Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ДВУХ ДОЖИМНЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИХ ПЕРИОДИЧЕСКУЮ ОТКАЧКУ ЖИДКОСТИ В ОДИН И ТОТ ЖЕ ТРУБОПРОВОД

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам транспортирования высокообводненной нефти с использованием дожимной насосной станции (ДНС).

При периодической работе нескольких ДНС на один трубопровод для сокращения времени совместной откачки, снижения давления в трубопроводе и расхода электроэнергии на перекачку необходимо решить проблему синхронизации работы насосных агрегатов разных ДНС. В идеальном варианте ДНС должны работать в непрерывном режиме. На практике преобладает периодический вариант откачки - насосы автоматически включаются при достижении верхнего уровня в буферной емкости и отключаются, если уровень жидкости в емкости опускается ниже минимального. Предельные уровни устанавливаются специалистами по автоматике. Уставки могут меняться в зависимости от содержания компонентов (газ, нефть, вода) в сырье, поступающим с промыслов, и степени его разрушенности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому является способ регулирования режима работы двух ДНС, осуществляющих периодическую откачку жидкости в один и тот же трубопровод (см. Пергушев Л.П., Фаттахов Р.Б., Сахабутдинов Р.З., Соболев С.А. Анализ режимов работы дожимной насосной станции. // Нефтяное хозяйство. - 2005. - №5. - С.134-137), заключающийся в проведении коррекции в случае значительного совмещения времени откачки в виде пуска насоса ДНС1, имеющей больший период работы (сумма средних величин времени работы и простоя), через время, не ранее

где П₁, σ_1,п - среднее время простоя и его стандартное отклонение для ДНС1;

P₂ - среднее время откачки для ДНС2,

сразу же после прекращения откачки насоса ДНС2, имеющей меньший период работы.

Недостатком известного способа является снижение эффективности при наличии существенного различия в периодах работы ДНС, а так же при неблагоприятном соотношении времени откачки и простоя ДНС. Кроме того, в случаях большого значения стандартного отклонения величина П₁-3·σ_1,п-P₂ становится малой или даже отрицательной, а эффект коррекции становится размытым, неопределенным.

Решаемая технически задача состоит в том, чтобы обеспечить минимально возможное время совместной откачки, как в детерминированных условиях, так и при наличии воздействия случайных факторов, приводящих к заметному отклонению фактических значений параметров от среднего, характеризуемого стандартным отклонением.

Поставленная техническая задача решается описываемым способом регулирования режима работы двух дожимных насосных станций (ДНС1 и ДНС2), буферные емкости которых оснащены уровнемерами с заданными первоначальными уставками, осуществляющих периодическую откачку жидкости из соответствующих буферных емкостей в один и тот же трубопровод, включающий регистрацию времени пуска и останова насосов на диспетчерском пульте с исключением одновременной откачки.

Новым является то, что по истечении определенного времени, достаточного для накопления объема данных, необходимого для получения статистически достоверного результата, определяют средние значения времени работы и простоя, а также их периоды, равные сумме времени работы и простоя, затем меняют уставки уровнемеров буферной емкости дожимной насосной станции, имеющей больший период, так, чтобы новый период был равен периоду другой дожимной насосной станции, после чего для сокращения времени совместной работы и исключения одновременного пуска выполняют коррекцию времени ее пуска.

На чертеже изображена система нефтесбора, для которой осуществляют способ.

Способ осуществляют следующим образом. Регистрируют моменты пуска и останова насосов 1 и 2, соответствующих ДНС1 и ДНС2, и, используя средства телемеханики 3, передают данные на диспетчерский пульт (ДП) при центральном сборном пункте (ЦСП) в специальное электронное устройство (контроллер, компьютер), не показанное на чертеже. По истечении определенного времени, достаточного для накопления объема данных, необходимого для получения статистически достоверного результата, рассчитывают средние значения времени работы P₁, P₂ соответственно насосов 1 и 2 и простоя П₁, П₂, периоды Т₁=Р₁+П₁, Т₂=Р₂+П₂, стандартные отклонения времени работы σ_1p, σ_2р; простоя σ_1п, σ_2п; периода σ₁, σ₂. Затем меняют уставки уровнемеров буферной емкости ДНС, имеющей больший период (например, ДНС1), так, чтобы новый период ДНС1 был равен периоду ДНС2, после чего для сокращения времени совместной откачки и исключения одновременного пуска обеих ДНС выполняют коррекцию режима работы ДНС1.

Корректирующее время пуска насоса ДНС1 осуществляют в момент времени t₂, который рассчитывают по формуле:

где t₁ - момент времени, соответствующий первому пуску насоса ДНС1 после изменения уставок; П_1,н, Т_1,н - новые значения времени работы и простоя насоса ДНС1; α - время работы насоса ДНС2 на момент t₁.

Рассчитывают время работы Р_1,корр насоса ДНС1, необходимого для достижения максимального положительного эффекта от осуществления коррекции, по формуле:

В дальнейшем пуск и останов насосов осуществляется автоматически, по мере заполнения и опорожнения емкостей ДНС, до того момента, когда доля времени совместной работы насосов не превысит критическую величину, определяемую эмпирическим путем.

Пример конкретного выполнения.

