RU2488705C1 - Method of associated oil gas recovery and power machine to this end - Google Patents

Method of associated oil gas recovery and power machine to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2488705C1
RU2488705C1 RU2012101626/06A RU2012101626A RU2488705C1 RU 2488705 C1 RU2488705 C1 RU 2488705C1 RU 2012101626/06 A RU2012101626/06 A RU 2012101626/06A RU 2012101626 A RU2012101626 A RU 2012101626A RU 2488705 C1 RU2488705 C1 RU 2488705C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
petroleum gas
associated petroleum
machine
heat exchanger
turbine
Prior art date
Application number
RU2012101626/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Мухаббат Шарифовна Гарифуллина
Герман Викторович Демидов
Леонард Шамсиевич Хаиров
Светлана Валентиновна Юдина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ - КАИ)
Герман Викторович Демидов
Леонард Шамсиевич Хаиров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ - КАИ), Герман Викторович Демидов, Леонард Шамсиевич Хаиров filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ - КАИ)
Priority to RU2012101626/06A priority Critical patent/RU2488705C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2488705C1 publication Critical patent/RU2488705C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: proposed method comprises feeding air and associated oil gas into power machine, mixing them and igniting to obtain heated working body to convert its heat into pay load. Portion of air fed into power machine is heated in heat exchanger arranged inside said machine in its high-temperature combustion of associated oil gas, expanded in the turbine and directed in associated oil gas feed zone for mixing and combustion in medium of preheated air. Work of heated air expansion is exploited in turbine for compressor and pay load extra unit drive. Power machine comprises housing composed of discharge flue with inlet and outlet communicated with atmosphere, impeller machine articulated with pay load unit, combustion chamber and atmospheric air and associated oil gas feed elements. Additionally, power machine incorporates heat exchanger, extra impeller machines and pay load extra unit, all being articulated to make turbo compressor. Inlet of the latter is communicated with discharge flue inner space at its lower section while its outlet is communicated with turbine inlet via heat exchanger cold section arranged in high-temperature zone of combustion chamber. Turbine outlet is communicated with discharge flue inner space in zone of combustion chamber associated oil gas feed point.
EFFECT: higher efficiency.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии, утилизируя попутный нефтяной газ путем сжигания его в факелах без дополнительной очистки непосредственно после его получения в процессе добычи нефти на месторождении.The invention relates to the field of energy and can be used to generate electricity by utilizing associated petroleum gas by flaring it without further purification immediately after it is received in the process of oil production at the field.

Природный газ, который поступает из нефтяных скважин, обычно существует в составе с другими углеводородами, такими как: этан, пропан, бутан и пентан. Кроме того, сырой природный газ содержит водяные пары, сероводород (H2S), углекислый газ, азот и другие компоненты. Попутный нефтяной газ, содержащий такие примеси, сложно транспортировать, а также трудно использовать без дополнительной очистки после его получения в процессе добычи нефти.Natural gas, which comes from oil wells, usually exists in combination with other hydrocarbons, such as ethane, propane, butane and pentane. In addition, raw natural gas contains water vapor, hydrogen sulfide (H 2 S), carbon dioxide, nitrogen and other components. Associated petroleum gas containing such impurities is difficult to transport, and it is also difficult to use without additional purification after it is received in the process of oil production.

Проблема утилизации попутного нефтяного газа стоит перед всеми нефтяными компаниями. Для нефтяников транспортировка и переработка попутного нефтяного газа для дальнейшего применения нерентабельна, так как стоимость такого топлива будет выше рыночной. В настоящий момент попутный нефтяной газ в огромных количествах сжигается на факелах. Использование попутного нефтяного газа в энергетике позволит решить проблему теплового и энергетического снабжения нефтяных компаний. При добыче нефти существует практика использования попутного нефтяного газа для выработки электроэнергии для промысловых нужд.The problem of associated petroleum gas utilization is facing all oil companies. For oil workers, the transportation and processing of associated petroleum gas for further use is unprofitable, since the cost of such fuel will be higher than the market price. At the moment, associated petroleum gas in large quantities is flared. The use of associated petroleum gas in the energy sector will solve the problem of heat and energy supply to oil companies. In oil production, there is a practice of using associated petroleum gas to generate electricity for field needs.

Известна факельная энергетическая установка на попутном газе (патент RU №2180720 опубл. 20.03.2002, МПК F23D 14/62, F22B 33/18), реализующая способ утилизации попутного нефтяного газа, включающего подачу воздуха и подачу попутного нефтяного газа в факельную энергетическую установку, их смешение и сжигание в ней с получением нагретого рабочего тела, преобразование энергии рабочего тела в полезную нагрузку, включает также газовый коллектор, соединенный с группой установленных вертикально труб, каждая из которых на выходе содержит газовое сопло в виде конфузора, смесительную камеру. Она содержит коллекторы водяной и паровой, цистерну питательной воды, систему подачи воды, привод в виде паровой турбины, электрогенератор.A known flare power plant using associated gas (patent RU No. 2180720 publ. March 20, 2002, IPC F23D 14/62, F22B 33/18), which implements a method for utilizing associated petroleum gas, which includes supplying air and supplying associated petroleum gas to a flare power plant, mixing and burning it to produce a heated working fluid, converting the energy of the working fluid into a payload, also includes a gas collector connected to a group of vertically mounted pipes, each of which contains a gas nozzle in the form of a conf ora, mixing chamber. It contains collectors of water and steam, a feed water tank, a water supply system, a drive in the form of a steam turbine, an electric generator.

