КОМПРЕССОР С ЖИДКОСТНЫМ ПОРШНЕМ

Полезная модель относится к компрессорам с жидкостным поршнем, применяемым для нагнетания газожидкостной смеси в скважину, например для повышения нефтеотдачи пластов путем воздействия на призабойную зону пласта газожидкостной смесью высокого давления.
Из уровня техники известен компрессор с жидкостным поршнем, содержащий основной насос, компрессионную камеру, газовый коллектор, питательный коллектор, нагнетательный клапан, при этом компрессионная камера выполнена в виде постоянно заполненного жидкостью корпуса с профилированной внутренней поверхностью и снабжена профилированным патрубком для ввода газа, размещенным в полости ее корпуса по вертикальной оси и снабженным в верхней части выпускным клапаном для газа (см. RU 2259498 C1, опуб. 27.08.2005, МПК F04B 35/02, 39/06).
Недостатком известного компрессора является интенсивное барботирование и нарушение целостности жидкостного поршня при обтекании патрубка ввода газа, особенно в верхней части, когда зеркало жидкостного поршня меняет свою форму от кольца, при движении по межтрубью, в круг, при движении выше всасывающего газового клапана. Такая конструкция компрессионной камеры и газоввода приводит к барботированию жидкостного поршня выше всасывающего клапана и отсечению газом верхней части жидкостного поршня при ходе жидкостного поршня вниз и всасывании газа в компрессионную камеру. Интенсивное барботирование жидкостного поршня ведет к увеличению объема мертвого пространства и, как следствие, снижению производительности.
Для снижения барботирования жидкостного поршня может быть применен боковой газоввод, раскрытый, например, в известном компрессоре с жидкостным поршнем, включающем гидравлический блок, каждая рабочая полость которого состоит из вытеснительной части, содержащей вытеснительный элемент и всасывающий клапан для жидкости, компрессионной части, содержащей нагнетательный клапан и размещенный под ним всасывающий клапан для газа, и разделительного узла между вытеснительной и компрессионной частями, содержащего поршень, при этом разделительный узел выполнен в виде обратного клапана, седло которого размещено между вытеснительной и компрессионной частями рабочей полости, а тарель подвешена к поршню, совершающему возвратно-поступательное перемещение в компрессионной части в такт с перемещением вытеснительного элемента в вытеснительной части рабочей полости, причем подвеска тарели к поршню выполнена с возможностью регулирования длины подвески, а место установки седла - с возможностью изменения его высоты размещения (см. RU 2266429 C1, опуб. 20.12.2005, МПК F04B 19/06).
Недостатком данного устройства является довольно большое пространство между газовводом и нагнетательным клапаном, которое в момент начала всасывания заполнено жидкостью, через которую происходит движение всасываемого газа, который отсекает находящуюся над ним часть жидкостного поршня, превращая ее в барботирующий слой. Таким образом, данная конструкция газоввода и компрессионной камеры ведет к интенсивному барботированию жидкостного поршня, увеличению объема мертвого пространства и снижению производительности.
Наиболее близким, принятым авторами в качестве прототипа, является компрессор с жидкостным поршнем, содержащий поршневой насос с рабочим цилиндром с впускным клапаном питательной жидкости и компрессионную камеру, смонтированную на рабочем цилиндре насоса, и сообщенную через всасывающий газовый клапан с трубчатым коллектором газа и нагнетательным клапаном с нагнетательным коллектором, при этом входной конец трубчатого газового коллектора, снабженный всасывающим клапаном, размещен вне компрессионной камеры, всасывающий газовый клапан сообщен с полостью компрессионной камеры с помощью горизонтального канала в стенке последней, причем продольная ось указанного канала не совпадает с диаметром компрессионной камеры (см. RU 2145677 C1, опуб. 20.02.2000, МПК F04B 23/06).
Недостатком прототипа является неравномерное воздействие высокоскоростной струи газа при всасывании в компрессионную камеру через жидкостной поршень, приводящее к интенсивному барботированию жидкостного поршня, увеличению объема мертвого пространства и снижению производительности.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы компрессора с жидкостным поршнем путем сохранения сплошности и минимизации барботажа жидкостного поршня.
Поставленный технический результат достигается тем, что компрессор с жидкостным поршнем содержит цилиндр насоса с впускным клапаном, компрессионную камеру, смонтированную на цилиндре насоса и сообщенную через всасывающий клапан с коллектором подвода газа и через нагнетательный клапан с нагнетательным коллектором, питательный коллектор для подвода жидкости в цилиндр, при этом всасывающий клапан размещен вне компрессионной камеры и сообщен с ее полостью с помощью горизонтального канала в стенке компрессионной камеры, согласно полезной модели горизонтальный канал в стенке компрессионной камеры продолжается в горизонтальном патрубке, соединенном со вставкой, выполненной в виде вертикального патрубка с внутренним каналом и полого расширяющегося сопла, направленного большим своим основанием в сторону нагнетательного клапана, при этом каналы в горизонтальном и вертикальном патрубках, а также полость в расширяющемся сопле, образуют путь газа в компрессионную камеру. Кроме того, верхняя грань сопла может быть закруглена.
