CN107208471A - 用于调节烃气的双服务压缩机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于压缩来自井眼的气体的系统，其使用单个往复式压缩机单元以将气体的压力增压至中间级，并且从中间级至末级。末级是用于分配的最终压力。在中间和末级之间处理气体以移除水和较高分子量烃使得被加压至末级的气体是压缩天然气。往复式压缩机由一系列全部由单个轴驱动的轴柄组件组成。每个轴柄组件包括带有活塞的缸，活塞在缸内往复运动以压缩和加压其中的流体。往复式压缩机可以是无润滑设计由此消除下游压缩天然气或较高分子量烃的润滑油污染。
Description
技术领域
本公开大体涉及一种用于压缩来自烃生产井的气体的系统和方法，在此气体在单个单元内被压缩至中间压力且至最终排出压力。
背景技术
用于形成压缩天然气(CNG)的系统典型地包含将供给气体压缩至中间级压力的升压压缩机。当处于中间级压力时，气体被处理以移除天然气液体，天然气液体典型地包含具有两个或更多个碳原子的组分。其余气体(其大多数通常由甲烷组成)然后被以通常称为CNG压缩机的第二压缩机压缩。升压压缩机和CNG压缩机常常各可具有超过75000磅的重量并且占据大量空间。CNG压缩机使用电动马达；当置于偏远位置时马达需要现场发电机用于其动力。
发明内容
本文中公开了生产天然气的方法的一示例，其包括：提供具有升压缸和压缩天然气(CNG)缸的往复式压缩机，将一定量的气体从井眼导引至压缩机，在升压缸中将该量的气体压缩至中间级压力以限定一定量的中间级气体，将中间级气体导引至CNG缸，并且在CNG缸中将中间级气体压缩至最终压力以形成压缩天然气。该方法此外可包括在将中间级气体导引至缸中的第二个之前处理中间级气体。在该示例中，处理中间级气体包括将较高分子量烃从中间级气体中分离出。另外在该示例中，处理中间级气体将湿气从中间级气体中移除。从中间级气体中移除湿气可通过添加吸湿剂至中间级气体来进行。在一实施例中，升压缸由第一升压缸和第二升压缸组成，并且其中，第一升压缸的排出部连接至在第二升压缸中的抽吸部。在一示例中，CNG缸是第一CNG缸和第二CNG缸，并且其中，第一CNG缸的排出部连接至在第二CNG缸中的抽吸部。往复式压缩机可包括主体、轴向延伸穿过主体的轴、联接至该轴的在升压和CNG缸中的活塞以及连接至该轴的马达/发动机，该方法此外包括激活马达/发动机以使轴旋转并且使活塞在缸中往复运动。往复式压缩机此外可具有在主体上的控制面板，该方法此外包括操纵控制面板以操作马达/发动机。可在将气体从井眼导引至压缩机之前将湿气从来自井眼的气体中移除。
本文中所公开的生产压缩天然气的另一方法包括：提供往复式压缩机，其具有主体、在主体中的轴、从主体径向向外延伸的一系列缸以及在缸中的活塞；将流体从井眼供应至缸中的一个，其指定为升压缸；通过加压在升压缸中的流体产生中间级流体；从中间级流体中移除湿气以形成中间级气体；并且在缸中的另一个中通过加压中间级气体形成一定量的压缩天然气。可将较高分子量烃从中间级流体中移除。该系列缸可以是多个升压缸。可选地，缸中的另一个是压缩缸，并且其中，该系列缸是多个压缩缸。
本文中还公开了一种用于产生压缩天然气的压缩系统，其具有：主体；安装在主体上的缸和在包括升压压缩机及压缩天然气压缩机的缸中的活塞；供给线，其包含来自井眼的流体和具有连接至升压压缩机的抽吸侧的端部；在压缩天然气压缩机上的抽吸侧，其经由中间回路与在升压压缩机上的排出侧的流体连通；以及排出线，其包含压缩天然气且连接至压缩天然气压缩机的排出侧。该压缩系统还可具有置于中间回路中的去湿系统。可选地，在中间回路中可布置有箱用于移除较高分子量烃。该压缩系统可包括与活塞中的每个相联接的曲轴并且可包括与曲轴相联接的马达/发动机。该示例此外包括安装在主体上且与马达/发动机处于信号通讯的控制系统。
附图说明
已说明了本发明的一些特征和优点，其他的当结合附图进行说明时将变得显而易见，其中：
图1示出了用于处理来自井眼的流体的系统的一示例的示意图。
图2示出了用于与图1的系统一起使用的双服务压缩机的示意性示例。
虽然将结合优选的实施例来说明本发明，应理解的是并不意图将本发明限制于该实施例。相反，意图覆盖可被包括在如由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有备选方案、改型和等同物。
具体实施方式
下面参考示出了实施例的附图现在将更完整地来说明本公开的方法和系统。本公开的方法和系统可成许多不同的形式并且不应被解释为限制于本文中所述的所说明的实施例；而是，这些实施例设置成使得本公开将是彻底和完整的、并且将向本领域技术人员充分地传输其范围。相似的数字全篇涉及相似的元件。在实施例中，使用术语“大约”包括所引用的量+/-5%。在实施例中，使用术语“大致”包括所引用的量+/-5%。
