RU47058U1 - MULTI-PHASE MEDIA FOR COMPRESSOR - Google Patents

Abstract

Предлагаемое изобретение относится к области нагнетания многофазных сред, таких как газожидкостные смеси, неосушенные газы и т.д. машинами объемного вытеснения и может найти применение в области добычи углеводородов при вторичных и третичных способах добычи; связанных с нагнетанием в пласты газожидкостных смесей, неосушенных углеводородных газов, инертных газовых смесей и в ряде других технологических процессов при строительстве и эксплуатации скважины указанного назначения. Компрессор для нагнетания многофазных сред содержит приводной блок и блок компримирования, последний включает нагнетатель, рабочую камеру, узел ввода газа или газожидкостной смеси со впускным клапаном и нагнетательный клапан. Последний выполнен самоцентрирующимся со сферической поверхностью тарели. Такое выполнение обеспечивает снижение объема клапанного участка рабочей камеры в несколько раз и тем самым увеличение достигаемой степени повышения давления перекачиваемой среды.The present invention relates to the field of injection of multiphase media, such as gas-liquid mixtures, crude gases, etc. volumetric displacement machines and may find application in the field of hydrocarbon production in secondary and tertiary production methods; associated with the injection into the reservoirs of gas-liquid mixtures, non-dried hydrocarbon gases, inert gas mixtures and in a number of other technological processes during the construction and operation of a well of the indicated purpose. A compressor for injecting multiphase media contains a drive unit and a compression unit, the latter comprising a blower, a working chamber, a gas or gas-liquid mixture input unit with an inlet valve, and a discharge valve. The latter is made self-centering with a spherical surface of the plate. This embodiment reduces the volume of the valve portion of the working chamber by several times and thereby increases the degree of increase in pressure of the pumped medium.

Description

Настоящее предполагаемое изобретение относится к области нагнетания многофазных сред, таких как газожидкостные смеси, неосушенные газы и т.д. машинами объемного вытеснения и может найти применение в области добычи углеводородов при вторичных и третичных способах добычи, связанных с нагнетанием в пласты газожидкостных смесей, неосушенных углеводородных газов, инертных газовых смесей и т.п.. а также в технологических процессах, связанных с интенсификацией добычи нефти и в ряде других технологических операций при строительстве и эксплуатации углеводородных скважин. Обычно на нефтепромысле имеется неосушенных газ, температура которого составляет 40°С, а давление 1,0-1,6 МПА.The present alleged invention relates to the field of injection of multiphase media, such as gas-liquid mixtures, crude gases, etc. volumetric displacement machines and can find application in the field of hydrocarbon production in secondary and tertiary production methods associated with injecting gas-liquid mixtures, non-dried hydrocarbon gases, inert gas mixtures, etc., as well as in technological processes associated with the intensification of oil production and in a number of other technological operations in the construction and operation of hydrocarbon wells. Typically, in the oil field, there is undrained gas, the temperature of which is 40 ° C, and the pressure is 1.0-1.6 MPA.

В процессе выполнения указанных выше технологических операций давление газа, нагнетательного в скважину должно составляет 20-40 МПа, а для приближения процесса сжатия газа к изотермическому его температура не должна превышать 80°С. В настоящее время отечественное оборудование для нагнетания неосушенного газа под указанным давлением не выпускается, а зарубежное поршневые компрессоры высокого давления имеют высокую стоимость и при перекачке ими неосушенного газа может иметь место разрушение компрессора.In the process of performing the above technological operations, the pressure of the gas injected into the well should be 20-40 MPa, and to approximate the process of gas compression to isothermal, its temperature should not exceed 80 ° C. At present, domestic equipment for pumping dry gas under the specified pressure is not available, and foreign piston high-pressure compressors are of high cost and destruction of the compressor may occur when they pump dry gas.

При сжатии газа до указанных давлений его температура может достигать 400°С, в связи с чем для приближения процесса компремирования газа к изотермическому от него должно отводиться тепло, что при использовании известных технических средств представляет значительные трудности.When a gas is compressed to the indicated pressures, its temperature can reach 400 ° С, and therefore, in order to bring the gas compression process closer to isothermal, heat must be removed from it, which when using known technical means presents significant difficulties.

