CN214198172U

CN214198172U - 一种用于井口增压开采页岩气体的压缩机组管路

Info

Publication number: CN214198172U
Application number: CN202022186039.0U
Authority: CN
Inventors: 李书应; 孟良; 付亦升; 韩斌; 马红武; 王跃飞; 程亚亚
Original assignee: Sinopec Chongqing Shale Gas Co Ltd
Current assignee: Sinopec Chongqing Shale Gas Co Ltd
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2030-09-29

Abstract

该实用新型涉及气体压缩机技术领域，尤其涉及一种用于井口增压开采页岩气体的压缩机组管路。包括PLC控制系统和进气支管，所述进气支管位于进气分离器和二级进气缓冲罐之间，所述进气支管的一端和进气分离器出口处的连接管路连通，所述进气支管的另一端与二级进气缓冲罐的连接管道连通，所述进气支管上还设有控制阀，所述控制阀和PLC控制系统电性连接，所述一级进气阀上还设有对进气阀的开闭进行控制的控制机构。本技术方案用以解决现有技术中用以开采页岩气压缩机组的工况范围难以同时满足页岩气开采前期和后期要求的问题。

Description

一种用于井口增压开采页岩气体的压缩机组管路

技术领域

该实用新型涉及气体压缩机技术领域，尤其涉及一种用于井口增压开采页岩气体的压缩机组管路。

背景技术

往复压缩机作为油气资源开采的重要设备，可以帮助气田加压，增加采气量，增压开采现已成为页岩气田增产的关键。但页岩气田井口压力随开采进度变化范围大，前期井内气量充足、压力高，随着开采进行，气量减少、压力降低，而用于对井内增压的压缩机需同时满足开发前期和后期工况条件的要求。如果以前期高进压工况为设计点，虽然机组最大杆载荷及功率可满足各工况点的要求，但机组尺寸势必较大。考虑到经济性，及页岩气开采周期相对较短，要方便转场运输，机组须尽量小型化，其最大杆载荷，功率等将受限，无法运行高进压时工况，这就要进行特殊设计将机组变工况运行时所有工况点的活塞力、排气温度及功率控制在设计范围内。在现有技术中压缩机组的运行工况范围难以同时满足页岩气开采前期和后期要求。

实用新型内容

针对上述背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提出一种用于井口增压开采页岩气体的压缩机组管路，用以解决现有技术中用以开采页岩气压缩机组的运行工况范围难以同时满足页岩气开采前期和后期要求的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下：包括一级气缸、二级气缸、驱动电机、曲轴连杆机构、总进气管、总排气管、进气分离器、一级进气缓冲罐、一级排气阀、一级进气阀、一级排气缓冲罐、一级冷却器、一级排气分离器、二级进气缓冲罐、二级排气阀、二级进气阀、二级排气缓冲罐、二级冷却器和连接管路，所述驱动电机与一级气缸和二级气缸通过曲轴连杆机构连接，所述总进气管和进气分离器连通，所述连接管路顺次将进气分离器、一级进气缓冲罐、一级气缸、一级排气缓冲罐、一级冷却器、一级排气分离器、二级进气缓冲罐、二级气缸、二级排气缓冲罐、二级冷却器和总排气管串接，还包括PLC控制系统和进气支管，所述进气支管位于进气分离器和二级进气缓冲罐之间，所述进气支管的一端和进气分离器出口处的连接管路连通，所述进气支管的另一端与二级进气缓冲罐的连接管道连通，所述进气支管上还设有控制阀，所述控制阀和PLC控制系统电性连接，所述一级进气阀上还设有对进气阀的开闭进行控制的控制机构，所述控制机构和PLC控制系统电性连接。

进一步限定，所述进气支管上的控制阀为电磁阀，电磁阀价格便宜，易于获得，且能够被PLC控制系统进行通断控制。

进一步限定，所述进气支管的一端连接于二级进气缓冲罐和一级分离器之间的连接管路上，因为进气分离器内出来的气体温度不高，且已经由进气分离器过滤，所以无需经过一级空冷器降温和一级分离器进行油气分离。