Недостатком такого технического решения является сложность ее эксплуатации непосредственно на месторождении при получении попутного нефтяного газа в процессе добычи нефти из-за необходимости постоянного присутствия персонала повышенной квалификации, удаленности от источников расходуемых компонентов рабочего тела турбины в виде питательной воды, ее привоз и подготовка перед подачей в коллектор в разное время года, что затрудняет экономичную бесперебойную переработку любого секундного расхода попутного нефтяного газа в качестве топлива и требует постоянного присутствия персонала повышенной квалификации при эксплуатации факельной энергетической установки на месторождении при безопасных низких давлениях попутного нефтяного газа в магистрали подачи.The disadvantage of this technical solution is the difficulty of its operation directly at the field when producing associated petroleum gas in the oil production process due to the need for the constant presence of highly qualified personnel, remoteness from sources of consumable components of the turbine working fluid in the form of feed water, its transportation and preparation before delivery to a collector at different times of the year, which makes it difficult to economically trouble-free processing of any second consumption of associated petroleum gas as fuel and requires the constant presence of highly qualified personnel when operating a flare power plant in the field at safe low pressures of associated petroleum gas in the supply line.

Известен способ отвода сопутствующего горючего газа от нефтяной скважины и устройство для отвода сопутствующего горючего газа от нефтяной скважины (патент RU №2376458, опубл. 20.12.2009, МПК Е21В 43/00, Н01М 8/00), включающий отвод сопутствующего горючего газа, очищение, подачу в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, сжигание в рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания с прокаливанием после выхода из камеры сгорания, направления через выхлопные трубы в катализатор для очистки и далее в камеру прокаливания для более тонкой очистки и последующего охлаждения в теплообменнике с холодной проточной водой перед выбросом в атмосферу, а также сжигание топлива производят в виде попутного нефтяного газа с предварительной подготовкой попутного нефтяного газа (фильтрацией, сепарацией, осушкой) и затем производят преобразование выделившейся теплоты в механическую работу.There is a method of removing associated combustible gas from an oil well and a device for removing associated combustible gas from an oil well (patent RU No. 2376458, publ. 12/20/2009, IPC ЕВВ 43/00, Н01М 8/00), including the removal of associated combustible gas, purification feeding into the combustion chamber of the internal combustion engine, burning in the working cycle of the internal combustion engine with calcination after leaving the combustion chamber, directing it through the exhaust pipes to the catalyst for cleaning and then to the calcining chamber for finer cleaning and subsequent cooling in a heat exchanger with cold running water before being discharged into the atmosphere, as well as fuel combustion, is produced in the form of associated petroleum gas with preliminary treatment of associated petroleum gas (filtration, separation, drying) and then the generated heat is converted into mechanical work.

В известном устройстве для реализации способа отвода сопутствующего горючего газа от нефтяной скважины (патент RU №2376458, опубл. 20.12.2009 г., МПК Е21В 43/00, Н01M 8/00), включающем двигатель внутреннего сгорания, т.е. тепловой двигатель, внутри которого происходит сжигание топлива в виде попутного нефтяного газа и предварительную подготовку попутного нефтяного газа (фильтрацию, сепарацию, осушку) и преобразование выделившейся теплоты в механическую работу. В корпусе устройства весь рабочий процесс осуществляется в цилиндрах, в которых размещена поршневая группа с кривошипно-шатунным механизмом.In a known device for implementing a method for removing associated combustible gas from an oil well (patent RU No. 2376458, published on December 20, 2009, IPC EV21/00, H01M 8/00), including an internal combustion engine, i.e. a heat engine, inside which there is combustion of fuel in the form of associated petroleum gas and preliminary preparation of associated petroleum gas (filtration, separation, drying) and the conversion of the released heat into mechanical work. In the device case, the entire working process is carried out in cylinders in which a piston group with a crank mechanism is located.

Недостатком такого технического решения является необходимость проведения дорогостоящей предварительной подготовки попутного нефтяного газа (фильтрации, сепарации, осушки), а из-за конструктивных особенностей геометрических параметров устройства не удается обеспечить большой секундный расход попутного нефтяного газа в одном устройстве. Оно требует создания инфраструктуры подготовки, накопления, хранения попутного нефтяного газа, и в то же время требует квалифицированного обслуживания газопоршневой электростанции, главным образом, небольшой мощности одного агрегата, например, мощностью 200 кВт.The disadvantage of this technical solution is the need for expensive preliminary preparation of associated petroleum gas (filtration, separation, drying), and due to the design features of the geometric parameters of the device, it is not possible to provide a large second consumption of associated petroleum gas in one device. It requires the creation of an infrastructure for the preparation, accumulation, storage of associated petroleum gas, and at the same time requires qualified maintenance of a gas piston power plant, mainly of a small capacity per unit, for example, 200 kW.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому техническому решению и взятому в качестве прототипа является способ утилизации попутного нефтяного газа и энергетическая машина для его осуществления (заявка №2010133703/03 с решением о выдаче патента от 03.10.2011 г., МПК F23G 5/00), заключающийся в подаче воздуха и подаче попутного нефтяного газа в энергетическую машину, их смешение и сжигание в ней с получением на гретого рабочего тела, преобразование энергии рабочего тела в полезную нагрузку. Машина содержит корпус, лопаточную машину, кинематически соединенную с агрегатом полезной нагрузки, камеру сгорания и элементы подвода атмосферного воздуха, попутного нефтяного газа. Корпус выполнен в виде вытяжной трубы, вход которой герметично соединен с корпусом струйного насоса. Выход вытяжной трубы сообщен с атмосферой. На выходе вытяжной трубы установлена, по менгьшей мере, одна лопаточная машина.The closest in technical essence to the claimed technical solution and taken as a prototype is a method for utilization of associated petroleum gas and an energy machine for its implementation (application No. 2010133703/03 with a decision on the grant of a patent dated 10/03/2011, IPC F23G 5/00) consisting in the supply of air and the supply of associated petroleum gas to the energy machine, their mixing and burning in it to produce a heated working fluid, the conversion of the energy of the working fluid into a payload. The machine comprises a housing, a blade machine kinematically connected to the payload aggregate, a combustion chamber and elements for supplying atmospheric air and associated petroleum gas. The housing is made in the form of an exhaust pipe, the inlet of which is hermetically connected to the housing of the jet pump. The chimney outlet is connected to the atmosphere. At least one scapular machine is installed at the outlet of the chimney.