Известны схемы оборудования для осуществления процесса сжатия в нескольких последовательно соединенных межу собой цилиндрах с промежуточным охлаждением газа после каждого сжатия (см. книгу Баскаков А.П., Берг Б.В., Витт O.K. и др. «Теплотехника», Энергоатомиздат 1991 г., стр.53 рис.5.10). Это техническое решение имеет существенных недостаток - усложненные системы сжатия за счет увеличения количества элементов в ней. Известно также охлаждение наружной поверхности Known equipment schemes for the implementation of the compression process in several cylinders in series with each other with intermediate gas cooling after each compression (see the book Baskakov A.P., Berg B.V., Witt OK and others. "Heat Engineering", Energoatomizdat 1991 , p. 53 fig. 5.10). This technical solution has a significant drawback - complicated compression systems by increasing the number of elements in it. Cooling the outside is also known.

цилиндр водой, подаваемой в рубашку, образованную стенками цилиндра (тот же источник, стр.53-55).cylinder with water supplied to a jacket formed by the walls of the cylinder (same source, pp. 53-55).

Известен также ряд устройств, реализующих способ охлаждения сжимаемого в компрессоре газа путем впрыска жидкости в камеру сжатия (пат. Германии №13711, кл. 27 в 14, опубл. в 1880 г.).A number of devices are also known that implement a method of cooling a gas compressed in a compressor by injecting liquid into a compression chamber (German Pat. No. 13711, class 27 in 14, publ. In 1880).

Охлаждение наружной поверхности цилиндра водой, подаваемой в рубашку имеет недостаток - недостаточно высокая эффективность теплоотвода при высоких давлениях из-за дополнительного термического сопротивления, создаваемого стенками цилиндра, а впрыск жидкость в камеру сжатия может привести к разрушению клапанов и механизмов привода нагнетателя из-за гидравлического удара. Известен также способ дожимания и перекачки неосушенного газа по заявке РФ №2003133160/06 от 11.12.2003 г., по которой принято решение от 16.04.2004г. о выдаче патента РФ. В соответствии с этой заявкой охлаждение сжимающего газа осуществляется жидкостью гидрозатвора, создаваемого в камере сжатия.The cooling of the outer surface of the cylinder with water supplied to the jacket has a drawback - the heat removal efficiency is not high enough at high pressures due to the additional thermal resistance created by the cylinder walls, and the injection of liquid into the compression chamber can lead to the destruction of the valves and mechanisms of the supercharger drive due to water hammer . There is also known a method of booster and pumping dry gas according to the application of the Russian Federation No. 2003133160/06 of 12/11/2003, according to which a decision was made on 04/16/2004. on the grant of a patent of the Russian Federation. In accordance with this application, the cooling of the compression gas is carried out by the liquid of the hydraulic lock created in the compression chamber.

Известен также насос-компрессор для дожимания подаваемого в скважину газа в соответствии с полезной моделью РФ №22204 с приоритетом 28.09.2001 г. (автор: Мартынов В.Н.) - прототип.Also known is a pump-compressor for booster gas supplied to the well in accordance with the utility model of the Russian Federation No. 22204 with a priority of September 28, 2001 (author: Martynov V.N.) - prototype.

Указанный насос-компрессор содержит приводной блок и блок компримирования, включающий нагнетатель, рабочую камеру (камеру сжатия), узел ввода газа или газождкостной смеси со впускным клапаном и нагнетательным клапаном тарельчатого типа (фиг.1 указанной полезной модели).Said pump compressor comprises a drive unit and a compression unit including a supercharger, a working chamber (compression chamber), a gas or gas-liquid mixture supply unit with an inlet valve and a poppet type discharge valve (Fig. 1 of the indicated utility model).

Дальнейшее развитие это техническое решение получило в заявке РФ на устройство для нагнетания неосушенного газа №2003137073 от 25.12.2003 г. (авторы: Мартынов В.Н., Ретивых Д.Ю.) согласно этой заявке объем клапанного участка корпуса рабочей камеры должны удовлетворять соответственно:This technical solution was further developed in the application of the Russian Federation for a device for pumping dry gas No. 2003137073 dated December 25, 2003 (authors: Martynov V.N., Retivykh D.Yu.) according to this application, the volume of the valve section of the working chamber body must satisfy, respectively :

(1) (1)

где:Where:

Vкл.уч. - объем клапанного участка;Vcl. - the volume of the valve section;

Voп.н. - объем описываемый нагнетателем;Vo.p. - the volume described by the supercharger;

π - степень повышения давления.π is the degree of pressure increase.