应进一步理解的是本公开的范围不限于结构、操作的具体细节、具体材料或所示出的和所说明的实施例，因为改型和等同物将对于本领域技术人员是显而易见的。在附图和说明书中，公开了说明性实施例并且，尽管采用了特定术语，但是它们仅以通用的且说明性的意义来使用而不用于限制目的。
在图1中示意性地示出了压缩天然气(CNG)系统10的示例。CNG系统10是在示出安装在与岩层16相交的井眼14之上的井头组件12下游。来自井眼14的烃(液体和气体两者)通过井头组件12来产生并且从井头组件12经由所连接的生产线18来传输。生产线18终止于集管头(header)20。集管头20可选地可以是还传输来自其他井头组件(未示出)的生产流体的其他生产线22、24、26的终点。供给线28提供在集管头20与CNG系统10之间的连通手段。远离集管头20的供给线28的端部在排出鼓(knock out drum)30中终止并且其可选地提供分离来自供给线28的水和其他液体的方式。泄排线32连接至排出鼓30的底部并且导引从在供给线28中的流体流分离出的液体。导引到排出鼓30中的在供给线28中的流体的气体部分通过示出从排出鼓30的上端延伸的头顶线(overhead line)34离开排出鼓30。头顶线34的远离排出鼓30的端部连接至压缩机36的抽吸线。在图1的示例中，压缩机36包含升压压缩机38和CNG压缩机40。在该示例中，头顶线34终止于升压压缩机38的抽吸端处使得在线34中的气体可被加压至级间压力。
从升压压缩机38排出的级间气体在级间调节系统42中被处理。更具体地，排出线46提供了在升压压缩机38的排出侧至脱水单元48之间的接通。在一备选方案中，用于将吸湿剂注射到中间级气体流动流中的注射线50被示出连接至脱水单元48。在一示例中，吸湿剂包含三甘醇(TEG)，并且将包含在级间气体内的湿气提取出。排出线52被示出连接至脱水单元48，并且提供了用于从中间级气体中移除湿气的手段。头顶线54被示出连接至单元48的上端并且其被导引至换热器56。在换热器56内，来自头顶线内的流体与流过底部线58的流体热连通；在此底部线58连接至液态天然气(NGL)箱60的下端。在换热器56下游，头顶线54连接至换热器62。流过换热器62的另一侧的是来自头顶线64的流体，在此如所示出的那样头顶线64附连至NGL箱60的上端。与头顶线54成一线地，可选的冷却器66示出在换热器62下游。另外在图1的示例中，控制阀68示出在头顶线54中并且恰好在线54与NGL箱60相交处的上游。在线58内的液体被传输至现场外70，并且经由也示出设置在线58内的阀72被控制至现场外70。阀72可以马达或手动地来操纵。
头顶线64被示出连接至CNG压缩机40的抽吸端并且在此在头顶线64内的气体被压缩至CNG压力。排出线74连接至CNG压缩机40的排出侧并且提供了用于将压缩天然气从CNG压缩机40导引至管拖车(tube trailer)76的运输手段。可选地，阀78设置在排出线74中并且用于调整经过排出线74的流，并且设置成选择性地填充管拖车76。备选地，每个升压压缩机38可包含第一级80和第二级82。在该示例中，从第一级80的排出物流过第二级82的抽吸部用于额外加压。类似地，CNG压缩机40包含第一级84和第二级86，其中，在第一级84内的气体被传输至第二级86的抽吸侧用于额外压缩。存在示例，其中，升压压缩机38和CNG压缩机40是往复式压缩机，并且其中，每个具有大量轴柄，其中，这些轴柄中的一些可以是通常所称的串联轴柄(tandem throws)。
在操作的一示例中，多相流体从井14流过线18、20、28并且被导引至排出鼓30。存在实施例，在此流过这些线的流体包含至少一定量的火炬气，其可能通常被运送至火炬和燃烧现场。本公开的优点是能够经济地且高效地生产可被捕获并且最终上市销售的大量压缩天然气。在线28中的流体内的液体流出至排出鼓30的底部部分并且被与在流体内的气体分离。气体从在鼓30内被导引到头顶线34中。线34将气体运输至升压压缩机38的抽吸部，在此在一示例中，气体被从预期的在50至100psig之间的压力加压到400psig的压力，并且其形成级间气体。可能包含烃的气体经过线46被导引到鼓48中。为了本文的讨论，较低分子量烃指的是具有高达两个碳原子的那些，其中，较高分子量烃包括具有三个或更多碳原子的那些。为了从在线46中的级间气体内移除湿气，吸湿剂从注射线50被导引到脱水单元48中并且允许接触在脱水单元48内的气体。备选地，分子筛88可设置在脱水单元48内。吸湿剂或筛88那么可吸收在级间气体内的湿气。筛88可在一段时间后被再生以移除在筛88中的空间缝隙内所捕获的湿气。再生可以是通过压力摆动吸附或温度摆动吸附。
