система и способ регулирования работы мультифазного винтового насоса

Формула изобретения

1. Система регулирования работы мультифазного винтового насоса с, по меньшей мере, одним подающим винтом, заключенным в корпус, имеющий на входе, по меньшей мере, один всасывающий патрубок и, по меньшей мере, один напорный патрубок на выходе, отличающаяся тем, что она содержит установленные на входе и выходе насоса и соединенные с ним последовательно системой трубопроводов, через которую непрерывно прокачивается мультифазная среда или газ, входную и выходную буферные емкости, донные патрубки которых соединены с всасывающим патрубком насоса, а во входной буферной емкости установлен уровнемер, по сигналу которого происходит снижение оборотов подающего винта насоса при появлении жидкости во входной буферной емкости по окончании прохождения газовой пробки.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что подача жидкости из выходной емкости на всасывающий патрубок насоса производится при отсутствии жидкости во входной буферной емкости.

3. Система по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что на линии трубопровода, соединяющего донный патрубок выходной буферной емкости с всасывающим патрубком насоса, установлен теплообменник.

4. Система по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что выходной патрубок входной буферной емкости расположен на высоте 2/3 общей высоты буферной емкости, считая от ее донной части.

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что выходной патрубок входной буферной емкости расположен на высоте 2/3 общей высоты буферной емкости, считая от ее донной части.

6. Система по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что выходной патрубок выходной буферной емкости имеет в своей нижней части перфорацию или насадку с перфорацией.

7. Система по п.3, отличающаяся тем, что выходной патрубок выходной буферной емкости имеет в своей нижней части перфорацию или насадку с перфорацией.

8. Система по п.4, отличающаяся тем, что выходной патрубок выходной буферной емкости имеет в своей нижней части перфорацию или насадку с перфорацией.

9. Система по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что расход жидкости, поступающей на всасывающий патрубок насоса через донные патрубки входной и выходной буферных емкостей, составляет 3-5% от общего потока, проходящего через насос жидкости.

10. Система по п.3, отличающаяся тем, что расход жидкости, поступающей на всасывающий патрубок насоса через донные патрубки входной и выходной буферных емкостей, составляет 3-5% от общего потока, проходящего через насос жидкости.

11. Система по п.4, отличающаяся тем, что расход жидкости, поступающей на всасывающий патрубок насоса через донные патрубки входной и выходной буферных емкостей, составляет 3-5% от общего потока, проходящего через насос жидкости.

12. Система по п.6, отличающаяся тем, что расход жидкости, поступающей на всасывающий патрубок насоса через донные патрубки входной и выходной буферных емкостей, составляет 3-5% от общего потока, проходящего через насос жидкости.

13. Способ регулирования работы мультифазного винтового насоса с, по меньшей мере, одним подающим винтом, заключенным в корпус, имеющий на входе, по меньшей мере, один всасывающий патрубок и, по меньшей мере, один напорный патрубок на выходе, отличающийся тем, что часть объемного расхода всасываемой жидкости, непрерывно прокачиваемой через насос и установленные на его входе и выходе буферные емкости, возвращают в зону всасывания насоса через донный патрубок, по меньшей мере, одной из указанных буферных емкостей, при этом снижение оборотов подающего винта насоса при появлении жидкости во входной буферной емкости по окончании прохождения газовой пробки осуществляют по сигналу уровнемера, установленного во входной буферной емкости.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что подачу жидкости из выходной буферной емкости в зону всасывания насоса производят при отсутствии жидкости во входной буферной емкости и завершают при появлении жидкости во входной буферной емкости после окончания прохождения газовой пробки и достижении жидкостью уровня во входной буферной емкости - 30%.

15. Способ по любому из пп.13 и 14, отличающийся тем, что расход жидкости, поступающей на всасывающий патрубок насоса через донные патрубки входной и выходной буферных емкостей, регулируют в пределах 3-5% от общего потока, проходящего через насос жидкости.

16. Способ по любому из пп.13 и 14, отличающийся тем, что уровень находящейся во входной и выходной буферных емкостях мультифазной среды регистрируют с помощью установленных там уровнемеров.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что уровень находящейся во входной и выходной буферных емкостях мультифазной среды регистрируют с помощью установленных в них уровнемеров.

18. Способ по любому из пп.13 и 14, отличающийся тем, что осуществляют контроль давления мультифазной среды на линии нагнетания насоса и блокировку его работы по превышению предельной величины давления.

