Компрессор для нагнетания многофазных сред

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.

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.

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.

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.

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

цилиндр водой, подаваемой в рубашку, образованную стенками цилиндра (тот же источник, стр.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.).

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.

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.

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).

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:

(1)

где:

Vкл.уч. - объем клапанного участка;

Voп.н. - объем описываемый нагнетателем;

- степень повышения давления.

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.

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.

Решение поставленной задачи достигается тем, что нагнетательный клапан тарельчатого типа выполнен самоцентрирующимся со сферической

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.

Технические признаки заявляемого компрессора могут быть реализованы с помощью средств, используемых в области нагнетания газов машинами объемного вытеснения.

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.

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.

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.

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

поддержания близкой к первоначальной температуре жидкости гидрозатвора т.е. реальный процесс сжатия газа в компрессоре приближается к политропному процессу (процесс с постоянной теплоемкостью).

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).

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.