为了从在线54中的级间气态混合物中移除较高分子量烃，组成混合物的流体在交换器56和62内被冷却并且迅速掠过阀68。冷却流体流，并且然后降低横跨阀68的压力，是焦耳-汤普森分离方法的一示例并且可从溶液中凝结出较高分子量烃且进入箱60中。产生的冷凝物可被从箱60内重力供给且至现场外70。示意性示出了可选的火炬90与来自井眼14的流体经由集管头20的端部连通。当系统10被维修或以其它方式停止工作时，在集管头20中的流体可被引至火炬90。
在备选方案中采用可选的冷却器66，较高分子量烃通过机械冷却单元而非焦耳-汤普森的气体调节方法被从流体流中分离出。在采用焦耳-汤普森方法的示例中，来自升压压缩机38的排出可在大约1000psig。在使用机械冷却方法的示例中，来自升压压缩机38的排出可处于大约400psig的压力。在级间压力处理气体的优点是能够从气体中移除额外的湿气以及使较高分子量烃的分离最佳。因此，更高质量的压缩天然气可被获得并且经由线74被输送至管拖车76中。而且，更高质量的NGL可被输送至现场外70。在当前已知的过程中，有时添加甲醇至气体混合物以防止在气体处理过程中形成水合物。然而，添加甲醇不仅昂贵，并且降低了最终产品的质量和可销售性。
现在参考图2示出了压缩机36的示意性侧剖面示例，在此压缩机36包含主体90。轴柄组件92、94、96、98示出联接至主体90并且每个沿着大致横向于主体90的轴线的路径。缸100、102、104、106分别示出在轴柄组件92、94、96、98的每个中。在缸100、102、104、106的每个中示出活塞108、110、112、114，其在缸100、102、104、106中往复运动以压缩在缸100、102、104、106内的气体。活塞杆116、118、120、122分别将活塞108、110、112、114连接至示出穿过主体90轴向伸出的曲轴124。曲轴124由示出可选地安装至主体90的马达126驱动。操作马达126引起曲轴124旋转，曲轴124继而使活塞108、110、112、114在其相应的缸100、102、104、106内往复运动。在一示例中，马达126包含可由来自井眼14的汽油、气体、另外的可燃烧材料或它们的组合驱动的内燃机。在另一备选方案中，马达126可以是电气驱动的。
此外在图2的示例中示出，轴柄组件92、94被包含在压缩机36的升压压缩机38部分中。在该示例中，头顶线34终止于轴柄组件92中，使得离开头顶线34的气体可通过在缸100内活塞108的往复运动被压缩。由活塞108在缸100中压缩的气体经由线128被传输至轴柄组件94。离开线128进入缸102中的气体可由往复的活塞110压缩。在缸102内压缩的气体离开进入排出线46中，在此被传输至级间调节系统42。
轴柄组件96、98示出在压缩机36的CNG压缩机40部分中。如图所示，头顶线64终止于轴柄组件96使得来自级间调节系统42的级间气体被传输到缸104中。活塞112在缸104中的往复运动压缩气体离开头顶线64。在缸104中被压缩的气体经由线130被传输至轴柄组件98，线130示出具有连接至缸104的上游端和连接至缸106的下游端。活塞114压缩气体离开线130进入缸106中，其然后被排出到排出线74中。用于发送控制至压缩机36和/或马达126的控制面板132示出邻近主体90并且经由总线134连接至主体90。在一实施例中，总线134提供用于从控制面板132传输信号和/或动力至主体90和马达126的连接。此外示出连接至马达126的动力线136，其在马达126是内燃机的实施例中可将燃料运输至马达126。备选地，当马达126由电力驱动时动力线136可提供电力至马达126。
因此，本文中所描述的本发明很好地适合于实施这些目的并且获得所提及的目标和优点以及其中固有的其他。尽管为了公开的目的给出了本发明的当前优选的实施例，在过程的细节中存在大量变化以实现想要的结果。在一示例中，压缩机是无润滑设计，其优点是减少了油和相关的设备需求，例如日用油箱、滤器和/或重油。无润滑设计可防止油转移至下游设备如NGL存储箱、管拖车、分子筛等，这消除了用于关键过程的过滤设备的需求并且减轻了任何运行问题例如污染、催化剂退化等。而且，油耗费节省导致对于最终用户的直接运行开支节省。额外的优点是无润滑设计消除了对至所有缸的强制的供给润滑系统(泵、PSV、内啮合部、人工等)以及包装的需求。其也去除了辅助部件/仪器诸如管系、止回阀、提升阀、接线板、无流开关等。这继而对于顾客将降低整体压缩机价格。无润滑缸设计可实现非金属耐磨材料用于内部运动部件并且通过利用合适的间隙使在无润滑油的情况下散热最大化。这些和其他类似的改型对于本领域技术人员将是容易想到的，并且意图被包含在本文中所公开的本发明的精神和所附权利要求的范围内。
