых уплотнений и входных магистралей насосов, и насосная система подачи затворной жидкости в полости уплотнений, Система подачи затворной жидкости подает в полости торцовых уплотнений масло высокого давления. При этом специальное устройство обеспечивает превышение давления затворной жидкости (масла) над давлением ШФЛУ на входе в насос, тем самым исключая возможность поступления

ШФЛУ в рабочее помещение. При негерметичности торцового уплотнения возможно только поступление масла в ШФЛУ и далее в напорные нефтяные скважины.

Однако при аварии ЛЭП прекращается подача электропитания на обмотки электродвигателей, при этом начинается торможение роторов насосов. Давление затворной жидкости в торцовых уплотнениях насоса уменьшается, В связи с тем, что давление

ШФЛУ, поступающего с газоперерабатывающего завода, на входе в насос не изменяется, возможно превышение давления

ШФЛУ под давлением затворной жидкости в полостях торцовых уплотнений и поступление ШФЛУ в рабочее помещение, что недопустимо.

Для исключения указанной выше аварийной ситуации разработано техническое решение, обеспечивающее в указанный пе5

40 риод работы подачу в полости торцовых уплотнений насоса насосного агрегата затвор ной жидкости нужного давления

На чертеже представлена конструкция заявляемой насосной установкидля закачки сжиженного газа в нефтяной пласт.

Насосная установка содержит насосный агрегат 1. насосную систему 2 подачи затворной жидкости в торцовые уплотнения

3 насосного агрегата, масляный бак 4, дополнительный масляный бак 5, патрубок 6, который сообщен с напорной магистралью

7 насоса 8 затворной жидкости, патрубок 9— магистралью 10 с нормально открытым пуско-отсечным клапаном 11 и дроссельной шайбой 12 с основным масляным баком и магистралью 13 с обратным клапаном 14,. газовым редуктором 15 и нормально закрытым электроклапаном 16 с источником 17 газа высокого давления.

При работе насосной установки на установившемся режиме на вход 18 в насос насосного агрегата 1 поступает сжиженный газ (ШФЛУ) с газоперерабатывающего завода и после повышения напора в ступенях насоса по трубопроводу 19 уходит в коллектор нефтяных скважин. Привод вала насоса обеспечивает электродвигатель 20. Насос 8 затворной жидкости (шестеренный, винтовой и т.д.) с приводом от электродвигателя

21 забирает затворную жидкость (масло) по трубопроводу 22 из масляного бака 4 и по напорному трубопроводу 7 подает в полости

3 торцовых уплотнений насоса. Полости 3 торцовых уплотнений с помощью трубопровода 25 сообщены с входной магистралью

18 насоса, Система регулирования насосной установки обеспечивает превышение давления масла в полостях 3 над давлением газа во входной магистрали 18.

Часть масла из напорной магистрали 7 насоса 8 поступает по патрубку в дополнительный масляный бак и через патрубок 9, дроссельную шайбу 12 и нормально открытый клапан 11 сливается в бак 4. Расход масла определяется площадью проходного сечения дроссельной шайбы 11. Внутренний обьем дополнительного бака 5 заполняется маслом при пуске насосного агрегата 1 и постоя нный проток масла через него обеспечивает поддержание его уровня постоянным. Тем самым обеспечивается постоянная готовность включения резервной системы затворной жидкости.

При внезапном прекращении подачи электропитания на обмотки электродвигателей 20, 2 1 роторы электродвигателей и насосов 1, 8 начинают тормозиться. Давление газа эа насосом насосного агрегата 1 и масла за насосом 8 начинает уменьшаться.

2000482

Система управления насосной установки подает напряжение от аккумуляторной батареи на обмотки электропневмоклапанов

16, 23. Электропневмоклапаны 16, 23 открываются и сообщают через редуктор 15, обратный клапан 14 полости бака 5 и управляющую полость клапана 11 с источником газа (аккумулятором давления) 17 высокого давления. Клапан 11 закрывается и прекращает слив масла иэ бака 5 через дроссельную шайбу 12 в бак 4. Начинается наддув газом (азотом) бака 5 иэ аккумулятора давления 17. Масло иэ бака 5 начинает поступать по трубопроводу 24 в полости 3 торцовых уплотнений насосного агрегата 1.

Давление масла в полостях 3 повышается и не опускается ниже давления ШФЛУ во входной магистрали 18 (в трубопроводе 25).

Подача масла по трубопроводу 7 не происходит из-за закрытия обратного клапана 26.

Поддержание требуемого уровня давления масла в полостях 3 обеспечивает редуктор 15. Объем масла в баке 5 определяется из условия обеспечения давления в полостях 3 за все время переходного процесса по торможению ротора насосного агрегата 1.

После остановки ротора насосного агрегата проводят дренирование ШФЛУ из внутренних полостей насосного агрегата 1 с дожиганием его в дожигателе. После этого снимают напряжение с обмоток электропневмоклапанов 16, 23, прекращая подачу масла в полости Э, Использование изобретения позволит повысить надежность насосной установки

35 за счет предотвращения поступления сжиженного газа в рабочее помещение при аварийном останове насосного агрегата после отключения питания электродвигателей путем поддержания превышения давления затворной.жидкости в торцовых уплотнениях над давлением сжиженного газа на входе в насос, Формула изобретения

Насосная установка для закачки сжиженного газа в нефтяной пласт. содержащая насосный агрегат с торцовыми уплотнениями, напорной и всасывающей магистралями, насосную систему подачи затворной жидкости в торцовые уплотнения, масляный бак и источник газа высокого давления,отл ича ющая с я тем,что насосная установка снабжена дополнительным масляным баком с патрубками, магистралью с нормально открытым пускоотсечным клапаном и дроссельной шайбой, магистралью с обратным клапаном, газовым редуктором и нормально закрытым электропневмоклапаном, при этом один патрубок дополнительного масляного бака сообщен с напорной магистралью насоса затворной жидкости, второй патрубок через магистраль с нормально открытым пускоотсечным клапаном и дроссельной шайбой- с основным масляным баком и через магистраль с обратным клапаном, газовым редуктором и нормально закрытым электропневмоклапаном — с ис. точником газа высокого давления.

2000482

Составитель Н.Бойченко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.10ско

Редактор А,Бер

Заказ 3073 !

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, л<-35. Гаушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Ãàãàðèíà, 101