19. Способ по п.15, отличающийся тем, что осуществляют контроль давления мультифазной среды на линии нагнетания насоса и блокировку его работы по превышению предельной величины давления.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что осуществляют контроль давления мультифазной среды на линии нагнетания насоса и блокировку его работы по превышению предельной величины давления.

21. Способ по любому из пп.13 и 14, отличающийся тем, что осуществляют регулирование оборотов подающего винта насоса в зависимости от давления в зоне всасывания.

22. Способ по п.15, отличающийся тем, что осуществляют регулирование оборотов подающего винта насоса в зависимости от давления в зоне всасывания.

23. Способ по любому из пп.17 и 19, отличающийся тем, что осуществляют регулирование оборотов подающего винта насоса в зависимости от давления в зоне всасывания.

24. Способ по любому из пп.13 и 14, отличающийся тем, что с помощью теплообменника, установленного на линии трубопровода, соединяющего донный патрубок выходной буферной емкости с всасывающим патрубком насоса, снимают тепло циркулирующей в данном контуре жидкости.

25. Способ по п.15, отличающийся тем, что с помощью теплообменника, установленного на линии трубопровода, соединяющего донный патрубок выходной буферной емкости с всасывающим патрубком насоса, снимают тепло циркулирующей в данном контуре жидкости.

26. Способ по любому из пп.17, 19, 22, отличающийся тем, что с помощью теплообменника, установленного на линии трубопровода, соединяющего донный патрубок выходной буферной емкости с всасывающим патрубком насоса, снимают тепло циркулирующей в данном контуре жидкости.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к нефтедобывающей отрасли, а именно - к системам и способам регулирования работы мультифазного (многофазного) винтового насоса (МВН), и может быть использована при перекачке газожидкостных сред, в частности мультифазных сред (МФС), состоящих из сырой нефти (нефть и вода) и попутного нефтяного газа.

Изменяющиеся условия добычи нефти, увеличение обводненности и количества попутного газа требуют применения новых технологий на месторождениях для транспортировки мультифазных водонефтегазовых смесей. Одним из эффективных способов решения этой проблемы является применение мультифазных насосов, которые позволяют гибко реагировать на меняющиеся условия на скважинах.

Мультифазная технология обладает рядом важных достоинств, среди которых можно выделить:

- снижение давления на устье скважины для увеличения продуктивности и продления срока рентабельности эксплуатации месторождения;

- сокращение количества необходимого технологического оборудования;

- снижение негативного воздействия на окружающую среду за счет эффективного использования попутного газа и исключения факельного его сжигания на месторождении;

- продление рентабельной эксплуатации отдаленных и истощающихся месторождений, эксплуатация которых невыгодна при использовании традиционной технологии;

- минимальное воздействие на жидкость - снижение эмульгирования водонефтяной смеси;

- возможность использования для перекачивания нефти в магистральных трубопроводах и в технологических линиях на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Заявляемая система и способ могут использоваться для любых винтовых насосов, как одно, так и двухвинтовых, способных перекачивать многофазные жидкости.

Особенностью работы МВН является то, что при перекачке МФС в трубопроводе, имеющем разный высотный профиль по трассе, доля каждой фракции МФС меняется от нуля до 100%, и, таким образом, может образовываться газовая пробка (100% газ). При таком режиме МВН должен иметь возможность перекачивать газовую пробку, т.е. работать в режиме компрессора. Это обстоятельство (совмещение принципа работы насоса и компрессора) затрудняет надежную работу такого оборудования, так как при работе насоса на перекачке газа возникают значительные перегревы перекачиваемой среды и, как следствие, нагрев узлов и деталей агрегата (при сжатии газа образуется тепло, которое недостаточно эффективно отводится от частей и деталей насоса только за счет естественной конвекции от металла к воздуху окружающей среды), что приводит к нарушению работы насоса и выходу из строя некоторых его деталей (подшипниковых узлов, торцовых уплотнений).