Недостатком прототипа способа утилизации попутного нефтяного газа и энергетической машины для его осуществления являются низкие показатели работы, а именно низкая эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую из-за низкого значения термического коэффициента полезного действия тепловой машины, работающей при низких значениях давления рабочего тела.The disadvantage of the prototype method for the utilization of associated petroleum gas and an energy machine for its implementation is the low performance, namely the low conversion efficiency of thermal energy into electrical energy due to the low thermal efficiency of the thermal machine operating at low pressure values of the working fluid.

Решаемой задачей изобретения является достижение более высоких показателей эффективности работы способа утилизации попутного нефтяного газа и энергетической машины для его осуществления.The solved problem of the invention is to achieve higher performance indicators of a method for utilization of associated petroleum gas and an energy machine for its implementation.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую путем увеличении значения термического коэффициента полезного действия тепловой машины, работающей при высоких значениях давления рабочего тела.The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is to increase the efficiency of conversion of thermal energy into electrical energy by increasing the thermal coefficient of efficiency of a thermal machine operating at high pressure values of the working fluid.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе утилизации попутного нефтяного газа, включающем подачу воздуха и подачу попутного нефтяного газа в энергетическую машину, их смешение и сжигание в ней с получением нагретого рабочего тела, преобразование энергии рабочего тела в полезную нагрузку, часть подаваемого воздуха в энергетическую машину сжимают в компрессоре, нагревают в теплообменнике, расположенном во внутреннем объеме энергетической машины в ее высокотемпературной зоне горения попутного нефтяного газа, расширяют в турбине и направляют в зону подачи попутного нефтяного газа, обеспечивая смешение и сжигание попутного нефтяного газа в среде предварительно нагретого воздуха, а работу расширения нагретого воздуха в турбине используют для привода компрессора и дополнительного агрегата полезной нагрузки.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for the utilization of associated petroleum gas, which includes supplying air and supplying associated petroleum gas to an energy machine, mixing and burning them to produce a heated working fluid, converting the energy of the working fluid into a payload, part of the supplied air into the energy machine is compressed in a compressor, heated in a heat exchanger located in the internal volume of the energy machine in its high-temperature combustion zone of associated petroleum gas, Shiryaev in the turbine and fed into the feed zone associated gas, providing mixing and combustion of APG in a medium preheated air, and work expanding the heated air in the turbine is used to drive the compressor and the additional unit payload.

Для повышения эффективности способа, прогрессивного самоускорения химических реакций процесса горении, по меньшей мере, часть подаваемого попутного нефтяного газа нагревают в дополнительном теплообменнике расположенном во внутреннем объеме энергетической машины на выходе из зоны горения, и направляют в энергетическую машину, обеспечивая смешение и сжигание предварительно нагретого попутного нефтяного газа в среде нагретого воздуха.To increase the efficiency of the method, progressive self-acceleration of chemical reactions of the combustion process, at least part of the supplied associated petroleum gas is heated in an additional heat exchanger located in the internal volume of the energy machine at the outlet of the combustion zone, and sent to the energy machine, providing mixing and combustion of the preheated associated gas in an environment of heated air.

Технический результат достигается тем, что в энергетическую машину для осуществления способа утилизации попутного нефтяного газа, содержащую корпус в виде вытяжной трубы, сообщенной с атмосферой входом и выходом, лопаточную машину, кинематически соединенную с агрегатом полезной нагрузки, камеру сгорания и элементы подвода атмосферного воздуха, попутного нефтяного газа, введены теплообменник, дополнительные лопаточные машины (компрессор и турбина) и дополнительный агрегат полезной нагрузки, которые кинематически соединены между собой, образуя турбокомпрессор, при этом вход компрессора сообщен с внутренней полостью вытяжной трубы в нижней ее части, а выход его сообщен со входом турбины через полость холодной части теплообменника, которая размещена в высокотемпературной зоне камеры сгорания, причем выход турбины сообщен с внутренней полостью вытяжной трубы в зоне подвода попутного нефтяного газа камеры сгорания.The technical result is achieved by the fact that in an energy machine for implementing a method for utilization of associated petroleum gas, comprising a casing in the form of a chimney connected to the atmosphere by an inlet and outlet, a spatula machine kinematically connected to a payload aggregate, a combustion chamber and elements for supplying atmospheric air, associated gas, introduced a heat exchanger, additional vanes (compressor and turbine) and an additional payload unit, which are kinematically connected to each other th, forming a turbocompressor, while the compressor inlet communicates with the internal cavity of the exhaust pipe in its lower part, and its output communicates with the turbine inlet through the cavity of the cold part of the heat exchanger, which is located in the high-temperature zone of the combustion chamber, the turbine outlet communicating with the internal cavity of the exhaust pipe in the zone of supply of associated petroleum gas of the combustion chamber.

