Газодожимная установка
GAS-PRESSURE PLANT

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для утилизации (повышения давления) низконапорного газа на различных объектах сбора и подготовки продукции нефтегазовых скважин.
Известна газодожимная (насосно-компрессорная) установка, включающая бустерный насос поршневого или плунжерного типа, компрессорные камеры которого соединены с источником газожидкостной смеси или газа, питательный насос, нагнетательная линия которого соединена с приемным коллектором бустерного насоса, и привод, причем бустерный насос и питательный насосы установлены на транспортной базе, а на нагнетательном коллекторе бустерного насоса может быть установлен сепаратор-водоуловитель /1/.
К недостаткам устройства следует отнести его относительную сложность из-за необходимости использования специальных устройств для преобразования насосов в бустерные установки, а также ограниченность давления нагнетания.
Наиболее близким к описываемому устройству является газодожимная установка, включающая источник низконапорного газа, насос поршневого или плунжерного типа с приводом, приемную емкость насоса для поршневой жидкости, сосуд высокого давления, имеющий верхний и нижний датчики уровня жидкости, соединенный в нижней части с нагнетательной линией насоса и через сливную линию - с приемной линией насоса, а в верхней части - с газовой нагнетательной линий и линией от источника газа, газовая нагнетательная линия, нагнетательная линия от насоса и линия от источника газа имеют обратные клапаны и манометры, а газовая нагнетательная линия, сливная линия и линия от источника газа оборудованы кранами высокого давления, при этом сосуд высокого давления выполнен в виде параллельных змеевиков из труб, соединенных в верхней и нижней частях общими коллекторами, линия от источника газа и газовая нагнетательная линии соединены с верхним коллектором, а сливная линия и нагнетательная линия от насоса соединены с нижним коллектором, трубы змеевиков сосуда высокого давления имеют уклон в сторону соединения с нижерасположенной трубой, сосуд высокого давления в верхней и нижней частях оборудован вертикальными участками труб с расположением в интервале этих участков датчиков уровня жидкости, а верхний и нижний коллекторы соединяются с линиями через соответствующие вертикальные участки труб /2/.
К недостаткам устройства относится то, что при его использовании необходимо отключать насос и прекращать подачу газа потребителю высоконапорного газа на время заполнения сосуда высокого давления газом низкого давления после каждого цикла сжатия газа, кроме того, все операции при работе установки выполняются в ручном режиме.
Задачей данного устройства является повышение производительности и его функциональной надежности.
Поставленная задача достигается тем, что в газодожимной установке, включающей источник низконапорного газа, насос поршневого или плунжерного типа с приводом, приемную емкость насоса для поршневой жидкости, сосуд высокого давления, выполненный в виде параллельных трубных батарей, соединенных в верхней и нижней частях общими коллекторами, нижний коллектор соединен через сливную линию с приемной емкостью насоса для поршневой жидкости и через нагнетательную линию насоса - с насосом, а верхний коллектор соединен с газовой нагнетательной линией и линией от источника низконапорного газа, трубы батарей имеют уклон в сторону соединения с нижерасположенной трубой, сосуд высокого давления в верхней и нижней частях оборудован датчиками уровня поршневой жидкости, в качестве поршневой используется незамерзающая жидкость, установка имеет два сосуда высокого давления, каждый из которых соединен с источником низконапорного газа, газовой нагнетательной линией, нагнетательной линией от насоса и сливной линией, причем сливные линии оборудованы кранами высокого давления, а газовые нагнетательные линии и линии от источника низконапорного газа - обративши клапанами, с реализацией возможности поочередно в одном сосуде высокого давления производить сжатие низконапорного газа и подачу его потребителю высоконапорного газа, а в другом сосуде высокого давления производить его заполнение низконапорным газом с освобождением сосуда от поршневой жидкости, кроме того установка оборудована блоком управления кранами высокого давления на сливных и нагнетательных линиях, а датчики уровня жидкости установлены в одной из трубных батарей в обоих сосудах высокого давления и имеют связь с блоком управления, кроме того, трубные батареи снабжены разделительными шарами, причем шары имеют диаметр несколько меньше внутреннего диаметра труб, выполнены из материала с удельным весом меньше удельного веса поршневой жидкости и с возможностью их регистрации датчиками уровня поршневой жидкости в верхнем и нижнем положениях.
На чертеже показана технологическая схема газодожимной установки. Установка включает: 1 - блоки трубных батарей, 2 - верхние коллектора блоков трубных батарей, 3 - нижние коллектора блоков трубных батарей, 4 - насос, 5 - приемная емкость насоса для поршневой жидкости, 6 - линии соединений нижних коллекторов блоков трубных батарей с нагнетательной линией от насоса и со сливной линией, 7 - линии соединений верхних коллекторов блоков трубных батарей с газовой нагнетательной линией и с линией от источника низконапорного газа, 8 - газовая нагнетательная линия высокого давления, 9 - линия от источника низконапорного газа, 10 - нагнетательные линии от насоса к блокам трубных батарей, 11 - сливные линии, 12, 13, 14, 15 - краны высокого давления, 16, 17, 18, 19 - обратные клапаны, 20 - датчики уровня поршневой жидкости, 21 - блок управления, 22 - источник низконапорного газа, 23 - потребитель высоконапорного газа.