Система нефтесбора работает следующим образом. Нефть со скважин поступает на буферные емкости 4 и 5 дожимных насосных станций, соответственно, ДНС1 и ДНС2. Здесь из буферных емкостей 4 и 5 отбирается газ, который под собственным давлением поступает в газопровод (на чертеже не показан). Жидкость поступает на прием насосов 1 и 2 и далее по напорному трубопроводу 6 на ЦСП. Контроль и управление режимами работы ДНС1 и ДНС2 осуществляется с ДП при ЦСП. Связь с объектами осуществляется с помощью средств телемеханики, например, используя радиомодемы 3.

В таблице приведены результаты обработки оперативных данных по двум ДНС НГДУ «Азнакаевскнефть» ОАО «Татнефть», качающих в один трубопровод, за период 08.03.07-12.03.07.

Время совместной откачки за исследованный период времени составило 32,6 часа, что составляет 58,9% от общей наработки насоса 1 ДНС1 и 58,4% от общей наработки насоса 2 ДНС2.

Проведем оптимизацию режима работы ДНС по алгоритму предлагаемого способа.

Период ДНС1 уменьшаем до периода работы ДНС2, т.е. в 3,45/2,00=1,725 раза.

Рассчитываем новое время работы и простоя насоса ДНС1 по формулам (4) и (5):

Потом меняем уставки уровнемеров (на чертеже не показаны) буферной емкости 1 ДНС1, так, чтобы они соответствовали найденным оптимальным значениям параметров работы (P₁) и простоя (П₁).

После чего для сокращения времени совместной работы и исключения одновременного пуска обеих ДНС1 и ДНС2 выполняем коррекцию режима работы ДНС1. Для этого корректирующий пуск насоса 1 ДНС1 осуществляют в момент t₂, рассчитываемый по формуле (2). Подставляя в формулу (2) значения параметров, получим, что время от останова до корректирующего пуска составит:

(принято α=0, что соответствует самому неблагоприятному случаю, когда в момент t₁ насосы обеих ДНС1 и ДНС2 включились одновременно).

Рассчитываем время работы насоса ДНС1 в режиме коррекции по формуле (3):

Таким образом, время коррекции составит 0,56+0,48=1,04 ч, что совпадает со временем простоя насоса ДНС2, и поэтому в момент останова насоса 1 ДНС1 включится насос 2 ДНС2. В дальнейшем пуск и останов насосов 1 и 2 осуществляется автоматически, по мере заполнения и опорожнения емкостей 4 и 5 ДНС1 и ДНС2, до того момента, когда доля времени совместной работы насосов 1 и 2 не превысит критическую величину, определяемую эмпирическим путем. Если бы отсутствовала случайная составляющая в значениях времени работы и простоя насосов 1 и 2, то достаточно было бы одной коррекции. Действительно, установив один раз момент пуска насоса 1 ДНС1, например, спустя 5 минут после останова насоса 2 ДНС2, мы имеем идеальный вариант - полное отсутствие совместной работы. Насос 1 ДНС1 всегда будет останавливаться за 1,04-(5/60)-0,92=0,037 ч=2,2 минуты до запуска насоса 2 ДНС2. Однако в силу действия различных случайных факторов, будет происходить изменение времени работы (P₁ и Р₂) насосов 1 и 2 и простоя (П₁ и П₂), что приведет к появлению и росту времени совместной работы насосов 1 и 2. После того, как доля времени совместной работы насосов превысит критическую величину, определяемую эмпирическим путем, коррекция повторяется. Чем больше выбрана критическая величина, тем реже будут проводиться коррекции. При малой величине критического значения время совместной работы будет небольшим, но частые коррекции приведут к росту числа пуск-остановов насоса 1 ДНС1, что нежелательно. В конечном счете, предпочтительней, чтобы выбор критической величины осуществлялся специалистами нефтепромысла. В нашем случае эта величина принята равной 1,0 ч за сутки, что составляет 9% от среднесуточного времени работы каждого из насосов 1 и 2. Эта величина намного ниже значения при работе насосов без проведения коррекции (58-59%). В случае прототипа коррекция выполняется не ранее чем через время (см. формулу 1) П₁-3·σ_1,п-Р₂=1,86-3·0,227-0,96=0,219 ч после останова насоса 1 ДНС1, сразу после останова насоса 2 ДНС2. Для самого неблагоприятного случая, когда пуск насосов 1 и 2 обеих ДНС1 и ДНС2 произошел одновременно, останов насоса 2 ДНС2 произойдет спустя (0,96+1,04+0,96)-1,59=1,37 ч после останова насоса 1 ДНС1. После корректирующего пуска насос 1 ДНС1 проработает 1,59·(1,37/1,86)=1,17 ч. К этому моменту насос 2 ДНС2 включится, но проработает всего лишь 1,17-1,04=0,13 ч. За последующую неделю после проведения коррекции время совместной работы составит 36 часов или 44% от времени работы насоса ДНС1 (47% - для ДНС2). Если же ограничится сутками, то время совместной работы составит 4 часа или 42% от времени работы насоса ДНС1 (35% - для ДНС2).

Использование предлагаемого способа регулирования режима работы двух ДНС, осуществляющих периодическую откачку жидкости в один и тот же трубопровод, позволяет снизить суммарные затраты электроэнергии на 10-30%, обеспечить более равномерную загрузку трубопровода и установки подготовки нефти, исключить одновременный пуск насосов и высокие давления.