Claims (21)
1.一种生产压缩天然气的方法，其包括：
a. 提供具有升压缸和压缩天然气(CNG)缸的往复式压缩机；
b. 将一定量的气体从井眼导引至所述压缩机；
c. 在所述升压缸中将所述量的气体压缩至中间级压力以限定一定量的中间级气体；
d. 将所述中间级气体导引至所述CNG缸；并且
e. 在所述CNG缸中将所述中间级气体压缩至最终压力以形成压缩天然气。
2.根据权利要求1所述的方法，其此外包括在将所述中间级气体导引至所述缸中的第二个之前处理所述中间级气体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，处理所述中间级气体包括将较高分子量烃从所述中间级气体中分离。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，处理所述中间级气体包括从所述中间级气体中移除湿气。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，从所述中间级气体中移除湿气包括添加吸湿剂至所述中间级气体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述升压缸包括第一升压缸和第二升压缸，并且其中，所述第一升压缸的排出部连接至在所述第二升压缸中的抽吸部。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述CNG缸包括第一CNG缸和第二CNG缸，并且其中，所述第一CNG缸的排出部连接至在所述第二CNG缸中的抽吸部。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述往复式压缩机包括主体、轴向延伸穿过所述主体的轴、联接至所述轴的在所述升压缸和CNG缸中的活塞以及连接至所述轴的马达，所述方法此外包括激活所述马达以使所述轴旋转并且使所述活塞在所述缸中往复运动。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述往复式压缩机此外包括在所述主体上的控制面板，所述方法此外包括操纵所述控制面板以操作所述马达。
10.根据权利要求1所述的方法，其此外包括在将所述气体从所述井眼导引至所述压缩机之前从来自所述井眼的所述气体中移除湿气。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述往复式压缩机是无润滑设计。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述马达包括通过由来自所述井眼的气体驱动的内燃机。
13.一种生产压缩天然气的方法，其包括：
提供往复式压缩机，其具有主体、在所述主体中的轴、从所述主体径向向外延伸的一系列缸以及在所述缸中的活塞；
将来自井眼的流体供应至所述缸中的一个，其指定为升压缸；
在所述升压缸中通过加压所述流体产生中间级流体；
从所述中间级流体中移除湿气以形成中间级气体；并且
在所述缸中的另一个中通过加压所述中间级气体形成一定量的压缩天然气。
14.根据权利要求13所述的方法，其此外包括从所述中间级流体中移除较高分子量烃。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，该系列缸包括多个升压缸。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述缸中的另一个包括压缩缸，并且其中，该系列缸包括多个压缩缸。
17.一种用于产生压缩天然气的压缩系统，其包括：
主体；
安装在所述主体上的缸和在包括升压压缩机及压缩天然气压缩机的所述缸中的活塞；
供给线，其包含来自井眼的流体且具有连接至所述升压压缩机的抽吸侧的端部；
在所述压缩天然气压缩机上的抽吸侧，其经由中间回路与在所述升压压缩机上的排出侧流体连通；和
排出线，其包含压缩天然气且连接至所述压缩天然气压缩机的排出侧。
18.根据权利要求17所述的压缩系统，其此外包括置于所述中间回路中的去湿系统。
19.根据权利要求17所述的压缩系统，其此外包括用于移除较高分子量烃的置于所述中间回路中的箱。
20.根据权利要求17所述的压缩系统，其此外包括与所述活塞中的每个相联接的曲轴和与所述曲轴相联接的马达。
21.根据权利要求20所述的压缩系统，其此外包括安装在所述主体上且与所述马达处于信号通讯的控制系统。
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