本实用新型的原理和有益之处如下：在页岩气开采的前期，页岩气井内的压力较大，此时所需要的压缩机机组的增压需求较小，此时PLC控制系统向一级进气阀上的控制机构和进气支管上的控制阀发送指令，使控制机构将进气阀强行顶开的同时打开控制阀，此时进入一级气缸内的气体至进行压缩的时候，将会从进气阀排出，所以此时一级气缸不进行气体压缩，气体通过进气支管直接进入二级气缸内，此时仅二级气缸进行气体压缩，实际工作过程变为一级压缩，当后期井口压力低时，PLC控制系统撤销对控制机构及控制阀的控制指令，控制阀通道关闭，一级进气阀上的外力消失，正常启闭，实际工作过程变回两级压缩，将井口低压气体压缩至管网压力以完成输送。

本技术方案在现有压缩机机组上的改动较小，避免了压缩机机组的体积增大，不利于运输的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的压缩机机组管路流程示意图。

图2为本实用新型实施例图1中A处的局部放大示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：一级气缸1、一级进气阀1.1、一级排气阀1.2、一级进气缓冲罐1.3、一级排气缓冲罐1.4、一级冷却器1.5、一级分离器1.6、控制机构1.7、二级气缸2、二级进气阀2.1、二级排气阀2.2、二级进气缓冲罐2.3、二级排气缓冲罐2.4、二级空冷器2.5、进气支管3、PLC控制系统4、控制阀5、进气分离器6、总进气管7、总排气管8、驱动电机9。

具体实施过程如下：

如图1和图2所示，一种用于井口增压开采页岩气体的压缩机组管路，主要包括一级气缸1、二级气缸2、驱动电机9、曲轴连杆机构、总进气管7、总排气管8、进气分离器6、一级进气缓冲罐1.3、一级排气阀1.2、一级进气阀1.1、一级排气缓冲罐1.4、一级冷却器1.5、一级分离器1.6、二级进气缓冲罐2.3、二级排气阀2.2、二级进气阀2.1、二级排气缓冲罐2.4、二级冷却器2.5、控制机构和连接管路，驱动电机9与一级气缸1和二级气缸2之间用过曲轴连杆机构连接，连接管路顺次将将进气分离器6、一级进气缓冲罐1.3、一级气缸1、一级排气缓冲罐1.4、一级冷却器1.5、一级分离器1.6、二级进气缓冲罐2.3、二级气缸2、二级排气缓冲罐2.4、二级冷却器2.5和总排气管8串接，在上述所提及到的各个部件的结构和工作原理均为现有技术，在本实施例中不做过多的阐述。

在本技术方案中为了实现压缩机机组的进气压力的大范围变化，避免能源浪费的同时能够满足页岩气开采时的整个增压过程，在上述结构的基础上引入了PLC控制系统4和进气支管3，进气支管3位于进气分离器6和二级进气缓冲罐2.3之间，进气支管3的一端和进气分离器6出口处的连接管路连通，进气支管3的另一端与二级进气缓冲罐2.3的连接管道连通，进气支管3上还设有控制阀5，控制阀5和PLC控制系统4电性连接，一级气缸1进气阀1.1上还设有对进气阀的开闭进行控制的控制机构1.7，控制机构1.7和PLC控制系统4电性连接，优选地，控制阀5选用的是电磁阀，因为电磁阀的价格适中，且能通过PLC控系统进行控制，由于进气分离器6内出来的气体温度不高，且已过滤，所以无需经过一级空冷器1.5降温和一级分离器1.6进行油气分离，固进气支管3的一端连接于二级进气缓冲罐2.3和一级分离器1.6之间的连接管路上。

本实用新型的详细技术方案可通过以下计算过程得出：核算机组实际工作压力范围内各工况点的热力性能，根据机组的额定杆载荷、额定功率确定控制点的进气压力，机组运行中，PLC系统监控总进气压力，当进气压力高于控制点压力时，PLC控制控制机构1.7及控制阀5动作，控制机构1.7强制一级进气阀1.1打开，一级气缸1不工作，控制阀5打开，将总进气直接引入二级进气缓冲罐2.3，此时，仅二级气缸2压缩，实际工作过程变为一级压缩。