Использование описываемой установки производится следующим образом.
Первоначально оба блока трубных батарей 1 (на рисунке показано по одной трубной батарее в каждом блоке) заполняются поршневой жидкостью. Затем газодожимная установка подключается к источнику низконапорного газа 22 и потребителю высоконапорного газа 23. Подается с блока управления 21 команда на открытие крана высокого давления 13, например, на первом блоке трубных батарей, низконапорный газ, вытесняя поршневую жидкость в приемную емкость 5, заполняет названный блок трубных батарей 1. По мере достижения границы раздела низконапорного газа и поршневой жидкости нижнего датчика уровня поршневой жидкости 20 на блок управления 21 подается сигнал а с него команда о закрытии крана высокого давления 13, об открытии кранов высокого давления 12 и 15 и включении насоса 4, в результате этих операций в первом блоке трубных батарей 1 начинается сжатие низконапорного газа и подача его из верхнего коллектора блока трубных батарей 2 (при достижении требуемого давления и открытии обратного клапана 16) потребителю высоконапорного газа 23, а в другом блоке трубных батарей в это время происходит вытеснение поршневой жидкости через нижний коллектор блока трубных батарей 3 и открытый кран высокого давления 15 в приемную емкость 5 и заполнение этой трубной батареи низконапорным газом от его источника 22. Сжатие низконапорного газа в первом блоке трубных батарей продолжается до момента достижения верхнего датчика поршневой жидкости 20, а заполнение второго блока трубных батарей низконапорным газом - до момента достижения границы раздела низконапорного газа и поршневой жидкости нижнего датчика уровня поршневой жидкости 20. В первом случае на блок управления 21 подается команда о выключении насоса 4, во втором - на закрытие крана высокого давления 15. Если за время сжатия низконапорного газа в первом блоке трубных батарей успевает происходить заполнение второго блока трубных батарей низконапорным газом, то с блока управления 21 подается команда на открытие кранов высокого давления 10 и 13 и закрытие крана высокого давления 12, в результате продолжается цикл заполнения одного блока трубных батарей низконапорным газом от его источника 22 и сжатие низконапорного газа с подачей его потребителю высоконапорного газа 23 в другом блоке трубных батарей без остановки насоса 4.
Бесперебойность сжатия низконапорного газа на газодожимной установке и подачи его потребителю достигается путем подбора производительности насоса с учетом потребных объемов и давления низконапорного газа.
Максимальное давление (Р), развиваемое на установке, определяется по формуле:
где Рнг - давление в источнике низконапорного газа, n - степень сжатия газа на установке.
Величина n равна отношению объемов газа, приходящихся на одну трубную батарею в начале и конце цикла сжатия (с учетом объема верхнего коллектора трубных батарей).
Производительность установки (объем высоконапорного газа - Qв, направляемая потребителю) определяется по известному объему низконапорного газа (Qн) и степени сжатия газа на установке:
Проектирование газодожимной установки ведется исходя из потребного давления Р, объема Qн и давления Рнг низконапорного газа. По давлению «Р» подбираются трубы (материал, диаметр, толщина стенок) для изготовления батарей и определяется их длина для достижения требуемой степени сжатия газа n. Кроме того, по требуемым давлению и производительности подбирается соответствующий насос с приводом. Бесперебойность подачи газа потребителю высоконапорного газа и безостановочная работа насоса обеспечиваются выбором такой производительности насоса, при которой за время компримирования газа в одном блоке трубных батарей происходит заполнение другого блока трубных батарей низконапорным газом. Увеличение числа трубных батарей в одном блоке позволяет сокращать число циклов работы установки и увеличивать объем сжимаемого низконапорного газа и, соответственно, объем высоконапорного газа за один цикл.
Трубы в батареях изготавливают с уклоном в сторону соединения их с нижерасположенными трубами с целью исключения размыва границы раздела между поршневой жидкостью и газом при их совместном движении по батарее.
Для обеспечения маневренности установки вся конструкция блоков трубных батарей с верхним и нижним коллекторами монтируется на специальной раме и транспортной базе (санях, тележке) с использованием необходимых крепежных приспособлений для устойчивости конструкции в рабочем и транспортном состояниях.
При эксплуатации установки в условиях с низкими температурами в качестве поршневой жидкости может быть использован незамерзающий раствор, например, раствор диэтиленгликоля, раствор хлористого натрия или хлористого кальция.
Для снижения возможного растворения газа в поршневой жидкости за время их контакта в трубных батареях предлагается использовать разделительные шары, помещаемые на контакте газ-поршневая жидкость в каждой трубной батарее. Наличие таких «плавающих» разделителей упрощает фиксирование уровня поршневой жидкости соответствующими датчиками в вернем и нижнем положении.
Разделительные шары имеют диаметр несколько меньше, чем внутренний диаметр труб и выполнены из материала с удельным весом меньше удельного веса поршневой жидкости и с возможностью их регистрации датчиками уровня поршневой жидкости в верхнем и нижнем положениях.
Описываемая газодожимная установка позволяет производить непрерывное компримирование и подачу утилизируемого газа потребителю в автоматизированном режиме. Утилизация низконапорного газа позволяет решать как экологические, так и экономические задачи.