В случае применения тарельчатого клапана (такого как в указанной заявке) с центрирующими ребрами объем нажимного участка Vкл.уч. составляет 8-12% от объема описываемого нагнетателем Voп.н.In the case of the use of a poppet valve (such as in the indicated application) with centering ribs, the volume of the pressure section Vcl. accounts for 8-12% of the volume described by the supercharger Vo.p.

Технической задачей, поставленной при создании заявляемого компрессора для нагнетания многофазных сред является снижение объема клапанного участка рабочей камеры в несколько раз и тем самым увеличение достижимой степени повышения давления.The technical task posed when creating the inventive compressor for pumping multiphase media is to reduce the volume of the valve portion of the working chamber by several times and thereby increase the achievable degree of pressure increase.

Решение поставленной задачи достигается тем, что нагнетательный клапан тарельчатого типа выполнен самоцентрирующимся со сферической The solution to this problem is achieved by the fact that the poppet type discharge valve is made self-centering with a spherical

поверхностью тарели. В этом случае объем клапанного участка рабочей камеры составляет приблизительно 2%, т.е. улучшается условия для действия гидрозатвора и достигаться увеличение степени повышения давления в компрессоре.the surface of the plate. In this case, the volume of the valve portion of the working chamber is approximately 2%, i.e. the conditions for the action of the hydraulic lock are improved and an increase in the degree of increase in pressure in the compressor is achieved.

Технические признаки заявляемого компрессора могут быть реализованы с помощью средств, используемых в области нагнетания газов машинами объемного вытеснения.Technical features of the inventive compressor can be implemented using tools used in the field of gas injection by volume displacement machines.

Отличительные признаки, отраженные в формуле изобретения необходимы и достаточны для его осуществления, т.к. обеспечивают решение поставленной выше технической задачи - снижение объема клапанного участка рабочей камеры компрессора и тем самым увеличение достижимой степени повышения давления.Distinctive features reflected in the claims are necessary and sufficient for its implementation, because provide a solution to the above technical problem - reducing the volume of the valve portion of the working chamber of the compressor and thereby increasing the achievable degree of pressure increase.

В дальнейшем настоящее предполагаемое изобретение поясняется примером его выполнения, схематически изображенном на прилагаемом чертеже, на котором показан продольный разрез по блоку компремирования заявляемого компрессора для многофазных сред.Further, the present alleged invention is illustrated by an example of its implementation, schematically depicted in the attached drawing, which shows a longitudinal section through the compression unit of the inventive compressor for multiphase media.

Компрессор для нагнетания многофазных сред (фиг.1) содержит приводной блок и блок компремирования, включающий нагнетатель 1 возвратно-поступательного действия, рабочую камеру 2 (камеру сжатия), узел ввода газа или газожидкостной смеси со впускным 3 клапаном, и нагнетательный клапан 4, узел ввода жидкости 5 в рабочую камеру. Нагнетательный клапан 4 выполнен самоцентрирующимся со сферической поверхностью 6 тарели.A compressor for injecting multiphase media (Fig. 1) contains a drive unit and a compression unit including a reciprocating blower 1, a working chamber 2 (compression chamber), a gas or gas-liquid mixture supply unit with an inlet 3 valve, and a discharge valve 4, assembly introducing fluid 5 into the working chamber. The discharge valve 4 is made self-centering with a spherical surface 6 of the plate.