高进压仅二级缸做一级压缩时的容积流量：

相同工况机组做两级压缩时容积流量：

式中，Q——容积流量，m3/min；λ_v——容积系数；λ_p——压力系数；λ_l——泄漏系数；λ_T——温度系数；V_h——行程容积，m3；D——缸径，m；n——转速，r/min；下标1，2——一级、二级。

一级缸径D₁大于二级缸径D₂，由式(1)及(2)可知，仅二级缸压缩时气量减少，进而耗功减少。

高进压仅二级缸做一级压缩时的活塞力：

相同工况机组做两级压缩时活塞力：

式中，F——活塞力，N；p——压力，Pa；d——活塞杆直径，m；下标h——盖侧；下标c——轴侧；下标d——排气；下标s——进气；下标0——标准状态。

高进压做两级压缩时，压比主要由第一级承担，所以p_d，1与排气压力p_d接近，而一级缸径D₁大于二级缸径D₂，由式(3)到(6)可知，仅二级缸压缩时活塞力小于两级压缩时。

当后期井口压力低于控制点压力时，PLC控制消失，控制机构1.7及控制阀5恢复，总进气到二级进气缓冲罐的通道关闭，一级进气阀1.1上外力消失，正常启闭，实际工作过程变回两级压缩。

压缩机排气温度由式(7)计算：

式中，T——温度，K；ε——压比；k——过程指数。

排气压力不变，进气压力降低时，总压比ε增大，采用两级压缩时ε＝ε₁ε₂，一级压比ε₁及二级压比ε₂均减小，进而排气温度降低。

具体实施例如下：

以进气压力1.0MPaG，排气压力6.3MPaG，额定流量5×10⁴Nm3/d为设计点，进气压力范围为0.5～3.0MPaG的一个页岩气开采项目为例。根据设计点设计的页岩气压缩机组最大载荷为70kN，电机功率为160kW，工作范围内机组各工况点的热力性能如表1所示。由表可知，通过本发明所述的管路设计方法可以在满足设计工况条件下实现页岩气机组大范围变工况运行。

表格1特殊设计后页岩气压缩机组各工况点热力性能

综上所述，本发明通过在高进压，低压比时，采用缸径小的二级缸做一级压缩；低进压，高压比时，采用两级压缩的方法在全部工况范围内将活塞力、功率及排气温度控制在许用范围内，满足机组大范围变工况运行的需求。

需要提前说明的是，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.一种用于井口增压开采页岩气体的压缩机组管路，包括一级气缸、二级气缸、驱动电机、曲轴连杆机构、总进气管、总排气管、进气分离器、一级进气缓冲罐、一级排气阀、一级进气阀、一级排气缓冲罐、一级冷却器、一级排气分离器、二级进气缓冲罐、二级排气阀、二级进气阀、二级排气缓冲罐、二级冷却器和连接管路，所述驱动电机与一级气缸和二级气缸通过曲轴连杆机构连接，所述总进气管和进气分离器连通，所述连接管路顺次将进气分离器、一级进气缓冲罐、一级气缸、一级排气缓冲罐、一级冷却器、一级排气分离器、二级进气缓冲罐、二级气缸、二级排气缓冲罐、二级冷却器和总排气管串接，其特征在于：还包括PLC控制系统和进气支管，所述进气支管位于进气分离器和二级进气缓冲罐之间，所述进气支管的一端和进气分离器出口处的连接管路连通，所述进气支管的另一端与二级进气缓冲罐的连接管道连通，所述进气支管上还设有控制阀，所述控制阀和PLC控制系统电性连接，所述一级进气阀上还设有对进气阀的开闭进行控制的控制机构，所述控制机构和PLC控制系统电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于井口增压开采页岩气体的压缩机组管路，其特征在于：所述进气支管上的控制阀为电磁阀。

3.根据权利要求1所述的一种用于井口增压开采页岩气体的压缩机组管路，其特征在于：所述进气支管的一端连接于二级进气缓冲罐和一级分离器之间的连接管路上。