Основное назначение МВН - перекачивать МФС, содержащую жидкую фазу с разным содержанием газа, поэтому зазоры между подающим винтом и корпусной обоймой МВН выполняют увеличенными по сравнению с зазорами в компрессоре, так как уменьшение указанных зазоров при перекачке жидкости приводит к большим нагрузкам на подающие винты. Однако увеличение зазора между подающим винтом и корпусной обоймой приводит к снижению производительности при перекачке газа. Поэтому через МВН, работающий в режиме компрессора при перекачке 100% газа, возникает необходимость подачи в насос жидкости, способствующей охлаждению внутренних деталей насоса и позволяющей за счет заполнения зазора между подающим винтом и корпусной обоймой работать насосу более эффективно в режиме компрессора. Аналогичный прием используется в винтовых компрессорах при перекачке газа, когда для уплотнения зазоров между роторами и стенками корпуса и отвода тепла на всас компрессора впрыскивается масло.

Кроме того, следует учесть, что при работе МВН на МФС после окончания прохождения газовой пробки и появления МФС (жидкость или жидкость+газ) необходимо уменьшить число оборотов МВН, так как существует опасность того, что попадающая на вращающийся с большим числом оборотов подающий винт жидкость вызовет гидравлический удар, в результате чего произойдет выход из строя внутренних деталей насоса и изгиб вала. В компрессоре, работающем на однофазной среде, гидравлический удар исключен. Регулирование давления на всасе компрессора при перекачке чистого газа осуществляется либо изменением числа оборотов вала ротора (что не всегда используется), либо золотниковым устройством, встроенным в винтовой компрессор, который уменьшает длину проточной части ротора. Давление и производительность на всасе МВН может регулироваться только изменением числа оборотов подающего винта МВН.

Таким образом, применение только впрыска теплоотводящей жидкости без комплекса других приемов не может решить проблему надежной работы насоса.

Следовательно, надежная работа МВН подразумевает решение, как минимум, 2-х задач:

1 - подачу на всас МВН теплоотводящей жидкости для охлаждение внутренних узлов и деталей МВН и заполнения зазоров между подающим винтом и корпусной обоймой;

2 - регулирования числа оборотов подающего винта МВН для исключения гидравлического удара после окончания прохождения газовой пробки.

Первая задача может быть решена путем изменения конструкции МВН - оснащение ее дополнительными внутренними устройствами, находящимися во внутренней полости насоса и предусматривающими подачу небольших количеств охлаждающей жидкости, либо путем включения МВН в систему регулирования (подсоединение МВН к внешним устройствам), обеспечивающую постоянную подачу на всас МВН необходимого количества охлаждающей жидкости.

Вторая задача - путем снижения оборотов подающего(их) винта(ов) МВН после прохождения газовой пробки.

Известна (Проспект фирмы BORNEMANN «Multiphase pumps systems, 05.1999, c.2,3) система регулирования работы МВН на случай прохождения МФС, в том числе со 100% содержанием газа, заключающаяся в том, что подача жидкости во внутреннюю полость насоса осуществляется через циркуляционный клапан из сепарационной камеры, находящейся в кожухе насоса.

Недостатком такого способа регулирования работы МВН является ограниченный объем сепарационной камеры и, как следствие, недостаточное количество подаваемой во внутреннюю полость насоса жидкости. При этом в режиме длительного прохождения газовой пробки не обеспечивается необходимый съем тепла в насосе, а потому происходит перегрев внутренних деталей МВН, что приводит к выходу его из строя при длительной прокачке газовой пробки. Из практики работы насоса на заданном давлении при работе МВН в качестве компрессора и расчетов теплосъема известно, что для осуществления теплосъема и нормальной работы насоса в режиме компрессора необходим расход охлаждающей жидкости в пределах 3-5% от производительности насоса. Кроме того, в известной системе регулирования при подаче жидкости периодически или при отсутствии ее подачи происходит загущение жидкости и, как следствие, - забивка нефтяной эмульсией используемого циркуляционного клапана.

Известен (Патент РФ 2213265, МПК 6 F04С 2/16) способ увеличения долговечности работы МВН за счет устранения перегрева внутренних деталей МВН (торцовых уплотнений) путем присоединения к насосу автономной термосифонной системы охлаждения, состоящей из двух емкостей, объединенных трубопроводами в замкнутый контур циркуляции охлаждающей жидкости, улучшающей процесс отвода тепла от пары трения. Наличие дополнительных устройств внутри насоса (подвижное и неподвижное трущиеся кольца; выполнение каналов в корпусе насоса, выполнение участка вала подающего винта, заключенного между торцовыми уплотнениями и подшипниковыми опорами двухступенчатым и опоясанным двумя рядами радиальных отверстий, сообщающихся между собой через канал, выполненный по оси вала) усложняет конструкцию насоса и снижает надежность его работы из-за возможного отказа этих устройств (например, забиваются отверстия, выполненные в валу парафинами и другими компонентами, содержащимися в МФС).