Работа заявляемого компрессора для многофазных сред осуществляется следующим образом. Перед началом работы камера сжатия 2 полностью заполняется жидкостью, подаваемой в нее через узел ввода жидкости 5. При выполнении первого такта нагнетания нагнетатель 1 перемещается между уровнями нижней мертвой точки (НМТ) и верхней мертвой точки (ВМТ) вытесняя через нагнетательный клапан 4 объем жидкости, равный объему, описываемому нагнетателем 1 - Voп.н. Оставшаяся жидкость образует в рабочей камере 2 гидравлический затвор. При выполнении первого такта всасывания нагнетатель 1 движется между уровнями ВМТ и НМТ и жидкость гидравлического затвора опускается в камере 2 в соответствии вытесненным объемом Voп.н. Во время выполнения такта всасывания в камеру 2 через узел ввода газа 3 подается газ от внешнего источника (не показан). При следующем ходе нагнетателя жидкость гидрозатвора перемещается под действием нагнетателя вверх, сжимая газ до требуемого давления, после чего газ выходит через нагнетательный клапан 4 и направляется далее в газожидкостной сепаратор (не показан) и из него потребителю. При сжатии газа в камере 2 он охлаждается жидкостью гидрозатвора. При этом часть жидкости (до 5%) уносится из камеры вместе со сжатым газом. Для поддержания постоянного количества жидкости в гидрозатворе при каждом такте всасывания в камеру 2 подается через узел ввода жидкости 5 компенсирующее количество жидкости. Практика показывает, что такого количества жидкости (до 5%) достаточно для The operation of the inventive compressor for multiphase media is as follows. Before starting work, the compression chamber 2 is completely filled with liquid supplied through the fluid inlet 5. During the first injection stroke, the supercharger 1 moves between the levels of bottom dead center (BDC) and top dead center (TDC), displacing the volume of fluid through the discharge valve 4, equal to the volume described by supercharger 1 - Vo.p. The remaining liquid forms a hydraulic shutter in the working chamber 2. When the first suction stroke is performed, the supercharger 1 moves between the TDC and BDC levels and the hydraulic shutter fluid is lowered in the chamber 2 in accordance with the displaced volume Vo.p. During the suction stroke, gas is supplied to the chamber 2 through the gas inlet 3 from an external source (not shown). In the next stroke of the supercharger, the hydraulic lock fluid moves upwards by compressing the gas, compressing the gas to the required pressure, after which the gas exits through the discharge valve 4 and then goes to the gas-liquid separator (not shown) and from it to the consumer. When the gas is compressed in the chamber 2, it is cooled by a hydraulic lock fluid. In this case, part of the liquid (up to 5%) is carried out of the chamber together with the compressed gas. To maintain a constant amount of liquid in the hydraulic lock at each suction stroke, a compensating amount of liquid is fed into the chamber 2 through the fluid inlet 5. Practice shows that such an amount of liquid (up to 5%) is enough for

поддержания близкой к первоначальной температуре жидкости гидрозатвора т.е. реальный процесс сжатия газа в компрессоре приближается к политропному процессу (процесс с постоянной теплоемкостью).maintaining close to the initial temperature of the hydraulic seal fluid i.e. the actual process of compressing gas in a compressor approaches a polytropic process (a process with constant heat capacity).

В случае применения обычного тарельчатого нагнетательного клапана объем клапанного участка Vкл.уч. составляет 8-12% от объема, описываемого нагнетателем Voп.н. При использовании в качестве нагнетательного клапана 4 со сферической поверхностью 6 тарели этот объем уменьшается до ~2% за счет исключения центрирующих ребер. Обеспечение самоцентрирования клапана осуществляется сферической поверхностью 6. Т.о. улучшается условия действия гидрозатвора и достигаемая степень повышения давления компрессора существенно увеличивается в соответствии с формулой (1).In the case of using a conventional poppet discharge valve, the volume of the valve portion Vcl. accounts for 8-12% of the volume described by the supercharger Vo.p. When used as a discharge valve 4 with a spherical surface 6 of the plate, this volume decreases to ~ 2% due to the exclusion of centering ribs. Providing self-centering of the valve is carried out by a spherical surface 6. So the operating conditions of the hydraulic lock are improved and the achieved degree of compressor pressure increase substantially increases in accordance with formula (1).

Claims (1)

Компрессор для нагнетания многофазных сред, содержащий приводной блок и блок компримирования, включающий нагнетатель, рабочую камеру, узел ввода газа или газожидкостной смеси, снабженный впускным клапаном и нагнетательный клапан, отличающийся тем, что нагнетательный клапан выполнен самоцентрирующимся со сферической поверхностью тарели.

A compressor for injecting multiphase media, comprising a drive unit and a compression unit including a blower, a working chamber, a gas or gas-liquid mixture supply unit, equipped with an inlet valve and a discharge valve, characterized in that the discharge valve is self-centering with the spherical surface of the plate.