В области традиционной (скважной) добычи нефти в России не существует универсального решения проблемы утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ). Возможна организация промысла при которой, попутный газ на протяжении всего жизненного цикла промысла закачивается в пласт или используется в компактных, мобильных энергоустановках с ГТУ или газо-поршневым приводом для выработки электроэнергии в интересах промысла, при этом тяжелые фракции углеводородов возможно закачивать в нефтепровод. На ряде промыслов будут целесообразны к применению мобильные установки синтеза газа и получения моторных топлив, на других найдут применение установки ожижения ПНГ и его транспортировки дальше на газоперерабатывающие заводы.
По мнению авторов, при наличии существенных объемов ПНГ, основная схема его использования - это совместная с нефтью транспортировка ПНГ по единому трубопроводу до пунктов его первичной переработки, а затем раздельная транспортировка: для нефти – нефтепровод, для газа – газопровод, а для ШФЛУ – трубопровод [1,2,3,4].
В общем случае, оборудование добычи и первичной подготовки нефти ближайшего будущего можно свести к следующим модулям полной заводской готовности (с учетом конкретных условий состав оборудования может быть уточнен):
· Модуль многофазной насосной станции с блоком подготовки топливного газа для энергетического модуля;
· модуль управления многофазной станцией;
· модуль коммерческого учета нефти;
· энергетический модуль обеспечения оборудования промысла электроэнергией и теплом, работающий на ПНГ;
· модуль закачки газа (метана) в пласт (при необходимости);
· модуль закачки в пласт возвратной воды.
Предложенная концепция модульных установок позволяет провести обустройство промысла в сжатые сроки на основе модулей полной заводской готовности. Внедрение всего комплекса многофазной технологии или его основной части позволит:
· полностью исключить факелы на месторождении;
· добытую продукцию без потерь транспортировать к месту ее переработки;· обеспечить месторождение энергией и теплом без привлечения внешних источников, на основе энергетических модулей и использования в качестве топлива ПНГ.
Практика монтажа и запуска модулей полной заводской готовности многофазных станций ОАО «Турбонасос» в ОАО «ЛУКОЙЛ» и ОАО «Роснефть» показала, что эти работы при соответствующей организации, - от начала проектирования до запуска объекта - можно выполнить за 7 - 8 месяцев. На рис.1 приведен 3D макет многофазной насосной станции МНС60 производительностью до 180 м3/час по параметрам на приеме. Станция разработана по техническому заданию ОАО «ЛУКОЙЛ». На сегодня ее наработка составляет почти 100 000 часов, станция находится в эксплуатации с января 2002 года. Все основное оборудование станции отечественное, включая и многофазный насос МВН130, разработанный и изготовленный в ОАО «Турбонасос» (г. Воронеж).
Наработка насосов до капремонта составляет 15 000 маш\часов. Станция имеет высокую степень надежности и безопасности. В основе этих качеств лежат конструкторские и технологические решения в таких вопросах как:
· внедрение патентованной автоматической системы зажижения гидравлического контура насоса, что обеспечивает работу станции на газовой пробке в течение 4 часов непрерывно;
· внедрение системы двойных торцевых уплотнений, обеспечивающей внешнюю герметичность насосов даже в случае полного внезапного обесточивании станции при условии нарастания давления на приеме насосов до 20 ати в течение суток;
· разработка и изготовление сложных сопряженных пространственных винтовых поверхностей, обеспечивающих зазоры на уровне 150-200 мкм и высокие гидравлические характеристики (Рис.2) [5].
РИС. 2. Винтовая пара насоса МВН130
Ряд высоких эксплуатационных характеристик станции был достигнут совместными усилиями разработчиков и эксплуатирующим персоналом ООО «ЛУКОЙЛ – ПЕРМЬ», это, прежде всего:
· доводка до заданного ресурса двойных торцевых уплотнений;
· отработка алгоритмов регулирования режимов работы, включая работу системы зажижения;
· модернизация системы частотного управления насосами.
Второе поколение отечественных многофазных станций создавалось с 2010 по 2015 гг. ОАО «Турбонасос» разработало базовый проект и приступило к изготовлению станций нового поколения. Головной станцией является МНС240 ВД, разработанная по техническому заданию ОАО «Роснефть». Она состоит из насосного модуля производительностью 240 м3/час с дифференциальным напором более 40 ати. Комплектуя насосные модули (полной заводской готовности) по мере нарастания добычи разрабатываемого месторождения, можно достигать суммарной производительности 1000 м3/час и более Как показала конструкторская проработка, создание модулей полной заводской готовности производительностью более 400-500 м3/час не целесообразно по причине стесненности внутреннего пространства модуля и неудобства эксплуатации.
Для модулей большой производительности (более 400-500 м3/час) принята концепция их монтажа на месте эксплуатации из конструктивных элементов максимальной заводской готовности на сборном рамном основании. Такая технология позволяет в сжатые сроки провести сборку модуля станции на объекте Заказчика.