Для повышения эффективности энергетической машины, для интенсификации химического процесса горения, в систему подачи попутного нефтяного газа введен дополнительный теплообменник, при этом по меньшей мере часть подачи попутного нефтяного газа в камеру сгорания осуществлена через полость холодной части дополнительного теплообменника, которая размещена во внутренней полости вытяжной трубы, в верхней ее части.To increase the efficiency of the energy machine, to intensify the chemical combustion process, an additional heat exchanger is introduced into the associated petroleum gas supply system, while at least part of the associated petroleum gas supply to the combustion chamber is carried out through the cavity of the cold part of the additional heat exchanger, which is located in the internal cavity of the exhaust pipe in its upper part.

Для пояснения технической сущности рассмотрим фигуры.To clarify the technical essence, consider the figures.

На фиг.1 показан схематически продольный разрез устройства в виде энергетической машины для реализации заявленного способа утилизации попутного нефтяного газа, в которой преобразование энергии рабочего тела в полезную нагрузку осуществляют с использованием лопаточной машины и турбокомпрессора, работающего на одном из компонентов рабочего тела.Figure 1 shows a schematic longitudinal section of a device in the form of an energy machine for implementing the inventive method of utilization of associated petroleum gas, in which the conversion of the energy of the working fluid into a payload is carried out using a spatula and a turbocharger operating on one of the components of the working fluid.

На фиг.2 показан схематически продольный разрез устройства в виде энергетической машины для реализации заявленного способа утилизации попутного нефтяного газа, снабженной элементами для улучшения воспламенения и устойчивости процесса горения.Figure 2 shows a schematic longitudinal section of a device in the form of an energy machine for implementing the inventive method of utilization of associated petroleum gas, equipped with elements for improving ignition and stability of the combustion process.

На фиг.3 показан схематически продольный разрез устройства в виде энергетической машины для реализации заявленного способа утилизации попутного нефтяного газа, гдеFigure 3 shows a schematic longitudinal section of a device in the form of an energy machine for implementing the inventive method of utilization of associated petroleum gas, where

1 - корпус в виде вытяжной трубы;1 - case in the form of a chimney;

2 - элементы попутного нефтяного газа;2 - elements of associated petroleum gas;

3 - канал подвода попутного нефтяного газа;3 - channel for supplying associated petroleum gas;

4 - камера сгорания;4 - combustion chamber;

5 - каналы отвода рабочего тела;5 - channels for removal of the working fluid;

6 - лопаточная машина;6 - blade machine;

7 - агрегат полезной нагрузки (электрогенератор);7 - payload aggregate (electric generator);

8 - дополнительная лопаточная машина (компрессор);8 - additional blade machine (compressor);

9 - дополнительная лопаточная машина (турбина);9 - additional blade machine (turbine);

10 - дополнительный агрегат полезной нагрузки (электрогенератор);10 - additional payload aggregate (electric generator);

11 - теплообменник;11 - heat exchanger;

12 - дополнительный теплообменник;12 - additional heat exchanger;

13 - дополнительные элементы подвода попутного нефтяного газа;13 - additional elements for supplying associated petroleum gas;

14 - агрегаты автоматики.14 - automation units.

На вышеуказанных фигурах стрелками показана схема движения возникающего в устройстве потока атмосферного воздуха и рабочего тела, полученного в результате процесса сжигания попутного нефтяного газа в энергетической машине.In the above figures, the arrows show the movement pattern of the flow of atmospheric air and the working fluid resulting from the combustion of associated petroleum gas in the power machine.