Наиболее близким техническим решением для заявленной группы изобретений является известный (Патент РФ 2101571, МПК 6 F04С 2/16, публ. 10.01.98) двухвинтовой многофазный винтовой насос и способ его эксплуатации, при котором с целью надежного функционирования насоса при высокой доле газа или при ограниченном по времени сухом ходе МВН обеспечивается постоянное наличие остаточной жидкости в корпусе насоса. Данная задача в принятом за прототип техническом решении решена за счет присоединения к нижнему участку полости нагнетания МВН перепускной линии, сообщающейся с полостью всасывания и вместе с подающими органами образующей замкнутую циркуляцию жидкости (часть объемного расхода) в количестве, необходимом для постоянного уплотнения зазоров и обеспечения, таким образом, эффективной работы насоса, а также смазки уплотнений валов для исключения перегрева подающих органов насоса и соответственно его поломки. Недостатком известного технического решения является то, что при длительном перекачивании газовой пробки (фаза сухого хода) через насос подача жидкости из линии нагнетания в линию всасывания насоса прекращается из-за ее отсутствия в линии нагнетания, вследствие чего происходит перегрев внутренних деталей насоса и выход его из строя.

Таким образом, известные системы и способы регулирования работы МВН позволяют МВН, как правило, работать непродолжительное время (от 10 до 30 мин) в «сухом» режиме, однако не приспособлены к работе в условиях длительного прохождения газовой пробки, которая, исходя из опыта эксплуатации, может продолжаться более 1 (одного) часа.

Задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, состоит в создании условий для безаварийной эксплуатации оборудования, предназначенного для транспортировки мультифазных водонефтегазовых смесей.

Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении и использовании данной группы изобретений, заключается в увеличении надежности и эффективности работы МВН при перекачке МФС и, как следствие, повышении его производительности.

Указанный единый технический результат для объекта «Система регулирования работы мультифазного винтового насоса» достигается за счет того, что известная система регулирования работы мультифазного винтового насоса с, по меньшей мере, одним подающим винтом, заключенным в корпус, имеющий на входе, по меньшей мере, один всасывающий патрубок и, по меньшей мере, один напорный патрубок на выходе, содержит установленные на входе и выходе насоса и соединенные с ним последовательно системой трубопроводов, через которую непрерывно прокачивается мультифазная среда или газ, входная и выходная буферные емкости, донные патрубки которых соединены с всасывающим патрубком насоса для подачи теплоотводящей жидкости на вход МВН, а во входной буферной емкости установлен уровнемер, выполняющий роль датчика, по сигналу которого происходит снижение оборотов подающего винта насоса до номинальных (число оборотов подающего винта насоса при его нормальной работе, когда не происходит их увеличение или снижение) при появлении жидкости во входной буферной емкости по окончании прохождения газовой пробки.

Указанный единый технический результат для объекта «Способ регулирования работы мультифазного винтового насоса» достигается за счет того, что в способе регулирования работы мультифазного винтового насоса с, по меньшей мере, одним подающим винтом, заключенным в корпус, имеющий на входе, по меньшей мере, один всасывающий патрубок, и, по меньшей мере, один напорный патрубок на выходе, часть объемного расхода всасываемой жидкости, непрерывно прокачиваемой через насос и установленные на его входе и выходе буферные емкости, возвращают в зону всасывания насоса через донный патрубок, по меньшей мере, одной из указанных входной и выходной буферных емкостей, при этом снижение оборотов подающего винта насоса при появлении жидкости во входной буферной емкости по окончании прохождения газовой пробки осуществляют по сигналу уровнемера, установленного во входной буферной емкости.

Для работы МВН без перегрева в условиях повышенного содержания газа, когда жидкая фаза МФС гарантированно поступает из выходного патрубка входной буферной емкости на всас МВН (соответствует уровню МФС во входной буферной емкости ~ более 80%), в заявленной системе регулирования работы МВН предусмотрены следующие режимы подачи МФС из входной и выходной буферных емкостей на вход (в полость всасывания насоса через всасывающий патрубок) МВН:

- первый вариант - МФС или ее жидкая фаза постоянно подаются на всас МВН по линии «большого расхода» (выходной патрубок входной буферной емкости -всасывающий патрубок МВН), линии «первого малого расхода» (донный патрубок входной буферной емкости - всасывающий патрубок МВН) и линии «второго малого расхода»;

- второй вариант - МФС или ее жидкая фаза постоянно подаются на всас МВН по линии «большого расхода» (выходной патрубок входной буферной емкости -всасывающий патрубок МВН) и линии «первого малого расхода» (донный патрубок входной буферной емкости - всасывающий патрубок МВН).