Кроме того, верхняя грань сопла может быть расположена на расстоянии 4-6 мм от нагнетательного клапана.
Компрессор поясняется примером выполнения, показанным на фиг. 2-3.
Компрессор с жидкостным поршнем содержит цилиндр 1 насоса с впускным клапаном 3, компрессионную камеру 9, смонтированную на цилиндре 1 насоса и сообщенную через всасывающий клапан 8 с коллектором 6 подвода газа и через нагнетательный клапан 4 с нагнетательным коллектором 10, питательный коллектор 7 для подвода жидкости в цилиндр 1. При этом всасывающий клапан 8 размещен вне компрессионной камеры 9 и сообщен с ее полостью с помощью горизонтального канала 14 в стенке компрессионной камеры 9. Горизонтальный канал 14 в стенке компрессионной камеры 9 продолжается в горизонтальном патрубке 11, соединенном со вставкой, выполненной в виде вертикального патрубка 12 с внутренним каналом и полого расширяющегося сопла 13, направленного большим своим основанием в сторону нагнетательного клапана 4. При этом каналы в горизонтальном 11 и вертикальном 12 патрубках, а также полость в расширяющемся сопле 13, образуют путь газа в компрессионную камеру 9. Верхняя грань сопла 13 может быть закруглена. Верхняя грань сопла 13 может быть расположена на расстоянии 4-6 мм от нагнетательного клапана 4.
Насос, на цилиндр которого устанавливается компрессионная камера 9, может быть представлен трехплунжерным насосом одностороннего действия с тремя цилиндрами 1, или двухпоршневым насосом двустороннего действия с четырьмя цилиндрами 1, или пятиплунжерным насосом одностороннего действия с пятью рабочими цилиндрами 1, или любым другим насосом, применяемым для нагнетания газожидкостной смеси, или комбинацией двух или более насосов. При этом, компрессионные камеры 9 устанавливаются на каждый цилиндр.
Кроме того, питательный коллектор 7 оснащен питательным насосом (на фиг. не показан), который обеспечивает дозирование питательной жидкости в компрессионную камеру 9 в требуемом объеме.
Компрессор с жидкостным поршнем работает следующим образом.
В нижней мертвой точке жидкостного поршня 5 поршень 2 в цилиндре 1 насоса находится в крайнем правом положении цилиндра 1 (нижняя мертвая точка насоса - НМТ насоса). При движении зеркала жидкостного поршня 5 вверх происходит сжатие газа, находящегося в компрессионной камере 9. При этом сжимается газ, находящийся выше зеркала жидкостного поршня, в том числе в мертвом пространстве всасывающего клапана 8, в горизонтальном канале 14, канале горизонтального патрубка 11, канале вертикального патрубка 12, полости расширяющегося сопла 13, и газ, находящийся в виде пузырьков в объеме жидкостного поршня 5. После открытия нагнетательного клапана 4 в нагнетательный коллектор 10 выталкивается сжатый газ, а также некоторая часть жидкостного поршня 5. Стадия нагнетания длится до достижения поршнем 2 верхней мертвой точки (крайнего левого положения). После этого поршень 2 начинает двигаться вправо, давление падает, нагнетательный клапан 4 закрывается, происходит расширение газа, оставшегося в мертвом объеме, и поглощенного жидкостным поршнем 5. При снижении давления в компрессионной камере 9 до заданного, открываются всасывающий клапан 8 и впускной клапан 3. Из газового коллектора 6 в компрессионную камеру 9 происходит всасывание очередной порции газа, а из питательного коллектора 7 - питательным насосом через впускной клапан 3 подается порция жидкости для пополнения объема жидкостного поршня 5. За счет проточности жидкостного поршня 5 обеспечивается охлаждение компрессионной камеры 9. При достижении поршнем 2 нижней мертвой точки цикл повторяется.
Выполнение газоввода с горизонтальным 11 и вертикальным 12 патрубками, а также расширяющимся соплом 13, позволяет снизить скорость поступления газа в компрессионную камеру 9 и обеспечить осесимметричное движение газа от центра к периферии с непрерывным замедлением и, тем самым, минимизировать его воздействие на жидкостной поршень 5. Закругление верхней грани расширяющегося сопла 13 позволяет снизить завихрения потока газа при всасывании и при обтекании ее жидкостным поршнем. Конструктивное исполнение газоввода позволяет разместить верхнюю грань сопла на наиболее благоприятном расстоянии (4-6 мм) от нагнетательного клапана 4, что исключает отсечение части жидкостного поршня 5 во время всасывания газа в компрессионную камеру 9. Наиболее благоприятное расстояние получено в лабораторных испытаниях, которые показали, что при меньшем 4 мм и большем 6 мм расстоянии происходит резкое снижение сплошности жидкостного поршня
Таким образом, заявленная полезная модель позволяет сохранить сплошность и минимизировать барботаж жидкостного поршня и, тем самым, повысить эффективность работы компрессора с жидкостным поршнем.