Многофазная насосная станция МНС240ВД относится к группе перекачивающего оборудования и работает в автоматическом режиме. Станция предназначена для перекачивания многофазных сред, содержащих нефть, газ, воду и твердые включения.
Станция состоит из модуля насосного, модуля управления, блока фильтров и блока зажижения. Для обеспечения функционирования станции в ней предусмотрены системы: автоматического управления и контроля, зажижения газа, вентиляции, обогрева, пожаротушения, газоанализа и освещения.
Основные технические характеристики станций МНС240 и МНС-60
Оборудование станции располагается в двух модулях – насосном и управления. Станция комплектуется блоками фильтров и зажижения газа. Связь между модулями осуществляется межбоксовыми соединениями.
Установка модулей и блоков станции производится на подготовленные фундаменты.
В насосном модуле расположен электронасосный агрегат (ЭНА), состоящий из многофазного винтового насоса и электродвигателя, смонтированных на общей раме и соединенных муфтой (Рис. 3).
На подводящем трубопроводе установлен блок фильтров (Рис.4) для очистки многофазной среды, поступающей на вход в станцию. С целью обеспечения возможности очистки фильтров без остановки насосной станции на блоке фильтров предусмотрена параллельная установка двух фильтров.
Степень загрязненности фильтра определяется разностью давлений между входом и выходом фильтра.
Для обеспечения возможности перекачки «газовых пробок» большого объема предусмотрена патентованная система зажижения газа.
Модульная установка пожаротушения порошкового типа во взрывозащищенном исполнении приводится в действие от установленных на потолке бокса тепловых датчиков при повышении температуры в помещении до 72°С. При пожаре выключается вентиляция и останавливается станция.
Модуль управления состоит из бокса с расположенным внутри него оборудованием системы автоматического управления и контроля (САУК), системами жизнеобеспечения, средствами пожаротушения.
Контроль давления и температуры многофазной среды на входе в станцию осуществляется датчиками давления и температуры, установленными на входном коллекторе. Информация с датчиков поступает в САУК станции для управления ее работой.
С целью обеспечения надежной работы уплотнений насосов, масло подается с давлением, превышающим на 0,15-0,2 МПа давление многофазной среды на входе в Электронасосный агрегат. Требуемый перепад между давлением масла на выходе из уплотнений электронасосного агрегата и давлением многофазной среды на входе в электронасосный агрегат поддерживается регулятором давления, который расположен в станции смазки.
Система зажижения предназначена для обеспечения перекачки станцией многофазной смеси с газосодержанием свыше 95%, в том числе и 100% газа (газовых пробок).
Управление режимами станции осуществляется от промышленного контроллера (управление «нижнего» уровня) на всех этапах работы станции:
* подготовка и запуск станции в работу;
* работа станции в режиме поддержания параметров мультифазной смеси на приеме станции с целью стабилизации работы насосов скважин;
* ограничение режима напорности станции для защиты трубопровода от давления, превышающего допустимый уровень;
* автоматическое отключение и обесточивание аварийного агрегата;
* останов станции и приведение в исходное состояние.
Регулирование параметров станции проводится за счет изменения числа оборотов электропривода насоса с помощью преобразователя частоты.
В состав системы управления станции входит промышленный компьютер системы «верхнего» уровня. На мониторе этой системы отражается текущее состояние станции, параметры ее работы, предупреждения и информация о предельных параметрах в том числе извещения о предельных концентрациях.
Вся текущая информация архивируется и хранится в базе данных. Параметры технологических режимов станции представляются в удобной для анализа форме – в виде сжатых или растянутых графиков или таблиц, что позволяет контролировать режимы работы станции, анализировать тренды параметров и выявлять причины отклонений.
Система управления станцией организована таким образом, что работа станции не зависит от отказов «верхнего» уровня, а база данных автоматически восстанавливается от управляющего контроллера.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Ситенков В.Т. Эффективность применения многофазной технологии при сборе, подготовке и транспорте нефти. Ж. Нефтегазовые технологии, № 6-2000 г. с. 5-9
[2] Рязанцев В.М. Новые мультифазные насосы. Ж. Вестник машиностроения, № 4-2003 г. с. 7-12.
[3] Валюхов С.Г., Веселов В.Н., Скуфинский А.И. Создание насосных станций для транспорта нефтегазовых смесей. Труды I-й Международной научно-технической конференции «СИНТ,01». Воронеж: ОООПИФ «Кварта, 2001 г., стр. 127-133.
[4] Веселов В.Н., Ходус В.В. Оптимизация технологической схемы насосной станции для перекачки многофазной смеси высокого газосодержания. Труды I-й Международной научно-технической конференции «СИНТ,01». Воронеж: ОООПИФ «Кварта, 2001 г., с. 161-166.
[5] Валюхов С.Г., Костин В.А. и др. К кинематике винтовых насосов. Труды математического факультета. Воронеж: из-во ВГУ, 1988, № 3, с. 14-19.