Энергетическая машина, осуществляющая утилизацию попутного нефтяного газа, представленная схемой продольного разреза на фиг.1, содержит вытяжную трубу 1, сообщенной с атмосферой входом и выходом. В нем размещены элементы 2 подвода попутного нефтяного газа, канал 3 подвода атмосферного воздуха. В корпусе в виде вытяжной трубы 1 размещена камера сгорания 4, выполненная с возможностью сжигания неочищенного попутного нефтяного газа. В корпусе в виде вытяжной трубы 1 размещены каналы 5 отвода рабочего тела. На выходе канала 5 отвода рабочего тела установлена лопаточная машина 6, кинематически соединенная с агрегатом 7 полезной нагрузки, в качестве которой может быть использован электрогенератор. При этом выход корпуса в виде вытяжной трубы 1 каналом 5 сообщен с атмосферой на высоте, определяемой длиной вытяжной трубы. Плотность воздуха атмосферы на входе канала 3 вытяжной трубы больше плотности рабочего тела на выходе канала 5 отвода рабочего тела вытяжной трубы, что обеспечивает течение воздуха в корпус в виде вытяжной трубы 1 при свободном доступе его из атмосферы в энергетическую машину.An energy machine utilizing associated petroleum gas, represented by a longitudinal section diagram of FIG. 1, comprises a chimney 1 communicating with the atmosphere by an inlet and an outlet. It contains elements 2 for supplying associated petroleum gas, channel 3 for supplying atmospheric air. In the casing in the form of a chimney 1, a combustion chamber 4 is arranged for burning crude crude associated gas. In the housing in the form of an exhaust pipe 1, channels 5 for the removal of the working fluid are placed. At the outlet of the channel 5 for removing the working fluid, a blade machine 6 is installed, kinematically connected to the payload aggregate 7, which can be used as an electric generator. In this case, the housing outlet in the form of a chimney 1 by channel 5 is in communication with the atmosphere at a height determined by the length of the chimney. The atmospheric air density at the inlet of the exhaust pipe channel 3 is greater than the density of the working fluid at the outlet of the exhaust channel 5 of the exhaust pipe working channel, which ensures air flow into the casing in the form of an exhaust pipe 1 with free access from the atmosphere to the energy machine.

Энергетическая машина снабжена дополнительными лопаточными машинами (компрессора 8 и турбины 9), и дополнительным 10 агрегатом полезной нагрузки, кинематически соединены между собой, формируя турбокомпрессор. Агрегаты 7 и дополнительный агрегат 10 полезной нагрузки соединены между собой с возможностью осуществления взаимного энергообмена. Лопаточная машина 8, в качестве которой может быть использован компрессор своим выходом сообщен со входом лопаточной машины 9, в качестве которой может быть использована турбина, через полость холодной части теплообменника 11, которым снабжена энергетическая машина. Холодная часть теплообменника 11 размещена в высокотемпературной зоне камеры сгорания 4.The energy machine is equipped with additional blade machines (compressor 8 and turbine 9), and an additional 10 payload aggregate, kinematically connected to each other, forming a turbocompressor. The units 7 and the additional unit 10 of the payload are interconnected with the possibility of mutual energy exchange. The blade machine 8, which can be used as a compressor, is connected with the output of the blade machine 9, which can be used as a turbine, through the cavity of the cold part of the heat exchanger 11, which is equipped with an energy machine. The cold part of the heat exchanger 11 is located in the high temperature zone of the combustion chamber 4.

Энергетическая машина, представленная схемой продольного разреза на фиг.2, снабжена дополнительным теплообменником 12 и дополнительными элементами 13 подвода попутного нефтяного газа, обеспечивающими разделение потока на части с помощью агрегатов автоматики 14. Одна часть попутного нефтяного газа направляется напрямую в камеру сгорания 4, а другая часть попутного нефтяного газа направляется в камеру сгорания 4 через холодную часть теплообменника 12, который размещен во внутренней полости вытяжной трубы 1, в верхней ее части.The energy machine, represented by the longitudinal section diagram in figure 2, is equipped with an additional heat exchanger 12 and additional elements 13 for the supply of associated petroleum gas, providing for the separation of the flow into parts using automatic units 14. One part of the associated petroleum gas is sent directly to the combustion chamber 4, and the other part of the associated petroleum gas is directed into the combustion chamber 4 through the cold part of the heat exchanger 12, which is located in the inner cavity of the exhaust pipe 1, in its upper part.

На фиг.3 показан схематически продольный разрез устройства в виде энергетической машины для реализации заявленного способа утилизации попутного нефтяного газа, снабженной устройствами для улучшения воспламенения и устойчивости процесса горения.Figure 3 shows a schematic longitudinal section of a device in the form of an energy machine for implementing the inventive method of utilization of associated petroleum gas, equipped with devices to improve ignition and stability of the combustion process.

Работает энергетическая машина следующим образом.The energy machine operates as follows.

Попутный нефтяной газ через элементы 2 подвода попутного нефтяного газа вместе со свободно поступающим холодным воздухом из атмосферы по каналу 3 вытяжной трубы 1 с минимальными потерями напора подается в камеру сгорания 4 и сжигается, используя часть поступившего холодного воздуха из атмосферы, необходимую для сгорания, выделяя определенное количество теплоты. Другая часть холодного атмосферного воздуха, не участвующего в процессе горения вместе с продуктами сгорания, образуя рабочее тело, вводится в канал 5 отвода рабочего тела корпуса вытяжной трубы 1 энергетической машины, который сообщается с атмосферой выше, по меньшей мере, в десятки метров, по высоте, относительно канала подвода воздуха 3, определяемой длиной вытяжной трубы 1. В результате, из-за повышения температуры продуктов сгорания в поле силы тяжести создается положительная разница плотностей сред на входе и выходе энергетической машины, при этом среда с меньшей плотностью в виде нагретого рабочего тела создается на выходе из энергетической машины и располагается выше по высоте по отношению к среде с большей плотностью атмосферного воздуха на входе в энергетическую машину, обеспечивая горение попутного нефтяного газа во внутреннем объеме энергетической машины, сообщенном с атмосферой.Associated petroleum gas through the associated petroleum gas supply elements 2 together with free cold air coming from the atmosphere through the duct 3 of the exhaust pipe 1 with minimal pressure loss is fed into the combustion chamber 4 and burned using a portion of the cold air from the atmosphere necessary for combustion, releasing a certain quantity of heat. Another part of the cold atmospheric air that is not involved in the combustion process together with the combustion products, forming a working fluid, is introduced into the channel 5 of the exhaust body of the body of the exhaust pipe 1 of the energy machine, which communicates with the atmosphere above at least tens of meters in height , relative to the air supply channel 3, determined by the length of the exhaust pipe 1. As a result, due to an increase in the temperature of the combustion products in the field of gravity, a positive difference is created between the densities of the media at the inlet and outlet of the energy tires, while a medium with a lower density in the form of a heated working fluid is created at the exit of the energy machine and is located higher in height with respect to the medium with a higher density of atmospheric air at the entrance to the energy machine, providing combustion of associated petroleum gas in the internal volume of the energy machine, communicated with the atmosphere.

