CN101235705B - 全罩型撬装膜分离制氮装置 - Google Patents

Abstract

一种全罩型撬装膜分离制氮装置，用于实施氮气钻井时采用膜分离技术生产氮气，属于气体钻井装备的制造技术领域，包括压缩空气冷却装置、过滤装置、制氮装置和控制装置四个部份，本发明设置在一个带有机罩的撬座上，解决了现有技术在高温条件下氮气的纯度和产氮量下降，由于没有在线监测，直接影响到装置的可靠性和寿命和不能保证装置恒定的工作温度的问题，本发明利用膜分离和温度、空气纯度自动控制技术的方法，提供了一种能提供多种气量的全罩型撬装膜分离制氮装置；本发明经膜管组分离，能制造出纯度达95％以上的氮气，具有根据需要调节氮气生产量、自动控制输入空气的温度、能耗低、压力损失小的特点。

Description

全罩型撬装膜分离制氮装置

技术领域：一种全罩型撬装膜分离制氮装置，用于实施氮气钻井时采用膜分离技术产生氮气，属于气体钻井装备的制造技术领域。

背景技术：在石油天然气钻井中，常规的钻井都要采取液体钻井泥浆做为钻井介质注入地下做为冲击地层、冷却钻头和将钻屑带出地面的介质，但是这种常规的钻井液技术钻井的速度较慢，特别是在较坚硬的地层中实施钻井更慢，严重的影响了我国油气的开发速度，为了提高石油天然气勘探开发的速度，目前在国内和国外都大量使用了气体钻井技术，使用气体钻井是将气体做为钻井的介质，在非储层采用空气钻井，有天然气的储层采用氮气钻井，特殊地质条件下全井均采用氮气钻井，由机械设备将气体加压后通过钻杆注入地下，达到冲击地层，冷却钻头，并达到将钻屑从地下带出地面的目的，使用气体钻井时，钻井速度可以成倍的提高，在相同的地层层位情况下，是使用泥浆做为钻井介质的几倍到十几倍，因此使用气体钻井对提高钻井速度具有明显的优势，与常规钻井液钻井技术相比，气体钻井技术既能提高产量，又能提高钻井效率、降低勘探开发成本，其经济效益和社会效益十分明显，所以，氮气制备设备在气体钻井中就成为了主要设备，但是，目前国内尚无所需要的钻井用氮气制备装置，国外具有生产其他工业用途的氮气发生器，也有井场上使用的氮气发生装置，但是其缺点是：虽然世界很多国家已经生产出了膜制氮机械，但现有技术设备在设计思路及装置配备上都有较大的局限性，不能满足使用的要求，主要问题是适应野外作业能力差，特别是在高温条件下，氮气的纯度和产氮量明显下降；而且现有技术没有对原料气、油和尘埃实施在线监测，因此这些杂质直接影响到装置的可靠性和寿命，另外，现有技术对电源的波动十分敏感，不能保证装置恒定的工作温度。

发明内容：本发明的目的是针对现有技术的缺陷，利用膜分离和温度、空气纯度自动控制技术的方法，提供一种能满足钻井需要并能提供多种气量的全罩型撬装膜分离制氮装置。

本发明是这样实现的：本发明包括压缩空气冷却装置、过滤装置和制氮装置三个部份，其特征是：

所述压缩空气冷却装置包括进气口、后冷却器、空气缓冲灌，后冷却器前端经进气口与空压机连接，后端相连空气缓冲灌的前端；

过滤装置包括过滤器和电加热器，过滤器的前端连接空气缓冲灌，后端与电加热器连接，电加热器的后端连接膜管组的前端；

制氮装置包括膜管组、氮气缓冲灌和出气口，膜管组的后端连接氮气缓冲灌的前端，氮气缓冲灌另一端与出气口连接，在膜管组与撬座之间设置有缓冲垫；

在所述进气口与后冷却器之间连接有前端温度测控器及空压保护阀，在后冷却器与空气缓冲灌之间设置有中间温度测控器；

所述过滤器后端与电加热器之间设置有灰尘检测仪和油气检测仪；

在所述电加热器的前后分别设置有加热器进口温度测控器和加热器出口温度测控器，在电加热器与膜管组之间设置有气动球阀；

在所述电加热器中，空气被加热到50℃～55℃后经过温控仪进入膜管组进行分离产生氮气；

在所述后冷却器与进气口之间设置有进气口三通管和阀门，在氮气缓冲灌与出气口之间设置有出气口三通管和阀门，在出气口三通管与进气口三通管之间设置有连接管和阀门；

在所述膜管组的后端与氮气缓冲灌的前端依次连接有单向阀、背压阀、氮气流量计、纯度控制阀和放空阀；

所述压缩空气冷却装置、过滤装置、制氮装置是设置在一个带有外罩的撬座上的，在外罩上设置有排气窗和门，在外罩四个顶角处有角界，外罩通过连接板与撬座相连；

本发明的运行是由设置在撬座上的电源箱提供电源，控制开关设置在防爆控制柜中，触摸操作屏是设置在一个操作柜中的，在设置触摸操作屏的操作柜2中还设置有氧分析仪；

本发明的优点和有益效果是：本发明能将由空气压缩机加压后的空气，经膜管组分离，制造出纯度达95％以上的氮气，设置在膜管两端连接管上的手动球阀可以调节氮气的需求量，设置的温度测控器可以自动控制输入空气的温度，因此具有能耗低、压力损失小的特点。

