Результат интеллектуальной деятельности: ДОЖИМАЮЩАЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА

Настоящее изобретение относится к области сжатия и нагнетания газожидкостных смесей и, в частности, представляет собой дожимающую насосно-компрессорную установку для использования в нефтегазовой промышленности.

Оборудование для приготовления и нагнетания газожидкостных смесей нашло эффективное применение в нефтяной и газовой промышленности в последние 30 лет при освоении скважин, при перекачке многофазных сред по одному трубопроводу, для реализации технологий водогазового воздействия на пласт, кустового газлифта с использованием газа низкого давления от соседних скважин и в ряде других случаев. Дожимающие насос-компрессоры используют в качестве второй ступени компримирования газа низкого давления, поступающего от внешнего источника.

Известны поршневые компрессоры с подачей жидкости в камеру сжатия (см., н-р, книгу В.Н. Мартынова «Новая техника для генерации и нагнетания технологических жидкостей и газов в нефтегазодобыче», М., 2004 г., стр.258-272, рис.3.4-3.8).

За прототип заявляемого технического решения может быть принят патент РФ №2259499 кл. F04B 35/02, 9/06, 2004 г. «Компрессор с гидрозатвором для квазиизотермического сжатия и перекачки газа и газожидкостной смеси».

В соответствии с этим патентом компрессор с гидрозатвором включает камеру сжатия, сообщенную с нагнетателем возвратно-поступательного типа, оснащенную всасывающим газовым клапаном, клапаном подачи жидкости для образования гидрозатвора и нагнетательным клапаном.

Недостатком известного технического решения является невозможность широкого регулирования газожидкостного соотношения газожидкостной смеси, ограниченного производительностью питательного насоса.

В связи с изложенным, основной технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение указанного недостатка и создание дожимающей насосно-компрессорной установки, конструкция которой обеспечивала бы возможность регулирования в широких пределах газожидкостного соотношения газожидкостной смеси и была бы приспособлена для работы в системах с замкнутой циркуляцией.

Для решения поставленной задачи дожимающая насосно-компрессорная установка содержит дожимающий компрессор с гидрозатвором и систему подачи питательной жидкости и газа низкого давления. Указанная система включает емкость-ресивер, верхняя полость которой соединена газовым трубопроводом с нагнетательным коллектором компрессора низкого давления с регулируемой подачей и с патрубком газового впускного клапана дожимающего компрессора с гидрозатвором, а нижняя полость емкости соединена жидкостным трубопроводом с патрубком всасывающего жидкостного клапана компрессора с гидрозатвором. Указанная емкость-ресивер оснащена редукционным клапаном, смонтированным на жидкостном трубопроводе, и системой защиты от прорыва газа в жидкостной трубопровод. Кроме того, установка снабжена системой автоматического долива жидкости в емкость-ресивер.

Возможность осуществления заявляемого технического решения доказывается отечественной и зарубежной практикой применения компрессоров с гидрозатвором для нагнетания газов и газожидкостных смесей. Технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемой дожимной насосно-компрессорной установки (емкость-ресивер, наличие уровнемера, запорно-регулирующих устройств, расходомера и редукционного клапана, предохранительных устройств, системы автоматического долива жидкости и т.д.), могут быть реализованы с помощью средств, используемых в различных областях техники, в том числе и в областях бурения, освоения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Отличительные признаки, отраженные в формуле изобретения, необходимы и достаточны для его осуществления, т.к. обеспечивают решение поставленной выше технической задачи: упрощают конструкцию установки, обеспечивают возможность регулирования в широком диапазоне газожидкостного соотношения газожидкостной смеси и снижают приводную мощность установки при работе в замкнутых системах циркуляции.

В дальнейшем заявляемое техническое решение поясняется примером его выполнения, схематически изображенном на прилагаемом чертеже, на котором показана схема заявляемой дожимающей насосно-компрессорной установки.

Дожимная насосно-компрессорная установка включает компрессор с гидрозатвором 1 (см. чертеж). Камера сжатия компрессора 1 снабжена всасывающим жидкостным клапаном 2, всасывающим газовым клапаном 3 и нагнетательным клапаном 4, размещенным в верхней части камеры сжатия. Камера сжатия сообщена в нижней части с гидравлическим нагнетателем 5. Система подачи газа и питательной жидкости включает емкость-ресивер 6, сообщенную отдельным трубопроводом 7 с компрессором низкого давления 8. В трубопроводе 7 последовательно установлены регулирующая задвижка 9 и обратный клапан 10. С верхней частью емкости-ресивера 6 сообщен газовый трубопровод 11, в котором установлены редукционный газовый клапан 12, регулирующая задвижка 13 и расходомер газа 14. Газовый трубопровод соединен с патрубком газового клапана 3. Питательная жидкость для формирования гидрозатвора подается по трубопроводу 15 и через расходомер 17. Трубопровод 15 соединен с патрубком жидкостного клапана 2.

Система подпитки (долива) емкости-ресивера может включать насос 18, трубопровод 19, на котором установлены обратный клапан 20 и задвижка 21, а также датчик уровня 22 с системой контроля уровня 23, подающей команду на включение или выключение насоса 18. Данная система также предотвращает прорыв газа в жидкостной трубопровод 15.

Для защиты емкости-ресивера от избыточного давления служит предохранительный клапан 24.

Работа дожимающей насосно-компрессорной установки осуществляется следующим образом.

Вначале, при закрытых задвижках 13 и 16, заполняют насосом 18 емкость-ресивер 6 жидкостью до срабатывания системы контроля уровня 23, после чего включают компрессор 8 и заполняют емкость газом до рабочего давления.

Следующим этапом, открывая задвижку 16, заполняют камеру сжатия компрессора с гидрозатвором 1 жидкостью для создания гидрозатвора. Затем открывают задвижку 13 и включают в работу компрессор с гидрозатвором.

При ходе нагнетателя 5 компрессора с гидрозатвором 1 вправо осуществляется такт всасывания газа через клапан 3, расход которого регулируется и контролируется соответственно задвижкой 13 и расходомером 14. В этот же период в камеру сжатия за счет давления в емкости-ресивере, создаваемого компрессором 8, поступает дополнительная часть питательной воды через клапан 2. Расход жидкостной фазы регулируется и контролируется соответственно задвижкой 16 и расходомером 17.

При ходе нагнетателя влево происходит сжатие газа движущимся гидрозатвором, отслеживающим перемещение нагнетателя, и нагнетание газа с частью жидкости гидрозатвора через клапан 4, а требуемая степень аэрации газожидкостной смеси обеспечивается установкой необходимого соотношения жидкой фазы и газа.

Возможен вариант исполнения дожимающей насосно-компрессорной установки (ДНКУ) без компрессора 8 с забором газа от внешнего источника (промысловый трубопровод, сепаратор), а также дополнительное оснащение ДНКУ на выходе сепаратором для отделения жидкой фазы.

При расходовании питательной воды из емкости-ресивера 6 происходит ее долив (подпитка) с помощью системы подпитки из емкости для хранения жидкости (не показана). Возможен вариант исполнения этой системы с возвратом в нее жидкости из сепаратора 25, в случае когда потребителю требуется ГЖС высокого давления с минимальным содержанием жидкой фазы.