Работа энергетической машины основана на использовании тяги образуемой за счет различия плотности нагретых газов внутри вытяжной трубы и столба холодного атмосферного воздуха такой же высоты вне трубы. Таким образом, в канале корпуса вытяжной трубы 1 создается вытяжной поток продуктов сгорания, который перемещает по каналу корпуса вытяжной трубы 1 определенную массу нагретого газа.The operation of the energy machine is based on the use of draft generated by the difference in the density of heated gases inside the exhaust pipe and a column of cold atmospheric air of the same height outside the pipe. Thus, an exhaust stream of combustion products is created in the channel of the chimney body 1, which moves a certain mass of heated gas along the channel of the chimney body 1.

На выходе из корпуса вытяжной трубы 1, в канале отвода рабочего тела 5 расположена лопаточная машина 6, использующая кинетическую энергию вытяжного потока рабочего тела для своего вращения. Крутящий момент от лопаточной машины 6 кинематически передается на агрегат 7 полезной нагрузки, например, в виде электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию.At the outlet of the exhaust pipe body 1, in the channel for removing the working fluid 5, there is a blade machine 6 that uses the kinetic energy of the exhaust flow of the working fluid for its rotation. The torque from the blade machine 6 is kinematically transmitted to the payload aggregate 7, for example, in the form of an electric generator generating electricity.

Дополнительные лопаточная машина (компрессор) 8, лопаточная машина (турбина) 9 и агрегат полезной нагрузки (электрогенератор) 10 кинематически соединены между собой и образуют турбокомпрессор. Компрессора 8 сжимает воздух и направляет его в полость холодной части теплообменника 11. Нагретый в теплообменнике 11 воздух поступает в турбину 9 и далее во внутреннюю полостью корпуса вытяжной трубы 1 в зону подвода попутного нефтяного газа в камеру сгорания 4. Работа расширения предварительно сжатого в компрессоре 8 и нагретого в теплообменнике 11 воздуха в турбине 9 используется для привода компрессора 8 и дополнительного электрогенератора 10. При запуске энергетической машины электрогенератор 7 работает в режиме стартера.Additional blade machine (compressor) 8, blade machine (turbine) 9 and the payload unit (electric generator) 10 are kinematically connected to each other and form a turbocompressor. The compressor 8 compresses the air and directs it into the cavity of the cold part of the heat exchanger 11. The air heated in the heat exchanger 11 enters the turbine 9 and then into the internal cavity of the exhaust pipe housing 1 into the associated petroleum gas supply zone into the combustion chamber 4. The expansion operation is pre-compressed in the compressor 8 and the air heated in the heat exchanger 11 in the turbine 9 is used to drive the compressor 8 and the additional electric generator 10. When the energy machine starts, the electric generator 7 operates in starter mode.

Одну часть попутного нефтяного газа посредством агрегата автоматики 14 направляют в камеру сгорания 4 непосредственно, другую часть попутного нефтяного газа направляют в камеру сгорания 4 через холодную часть дополнительного теплообменника 12, размещенного во внутренней полости вытяжной трубы 1, в верхней ее части. В результате, к части утилизирующегося попутного нефтяного газа подводится тепло, обеспечивающее прогрессивное самоускорение химических реакций процесса горения. Создаются предпосылки для развития цепного механизма горения, в котором не только электронные компоненты, но и лабильные частицы типа H, O, OH, HO2 в реакциях продолжения и разветвления цепей, которые поддерживают устойчивый режим воспламенения и горения в целом, предотвращая срывы пламени.One part of the associated petroleum gas through the automation unit 14 is sent directly to the combustion chamber 4, the other part of the associated petroleum gas is sent to the combustion chamber 4 through the cold part of the additional heat exchanger 12 located in the upper cavity of the exhaust pipe 1. As a result, heat is supplied to a part of the utilized associated petroleum gas, which provides progressive self-acceleration of chemical reactions of the combustion process. Prerequisites are created for the development of a chain combustion mechanism in which not only electronic components, but also labile particles like H, O, OH, HO 2 in the chain extension and branching reactions that maintain a stable ignition and combustion regime as a whole, preventing flame outages.