附图说明：

图1是本发明机组无外罩布局连接示意图。

图2是本发明外罩结构示意图。

图3是本发明没有安装膜管组时进、出气口的放大连接示意图。

具体实施方式：下面结合附图进一步说明本发明：本发明包括压缩空气冷却装置、过滤装置和制氮装置三个部份，本发明是设置在一个带有外罩27的撬座15上的，在外罩27上设置有排气窗28和门29，在外罩27四个顶角处有角界26，外罩27通过连接板30与撬座15相连；

压缩空气冷却装置包括进气口25、后冷却器14、空气缓冲灌12，后冷却器14前端经进气口25与空压机连接，后端连接空气缓冲灌12的前端；在进气口25与后冷却器14之间连接有前端温度测控器16及空压保护阀13，后冷却器14与空气缓冲灌12之间设置有中间温度测控器1，在后冷却器14与进气口25之间设置有进气口三通管和阀门；

过滤装置包括过滤器17和电加热器21，过滤器17的前端连接空气缓冲灌12，后端与电加热器21连接，电加热器21的后端连接膜管组10的前端；过滤器17后端与电加热器21之间设置有灰尘检测仪18、油气检测仪19，在电加热器的前后分别设置有加热器进口温度测控器20和加热器出口温度测控器22，在电加热器21与膜管组10之间设置有气动球阀23；

制氮装置包括膜管组10、氮气缓冲灌3和出气口11，膜管组10的后端连接氮气缓冲灌3的前端，氮气缓冲灌3另一端与出气口11连接；为了减少机组运行时的震动，在莫管组10与撬座15之间设置有缓冲垫24；在氮气缓冲灌3与出气口11之间设置有出气口三通管32和阀门31，在出气口三通管32与进气口三通管之间设置有连接管和阀门；

本发明的运行是由设置在撬座上的电源箱7提供电源，控制开关设置在防爆控制柜中，触摸操作屏是设置在一个操作柜2中的，在设置触摸操作屏的操作柜2中还设置有氧分析仪；电源箱7的电缆线与加热器连接，对装置的加热器进行温度恒定控制，保证进入膜管组的压缩空气温度的恒定；触摸操作屏对装置实施操作并显示运行参数，氧分析仪是对分离前和分离后气体的氧气量进行测量；

外部压缩空气由进气口经前端温度测控器16和空压保护阀13进入后冷却器14被冷却，再经后冷却器14与空气缓冲灌12之间的中间温度测控器1进入空气缓冲灌12；空气经缓冲后进入过滤器17，空气在过滤器17中被过滤；洁净后的空气经灰尘检测仪18、油气检测仪19、加热器进口温度测控器20进入电加热器；在电加热器中，空气被加热到50℃后经过加热器出口温度测控器22进入膜管组进行分离产生氮气；所得氮气经单向阀9、背压阀8、氮气流量计6、纯度控制阀5、放空阀4进入氮气缓冲灌3，然后由出气口送出到井下实施钻井或者做其他用途；

为了控制氮气的流向和计量，在所述膜管组的后端与氮气缓冲灌3的前端依次连接有单向阀9、背压阀8、氮气流量计6、纯度控制阀5和放空阀4；

所述后冷却器的开关由温度测控器自动控制，当温度低于50℃时，后冷却器关闭，高于55℃时，后冷却器打开；

为了适应不同气体钻井的需要，在所述进气口25和出气口11之间设有一根连通管35，连接管35通过三通32和36连接，在连接管35中间设置有阀门34实施气体转换的控制；当需要用空气钻井时，关闭阀门31和33，开启阀门34，由压缩机输来的压缩空气经过进气口25、连接管35和出气口11直接被打入井下实施钻井，当需要用氮气钻井时，关闭阀门34，开启阀门33和31，压缩空气经过进气口25被输入本装置的制氮机构，然后经过出气口11供应钻井用的氮气；

所述灰尘检测器和油气检测器用来检测过滤器中流出空气的洁净度，如参数超标，提示应该更换过滤器滤芯。

Claims (3)

1.一种全罩型撬装膜分离制氮装置，包括压缩空气冷却装置、过滤装置和制氮装置三个部份，其特征是：

所述压缩空气冷却装置包括进气口、后冷却器、空气缓冲灌，后冷却器前端经过进气口与空压机连接，后端相连空气缓冲灌的前端；

过滤装置包括过滤器和电加热器，过滤器的前端连接空气缓冲灌，后端与电加热器连接，电加热器的后端连接膜管组的前端；

制氮装置包括膜管组、氮气缓冲灌和出气口，膜管组的后端连接氮气缓冲灌的前端，氮气缓冲灌另一端与出气口连接；

在所述进气口与后冷却器之间连接有前端温度测控器及空压保护阀，所述后冷却器与空气缓冲灌之间也设置有中间温度测控器；

所述过滤器后端与电加热器之间设置有灰尘检测仪和油气检测仪；

在所述电加热器的前后分别设置有加热器进口温度测控器和加热器出口温度测控器，在电加热器与膜管组之间设置有气动球阀。

2.根据权利要求1所述的全罩型撬装膜分离制氮装置，其特征是：在所述后冷却器与进气口之间设置有进气口三通管和阀门，在所述氮气缓冲灌与出气口之间设置有出气口三通管和阀门，在出气口三通管与进气口三通管之间设置有连接管和阀门。

3.根据权利要求1所述的全罩型撬装膜分离制氮装置，其特征是：所述压缩空气冷却装置、过滤装置、制氮装置是设置在一个带有外罩的撬座上的，在外罩上设置有排气窗和门，外罩通过连接板与撬座相连。

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