Для работы МВН без перегрева в условиях прохождения газовой пробки, когда жидкая фаза МФС поступает из входной буферной емкости на всас МВН только по линии «первого малого расхода» (соответствует уровню МФС во входной буферной емкости ниже 80%), или в условиях длительного прохождения газовой пробки, когда отсутствует поступление МФС или ее жидкой фазы из входной буферной емкости на всас МВН, в заявленной системе регулирования работы МВН предусмотрен режим подачи жидкости на всас насоса по линии «второго малого расхода» (донный патрубок выходной буферной емкости - всасывающий патрубок МВН). Используя постоянно две линии «малого расхода» буферных емкостей, установленных на входе и выходе МВН, можно гарантированно обеспечить прохождение 100% газовой пробки в длительном режиме без нагрева узлов и деталей МВН любой конструкции и обеспечить его безаварийную работу.

Кроме того, в заявленной системе регулирования работы МВН помимо регулирования оборотов подающего(их) винта(ов) МВН в зависимости от давления в зоне всасывания МВН (подача сигнала от датчика давления на всасе на преобразователь частоты, который снижает или увеличивает обороты насоса при отклонении их от установленного для заданного значения давления на всасе) предусмотрено снижение оборотов подающего(их) винта(ов) насоса при появлении жидкости во входной буферной емкости по окончании прохождения газовой пробки для исключения гидроудара. Данное решение в системе реализовано путем установки во входной буферной емкости уровнемера, выполняющего роль датчика, по сигналу которого осуществляют снижение оборотов подающего(их) винта(ов) МВН при появлении во входной буферной емкости жидкости после прохождения газовой пробки.

То есть вышеописанная схема регулирования работы МВН, имеющая 3 возможные линии расхода, и реализованный в ней способ регулирования работы МВН позволяют:

1. перекачивать 100% газ через МВН в длительном режиме без перегрева внутренних деталей МВН;

2. более эффективно работать МВН в режиме компрессора за счет заполнения зазора между подающим винтом и корпусной обоймой перекачиваемой МФС;

3. подавать МФС после прохождения 100% газа, без гидравлического удара на вращающиеся винты МВН.

Подачу жидкости из выходной буферной емкости в зону всасывания насоса производят постоянно или периодически - при отсутствии жидкости во входной буферной емкости. Периодическая подача жидкости из выходной буферной емкости по линии «второго малого расхода» может быть реализована, например, по сигналу от датчика уровня (уровнемер) входной буферной емкости: подачу жидкости из выходной буферной емкости в зону всасывания производят при отсутствии жидкости во входной буферной емкости (уровень жидкости во входной буферной емкости равен «0») и завершают при появлении жидкости во входной буферной емкости после окончания прохождения газовой пробки и достижения жидкостью уровня 30%.

Критерием целесообразности включения линии «второго малого расхода» является время прохождения газовой пробки и частота их возникновения. В связи с этим режим работы линии «второго малого расхода» определяется для каждого случая индивидуально и зависит от газового фактора (содержания газа в нефти): чем больше газовый фактор и соответственно больше время прохождения газовой пробки, тем выше вероятность того, что линия малого расхода на выходной буферной емкости будет работать непрерывно. Наиболее целесообразна непрерывная работа обеих линий «малого расхода», чтобы избежать застоя жидкости в линиях.

Таким образом, охлаждающая жидкость непрерывно поступает на всас МВН, по меньшей мере, из одной буферной емкости и, по меньшей мере, по одной из трех предусмотренных для этого линий расхода.