По сравнению с известными аналогами предлагаемый способ утилизации попутного нефтяного газа и энергетическая машина для его осуществления обладает рядом преимуществ, заключающихся в повышении эффективности работы способа, а именно в повышении эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую за счет повышения значения термического коэффициента полезного действия тепловой машины, работающей при высоких значениях давления рабочего тела, при этом сохраняя экономичной бесперебойную переработку любого секундного расхода попутного нефтяного газа в качестве топлива без дополнительной его очистки непосредственно после его получения в процессе добычи нефти на месторождении при безопасных низких давлениях в магистрали подачи попутного нефтяного газа. Благодаря разработанной конструктивной особенности энергетической машины, с возможностью получения надежного и высокого ее ресурса работы позволяет использовать в качестве топлива попутный нефтяной газ без дополнительной очистки. Все это делает предложенный способ утилизации попутного нефтяного газа и энергетическую машину для его осуществления высокоэффективным в большом смысле этого слова.Compared with the known analogues, the proposed method for utilization of associated petroleum gas and an energy machine for its implementation has several advantages, which include increasing the efficiency of the method, namely, increasing the efficiency of converting thermal energy into electrical energy by increasing the thermal efficiency of a thermal machine operating at high pressure of the working fluid, while maintaining economical uninterrupted processing of any second flow associated petroleum gas as fuel without additional purification immediately after its receipt in the process of oil production at the field at safe low pressures in the associated petroleum gas supply line. Thanks to the developed design feature of the energy machine, with the possibility of obtaining a reliable and high service life, it allows the use of associated petroleum gas as fuel without additional purification. All this makes the proposed method of associated petroleum gas utilization and the energy machine for its implementation highly efficient in the big sense of the word.

По предварительной оценке предлагаемый способ утилизации попутного нефтяного газа сжиганием попутного нефтяного газа в предлагаемой энергетической машине обеспечит не менее 0.5 кВт·ч. электроэнергии с каждого кубометра попутного нефтяного газа.According to preliminary estimates, the proposed method of utilization of associated petroleum gas by burning associated petroleum gas in the proposed energy machine will provide at least 0.5 kW · h. electricity from each cubic meter of associated petroleum gas.

Claims (4)

1. Способ утилизации попутного нефтяного газа, включающий подачу воздуха и подачу попутного нефтяного газа в энергетическую машину, их смешение и сжигание в ней с получением нагретого рабочего тела, затем преобразование энергии рабочего тела в полезную нагрузку, отличающийся тем, что часть подаваемого воздуха в энергетическую машину сжимают в компрессоре, нагревают в теплообменнике, расположенном во внутреннем объеме энергетической машины в ее высокотемпературной зоне горения попутного нефтяного газа, расширяют в турбине и направляют в зону подачи попутного нефтяного газа, обеспечивая смешение и сжигание попутного нефтяного газа в среде предварительно нагретого воздуха, а работу расширения нагретого воздуха в турбине используют для привода компрессора и дополнительного агрегата полезной нагрузки.1. A method of utilizing associated petroleum gas, including supplying air and supplying associated petroleum gas to an energy machine, mixing and burning it to produce a heated working fluid, then converting the energy of the working fluid into a payload, characterized in that part of the supplied air is supplied to energy the machine is compressed in a compressor, heated in a heat exchanger located in the internal volume of the energy machine in its high-temperature combustion zone of associated petroleum gas, expanded in the turbine and sent in the zone of supply of associated petroleum gas, providing mixing and combustion of associated petroleum gas in the environment of preheated air, and the work of expanding the heated air in the turbine is used to drive a compressor and an additional payload unit. 2. Способ утилизации попутного нефтяного газа по п.1, отличающийся тем, что для повышения эффективности по меньшей мере часть подаваемого попутного нефтяного газа нагревают в дополнительном теплообменнике, расположенном во внутреннем объеме энергетической машины на выходе из зоны горения, и направляют в энергетическую машину, обеспечивая смешение и сжигание предварительно нагретого попутного нефтяного газа в среде нагретого воздуха.2. The method of utilization of associated petroleum gas according to claim 1, characterized in that at least a portion of the supplied petroleum gas is heated in an additional heat exchanger located in the internal volume of the energy machine at the outlet of the combustion zone to increase efficiency and sent to the energy machine, providing mixing and burning of preheated associated petroleum gas in a heated air environment. 3. Энергетическая машина для осуществления способа утилизации попутного нефтяного газа, содержащая корпус в виде вытяжной трубы, сообщенной с атмосферой входом и выходом, лопаточную машину, кинематически соединенную с агрегатом полезной нагрузки, камеру сгорания и элементы подвода атмосферного воздуха, попутного нефтяного газа, отличающаяся тем, что в неё введены теплообменник, дополнительные лопаточные машины (компрессор и турбина) и дополнительный агрегат полезной нагрузки, которые кинематически соединены между собой, образуя турбокомпрессор, при этом вход компрессора сообщен с внутренней полостью вытяжной трубы в нижней ее части, а выход его сообщен со входом турбины через полость холодной части теплообменника, которая размещена в высокотемпературной зоне камеры сгорания, причем выход турбины сообщен с внутренней полостью вытяжной трубы в зоне подвода попутного нефтяного газа камеры сгорания.3. An energy machine for implementing a method for utilization of associated petroleum gas, comprising a casing in the form of a chimney connected to the atmosphere by an inlet and an outlet, a blade machine kinematically connected to a payload aggregate, a combustion chamber and elements for supplying atmospheric air, associated petroleum gas, characterized in that a heat exchanger, additional vanes (compressor and turbine) and an additional payload unit are introduced into it, which are kinematically connected to each other, forming a turbo compressor, the compressor inlet communicating with the internal cavity of the exhaust pipe in its lower part, and its output communicated with the turbine inlet through the cavity of the cold part of the heat exchanger, which is located in the high-temperature zone of the combustion chamber, the turbine outlet communicating with the internal cavity of the exhaust pipe in the supply zone associated petroleum gas combustion chamber. 4. Энергетическая машина для осуществления способа утилизации попутного нефтяного газа по п.3, отличающаяся тем, что для повышения эффективности энергетической машины, для интенсификации химического процесса горения, в систему подачи попутного нефтяного газа введен дополнительный теплообменник, при этом, по меньшей мере, часть подачи попутного нефтяного газа в камеру сгорания осуществлена через полость холодной части дополнительного теплообменника, которая размещена во внутренней полости вытяжной трубы в верхней ее части. 4. An energy machine for implementing a method for utilization of associated petroleum gas according to claim 3, characterized in that in order to increase the efficiency of the energy machine, to intensify the chemical combustion process, an additional heat exchanger is introduced into the associated petroleum gas supply system, at least part the supply of associated petroleum gas to the combustion chamber is carried out through the cavity of the cold part of the additional heat exchanger, which is located in the inner cavity of the exhaust pipe in its upper part.
RU2012101626/06A 2012-01-17 2012-01-17 Method of associated oil gas recovery and power machine to this end RU2488705C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101626/06A RU2488705C1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Method of associated oil gas recovery and power machine to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101626/06A RU2488705C1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Method of associated oil gas recovery and power machine to this end

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2488705C1 true RU2488705C1 (en) 2013-07-27

Family

ID=49155686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012101626/06A RU2488705C1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Method of associated oil gas recovery and power machine to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2488705C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597715C1 (en) * 2015-05-26 2016-09-20 Владислав Юрьевич Климов Power plant

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4151710A (en) * 1977-03-11 1979-05-01 United Technologies Corporation Lubrication cooling system for aircraft engine accessory
RU2180720C1 (en) * 2001-01-16 2002-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Независимый центр экологии человека "ЭКСИ" Casing-head gas fired flare power plant
RU87503U1 (en) * 2009-06-30 2009-10-10 Юрий Робертович Гунгер STEAM-GAS ELECTRIC STATION (OPTIONS)
RU2376458C1 (en) * 2008-04-14 2009-12-20 Владимир Архипович Кокарев Method of accompany combustible gas withdrawal from oil well and equipment for combustible gas withdrawal from oil well
RU2403521C1 (en) * 2009-06-09 2010-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газхолодтехника" System for heating of fuel and buffer gas

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4151710A (en) * 1977-03-11 1979-05-01 United Technologies Corporation Lubrication cooling system for aircraft engine accessory
RU2180720C1 (en) * 2001-01-16 2002-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Независимый центр экологии человека "ЭКСИ" Casing-head gas fired flare power plant
RU2376458C1 (en) * 2008-04-14 2009-12-20 Владимир Архипович Кокарев Method of accompany combustible gas withdrawal from oil well and equipment for combustible gas withdrawal from oil well
RU2403521C1 (en) * 2009-06-09 2010-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газхолодтехника" System for heating of fuel and buffer gas
RU87503U1 (en) * 2009-06-30 2009-10-10 Юрий Робертович Гунгер STEAM-GAS ELECTRIC STATION (OPTIONS)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597715C1 (en) * 2015-05-26 2016-09-20 Владислав Юрьевич Климов Power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6955052B2 (en) Thermal gas compression engine
US5709077A (en) Reduce pollution hydrocarbon combustion gas generator
RU2561755C2 (en) Operating method and system of gas-turbine plant
CN201152197Y (en) Gas turbine power generation system without carbon dioxide emission
RU2467187C2 (en) Method of operating gas turbine unit
RU2013113114A (en) SYSTEM AND METHOD FOR ENERGY GENERATION
RU133250U1 (en) GAS DISTRIBUTION STATION
CN102388265A (en) Method and apparatus for generating electrical power
RU133204U1 (en) COMBINED GAS TURBINE INSTALLATION OF GAS DISTRIBUTION SYSTEM
CN102305109A (en) Oxygen enrichment-coal gasification flue gas reheating combined cycle power system
RU2488705C1 (en) Method of associated oil gas recovery and power machine to this end
RU2447363C1 (en) Method for disposition of associated gas and energy machine for its implementation
CN212177283U (en) Internal combustion engine power device, power system applying same and deuterium preparation system
CN206738005U (en) A kind of gas electricity system
RU2482302C2 (en) Gas turbine plant for conversion of associated petroleum gas into power
CN109578098A (en) The Natural Gas Co-generation electrification technique of zero carbon emission
US4387561A (en) Utilization of coal powering a gas turbine engine
CN101705844A (en) Power generating system of coal-gas turbine without carbon emission and method thereof
CN107829825A (en) The gas turbine engine systems of coproduction water and the method for gas turbine coproduction water
RU2587736C1 (en) Plant for utilisation of low-pressure natural and associated oil gases and method for use thereof
RU2313725C2 (en) Power installation
CN108316978B (en) Household biogas cogeneration device
RU2509956C1 (en) Operation method of thermal power plant for utilisation of associated oil gas, and thermal power plant for its implementation
CN206831555U (en) The generating equipment and coking system to be generated electricity using low-pressure saturated steam
JP2004076634A (en) Gas turbine generator using hydrogen as fuel

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180118