Для более эффективной работы предлагаемой системы регулирования работы МВН могут быть предусмотрены следующие конструктивные особенности исполнения отдельных ее устройств и их размещение:

- расположение выходного патрубка входной буферной емкости на высоте 2/3 общей высоты емкости, считая от ее донной части, что желательно для более плавного управления процессом по уровню в этой емкости;

- наличие в нижней части выходного (центрального) патрубка выходной буферной емкости перфорации или насадки с перфорацией: подача МФС через перфорированную насадку исключает барботаж находящейся в выходной буферной емкости МФС, за счет чего снижается количество тепла, передаваемого МФС от циркулирующего потока (при прохождении газовой пробки нагретый в насосе газ не барботирует через находящуюся в выходной буферной емкости циркулирующую жидкость и не нагревает ее дополнительно, а сразу уходит через перфорацию в выходной патрубок);

- изготовление перфорации или перфорированной насадки таким образом, что площадь отверстий равна площади сечения входного патрубка выходной буферной емкости, что позволяет избежать создания дополнительного гидравлического сопротивления между входом и выходом МФС, что более предпочтительно для работы МВН;

- размещение нижнего среза выходного патрубка выходной буферной емкости (или нижнего среза перфорированного участка или насадки) насадки выше верхнего среза (верхняя точка вертикального сечения) входного патрубка, примерно на высоте, соответствующей 45-50% уровню жидкости в этой буферной емкости, с целью накопления жидкости в выходной буферной емкости в количестве, необходимом для создания стабильного циркуляционного потока;

- установка на линии трубопровода, соединяющего донный патрубок выходной буферной емкости с всасывающим патрубком насоса, теплообменника для снятия образуемого при сжатии газа в МФН при перекачке газовой пробки тепла жидкости, циркулирующей в данном контуре по линии «второго малого расхода».

Кроме того, в системе предусмотрено регулирование расхода жидкости, поступающей на всасывающий патрубок насоса через донные патрубки входной и выходной буферных емкостей, в пределах 3-5% от общего потока проходящей через насос МФС в номинальном режиме его работы. Расход подаваемой жидкости на всас МВН из каждой буферной емкости по этим линиям регулируется ручными клапанами по показаниям расходомеров, установленных соответственно на каждой линии «малого расхода».

В системе регулирования предусмотрен также датчик, с помощью которого осуществляют контроль давления мультифазной среды на линии нагнетания МВН и блокировку его работы по превышению предельной (на которое рассчитан трубопровод) величины давления, а в буферных емкостях - радарные уровнемеры, позволяющие регистрировать уровень находящейся в них МФС.

Предлагаемая система и способ регулирования работы МВН (схема обвязки МВН) позволяют не только увеличить надежность его работы и снизить затраты на перекачку МФС, но и значительно упростить известные конструкции МВН с дополнительными внутренними устройствами, что является дополнительным техническим результатом.

При использовании предлагаемых системы и способа регулирования работы мультифазного винтового насоса снижаются также расходы на его эксплуатацию:

- снижается расход потребляемой мощности на перекачку МФС за счет поддержания давления насоса в оптимальном режиме;

- в результате плавной, без перегрева работы уплотнений и подшипниковых узлов насоса увеличивается межремонтный цикл;

- увеличивается срок службы внутренней заменяемой обоймы за счет плавной, без деформаций работы валов и винтов насоса.

Предлагаемые схема и способ регулирования работы МВН позволяет получать оператору всю информацию о процессе перекачки МФС: оператор может видеть на экране дисплея момент образования и окончания прохождения газовой пробки и режим работы насоса в момент ее прохождения.

Дополнительно следует отметить, что при возможных пульсациях в трубопроводе подачи МФС встроенные в систему входная и выходная буферные емкости выполняют роль демпфера.

Сущность заявленной группы изобретений поясняется следующими чертежами:

- фиг.1 - гидравлическая схема системы регулирования мультифазного (многофазного) винтового насоса;

- фиг.2 - эскиз входной буферной емкости системы регулирования;

- фиг.3 - эскиз выходной буферной емкости системы регулирования.

Ниже, на примере описания конкретных системы и способа регулирования работы мультифазного двухвинтового винтового насоса приводятся сведения, подтверждающие осуществление заявленной группы изобретений с достижением вышеуказанного единого технического результата.

Система регулирования мультифазного винтового насоса (см. фиг.1) содержит предназначенный для перекачки МФС, состоящей из сырой нефти и попутного нефтяного газа, мультифазный двухвинтовой насос марки MR 250 фирмы Rosscor 1 производительностью 180 м³/час, на входе (всасывающий патрубок) 2 и выходе (напорный патрубок) 3 которого установлены буферные сепарационные емкости: входная 4 емкостью 3 м³ и выходная 5 емкостью 6 м³. Через насос и соединенные с ним последовательно системой трубопроводов буферные емкости непрерывно прокачивается МФС. Донные патрубки входной и выходной буферных емкостей соединены с всасывающим патрубком (всас) 2 МВН системой трубопроводов для подачи жидкой фазы МФС на вход МВН.

Входная буферная емкость 4 (фиг.2) снабжена установленным в ее средней цилиндрической части входным патрубком 6, через который МФС поступает в емкость из магистрального трубопровода и далее подается через расположенный выше входного патрубка выходной патрубок 7 на вход МВН, и расположенным в донной части емкости патрубком 8 (донный патрубок).

Линия трубопровода, по которой при нормальном режиме работы (отсутствии 100% газовой пробки) МФС из входной буферной емкости 4 через выходной патрубок 7 поступает на всасывающий патрубок 2 МВН, образует линию «большого» расхода. При этом количество МФС во входной буферной емкости находится на уровне не ниже 80% от возможного общего ее объема (часть объема занимает газовая фаза), МВН находится под наливом МФС и идет ее перекачивание. При уменьшении уровня МФС во входной буферной емкости ниже 80% начинается прохождение через МВН газовой пробки.

Линия трубопровода, по которой при работе МВН жидкая фаза МФС поступает из входной буферной емкости 4 через донный патрубок 8 на вход (всасывающий патрубок) 2 МВН, образует линию «первого малого расхода».

Установленная на выходе (напорный патрубок) 3 из МВН выходная буферная емкость 5 (см. фиг.3) содержит расположенный в своей средней части входной патрубок 9, на который подается МФС с нагнетания МВН (нагнетательная линия), опущенный вертикально в буферную емкость выходной (центральный) патрубок 10, предназначенный для выхода МФС в магистральный трубопровод, и соединенный с всасом (всасывающий патрубок) МВН выходной донный патрубок 11. Центральный патрубок имеет перфорированную насадку 12 с отверстиями, живое сечение которых по площади равно площади сечения входного патрубка 9 буферной емкости, и опущен в емкость на глубину, соответствующую 45-50% уровня МФС в этой емкости, причем нижний срез насадки расположен выше верхнего среза (верхняя точка вертикального сечения) входного патрубка 9. Подача МФС через перфорированную насадку исключает барботаж находящейся в выходной буферной емкости МФС, за счет чего снижается количество тепла, передаваемого МФС от циркулирующего потока: при прохождении газовой пробки нагретый в насосе газ не барботирует через находящуюся в выходной буферной емкости циркулирующую жидкость и не нагревает ее дополнительно, а сразу уходит через перфорацию в выходной патрубок 10.

Так как выбор объема буферной емкости, как и объем охлаждающей жидкости, зависит от производительности насоса, то при объеме входной буферной емкости 3 м³ , а выходной 6 м³ для обеспечения температуры поступающей на всас МВН жидкости по линиям «малого расхода» не более 45-50 градусов, объем находящейся в выходной буферной емкости циркулирующей жидкости составляет в данном примере ~2% от производительности насоса.

Расход подаваемой на всас МВН жидкости из каждой буферной емкости настраивается ручными клапанами 13 (HSV) и 14 (HSV) по показаниям расходомеров 15 и 16, установленных соответственно на каждой линии «малого расхода». Расходомеры дают возможность установить требуемый расход жидкости по линиям «малого расхода» в интервале 3-5% (выбирается опытным путем и зависит от температуры газа, подаваемого в МВН) от общего потока МФС, перекачиваемой МВН в номинальном режиме, при этом расход МФС по линии «большого» расхода не уменьшается. При необходимости этот показатель можно откорректировать с помощью клапанов 13 и 14.

По датчику 17 (PISA003) в системе осуществляется контроль давления на линии нагнетания МВН и блокировка его работы по превышению предельной (на которое рассчитан трубопровод) величины давления, а радарные уровнемеры 18 и 19 (LRC 002, LTA 004) в буферных емкостях позволяют регистрировать уровень находящейся в них МФС. Установленный во входной буферной емкости уровнемер 18 кроме функции слежения за уровнем МФС в буферной емкости выполняет роль датчика, по сигналу которого снижаются обороты двигателя МВН после прохождения 100% газовой пробки, что необходимо для исключения гидравлического удара (резкого ударного воздействия) на винты насоса.

Описываемая система регулировки работы МВН настроена таким образом, что поступление жидкой фазы МФС из выходной буферной емкости на всас насоса производят периодически - только при отсутствии ее поступления на всас насоса из входной буферной емкости (по линиям «большого» и «первого малого расхода»): начинают при отсутствии жидкости во входной буферной емкости и завершают при ее появлении там после окончания прохождения газовой пробки и достижении жидкостью во входной буферной емкости уровня 30%.

В длительном режиме прохождения 100% газовой пробки жидкость из входной буферной емкости полностью удаляется, при этом подача МФС или ее жидкой фазы по линии «большого расхода» и линии «первого малого расхода» равна «0», однако при этом осуществляется подача жидкой фазы МФС на всас МВН из выходной буферной емкости 5 по линии «второго малого расхода», которую образует линия трубопровода, соединяющая выходной донный патрубок 11 выходной буферной емкости с всасывающим патрубком 2 МВН.

Т.е., когда прекращается поступление жидкости из входной буферной емкости по линии «малого расхода» (входная буферная емкость пуста), по сигналу уровнемера 18 открывается клапан 23 на линии «второго малого расхода» и начинается подача жидкости по линии «второго малого расхода» на всас насоса. Отключается клапан 23 на линии «второго малого расхода» выходной буферной емкости при достижении во входной буферной емкости жидкостью уровня 30%, т.е. когда точно прошла газовая пробка. В это время уже начинает работать линия «первого малого расхода» на подачу жидкости на всас насоса, а потому линия «второго малого расхода» может быть закрыта. При этом клапан 23, через который подают жидкость на всас МВН по линии «второго малого расхода», располагают как можно ближе к донному патрубку 11 выходной буферной емкости или устанавливают его прямо в буферную емкость (используют грибковый донный клапан, встроенный в буферную емкость). Это необходимо для того, чтобы при отсутствии расхода по линии «второго малого расхода» не возникало застойных зон в этой части трубопровода.

Циркуляционный расход жидкой фазы из выходной буферной емкости по линии «второго малого расхода», когда отсутствует поступление МФС или ее жидкой фазы из входной буферной емкости, настраивают вручную регулирующим клапаном 13 также в пределах 3-5% от номинальной производительности МВН.

Тепло при циркуляции жидкой фазы по линии «второго малого расхода» при перекачке газовой пробки снимается с помощью выносного теплообменника (охладитель воздушный) 20, установленного в данном контуре циркуляции, а его включение в работу осуществляется при максимальной температуре МФС в выходной буферной емкости, равной 55-65 градусов Цельсия.

Регулирование оборотов подающего(их) винта(ов) МВН происходит следующим образом.

При нормальном режиме работы (отсутствие 100% газовой пробки) на всасе МВН с помощью преобразователя частоты 21 (VRS/VSD) поддерживается постоянное давление. Колебание уровня жидкости в пределах от 80-100% ее объема (часть объема камеры занимает газ) во входной буферной емкости не влияет на работу насоса, т.к. в таком режиме он всегда находится под наливом жидкости. В этом случае подача (впрыск) МФС или ее жидкой фазы на всас МВН осуществляется только из входной буферной емкости по линиям «большого» и «первого малого расхода» или из обеих буферных емкостей - по линиям «большого» и двум линиям «малого расхода».

При прохождении 100% газовой пробки (уровень жидкости во входной буферной емкости ниже 80%) начинается снижение давления во входной буферной емкости, и насос, стремясь вернуть давление в заданное значение, начинает увеличивать обороты, чтобы прокачать газовую пробку и привести давление во входной буферной емкости до уровня заданного технологией (например, 0,7 МПа). После окончания прохождения 100% газовой пробки, о чем будет свидетельствовать возрастание уровня МФС во входной буферной емкости до значения 30-40% и начале поступления жидкости на всас МВН по линии «первого малого расхода», на преобразователь частоты 21 от уровнемера 18 подается сигнал о необходимости снижения оборотов винта(ов) МВН до номинальных. К моменту, когда произойдет снижение оборотов, уровень МФС во входной буферной емкости уже достигнет 80%, и ее подача по линии «большого расхода» на всас насоса будет осуществляться уже при пониженных оборотах. После снижения оборотов МВН до номинальных и начала подачи на всас насоса МФС из входной буферной емкости начинает работать датчик 22 (PRCSA/001), по сигналу которого будет регулироваться давление МФС на всасе МВН. Значения уровня появления жидкости 30-40% и уровня предварения заполнения входной буферной емкости до 80% до начала подачи МФС рассчитываются из времени набора /снижения оборотов двигателя насоса.