Обладнання для нагнітання в пласт газу, типи конструкцій, технічні показники

ЛЕКЦІЯ №2.3

Обладнання для нагнітання в пласт газу. Основні типи компресорних установок

Обладнання для нагнітання в пласт газу, його склад, технічні показники. Раціональна експлуатація, основні напрямки вдосконалення компресорів та науково-технічні проблеми при створенні сучасних газоперекачувальних агрегатів

План лекції

Обладнання для нагнітання в пласт газу. Типи конструкцій

Процес стискання газу в поршневому компресорі. Індикаторна діаграма реального робочого процесу

Розрахунок основних робочих параметрів компресорних установок

Список використаної літератури

1) Беззубов А.В., Бухаленко Е.И. Клмпресоры для добычи нефти: Справочник рабочего. – М.: Недра, 1987, 208 с., ил.

2) Гидромашины и компрессоры. Касьянов В.М., М.: изд-во "Недра", 1970, стр. 232.

3) Справочник по нефтепромысловому оборудованию. Под ред. Е.Н.Бухаленко. – М.: Недра, 1990. - 550 с.

4) Молчанов Г.В., Чичеров Л.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. – М.: Недра, 1983. – 308 с.

5) Чичеров Л.Г., Молчанов Г.В., Рабинович А.М. и др. Расчет и конструирвание нефтепромыслового оборудования. – М.: Недра.

Обладнання для нагнітання в пласт газу, типи конструкцій, технічні показники

Нагнітання газу в шар проводять для підтримування газонапірного режиму або переведення продуктивного пласта з режиму "розчинений газ" на режим "газонапірний". В якості робочого агенту застосовують нафтовий або природний газ.

Найбільш сприятливими умовами для підтримування пластового тиску нагнітанням газу є круті кути падіння продуктивних шарів, які представлені літологічними однорідними породами з гарною проникністю та насичені малов’язкими нафтами. У противному випадку можливі швидкі прориви газу до нафтових свердловин. При цьому нафта практично не витискається зі слабопроникливих зон.

В якості нагнітальних свердловин обирають колишні нафтові свердловини, котрі були пробурені у високопроникливій частини покладу, або бурять спеціальні свердловини.

Нагнітання газу або повітря в шар проводять при тисках вищих за пластовий на 10-20%. Для цього необхідне будівництво потужних компресорних станцій з компресорами, які створюють високий тиск та продуктивність.

Спорудження таких компресорних станцій пов’язане зі значними капітальними вкладеннями. Тому звичайно обмежуються підтримуванням пластового тиску порівняно неглибоких пластів після значного падіння пластового тиску, тобто – нагнітання газу проводять на пізній стадії розробки покладу.

Наведений до пластових умов загальний обсяг закачаного газу повинен бути рівним загальному обсягу відібраної із шару рідини. Добова витрата газу, що нагнітається, або повітря визначається досвідченим шляхом виходячи з газоприймальності нагнітальних свердловин. Нормальною вважається приймальність нагнітальних свердловин 1025 тис. м³ газу на добу.

Устаткування для нагнітання газу в пласт складається з компресорів і компресорних станцій.

Компресори являють собою машини для стискання і переміщення газоподібних агентів, наприклад, повітря, кисню, водню, природного газу і т.п. (далі за текстом – газу). Вони знайшли широке застосування в народному господарстві, у тому числі в нафтовій і газовій промисловості.

Області застосування компресорного обладнання в цих галузях наступні:

- піднімання пластової рідини на поверхню при компресорному способі видобутку нафти;

- нагнітання газу в нафтові пласти з метою підтримування і відновлення пластового тиску;

- нагнітання газу в підземні сховища;

- засвоєння свердловин після буріння і ремонту та ін.

Усі компресори можна умовно підрозділити на два види: динамічні та об'ємні.

У динамічних компресорах газ стискується шляхом збільшення його швидкості і перетворення кінетичної енергії газу в енергію тиску. В об'ємних – стискання газу відбувається у результаті зменшення обсягу робочого простору.

До динамічних компресорів відносяться відцентрові, осьові компресори і відцентрові вентилятори.

Відцентрові компресори і вентилятори за принципом дії і конструкції подібні відцентровим насосам; осьовий компресор – осьовому насосу. Конструктивні особливості динамічних компресорів на відміну від насосів зв'язані зі здатністю до стискання транспортованого газового середовища (ця властивість газу визначає конструктивні особливості і об'ємних компресорів) і великими частотами обертання валів компресорів.

До об'ємних компресорів, за аналогією з об'ємними насосами, відносяться поршневі і роторні. Класифікаційною ознакою поршневого компресора є наявність в якості робочого органа поршня або плунжера. Принцип його дії подібний принципу дії поршневого насоса.

До роторних компресорів відносяться пластинчасті, рідинно-кільцеві, коловоротні, гвинтові і деякі інші типи компресорів. У них, так само як і в роторних насосах, здійснюється обертовий або обертовий і зворотно-поступальний рух робочих органів незалежно від характеру руху ведучої ланки. Їхня конструкція і принцип дії аналогічні.

У результаті стиску газу тиск на виході компресора стає більше тиску на вході в нього . Відношення цих величин являє собою ступінь підвищення тиску компресором: .

Коли потрібно забезпечити , застосовуються вентилятори. Для одержання >1,15 застосовують компресори. Для одержання 1,5< <2,5-3 – неохолоджувані компресори, так називані нагнітачі, повітродувки, продувні насоси.

Вакуумні компресори застосовуються для видалення газу з обмеженого простору (судини, резервуара). Тиск на виході вакуумного компресора звичайно дорівнює атмосферному, але в результаті створення розрядження в судині або в резервуарі, ступінь підвищення тиску вакуумним компресором може досягати великих значень, у порівнянні з іншими компресорними машинами.

Компресори поділяються за такими ознаками:

– за тиском на виході: компресор низького (до 1 МПа), середнього (до 10 МПа), високого (до 100 МПа) і надвисокого тиску (більш 100 МПа);

– за типом переміщуваного газу: повітряні, кисневі, для природного газу, аміаку, водню, азоту і т.п.;

– за величиною подачі;

– за місцем встановлення: стаціонарні, пересувні, вбудовані (компресор є вузлом іншої машини або апарата);

– за типом приводу: від електродвигуна, від двигуна внутрішнього згоряння;

– за числом числом ступенів і потоків: -одно, двох- і багатоступінчасті; одно-, двох- і багатопотокові;

– за типом системи охолодження – без штучного охолодження; з повітряним охолодженням, з внутрішнім водяним охолодженням; з зовнішнім охолодженням в одному, двох і більше проміжних охолоджувачах; з упорскуванням охолоджувальної рідини;

– за числом поршнів або плунжерів: -одно, двох-, трьох- і багатопоршневі; одно-, двох-, трьох- і багатоплунжерні;

– за типом механізму передавального руху: передача від двигуна до поршня компресора через кривошипно-шатунний механізм; через шток без кривошипно-шатунного механізму (до останнього відноситься і вільно-поршневий дизель-компресор, поршні якого з'єднані з поршнями двигуна внутрішнього згоряння штоком;

– за схемою розташування компресорних циліндрів: кутові, вертикальні і горизонтальні.

Існують різноманітні схеми поршневих компресорів, призначені для різних умов експлуатації.

У поршневих компресорах крім циліндрів одинарної дії застосовуються також циліндри подвійної дії (порожнини стискання з клапанами розташовані по обидві сторони від поршня). Компресор може мати кілька циліндрів (одинарної або подвійної дії). При цьому однакові етапи робочого процесу в циліндрах не збігаються один з одним по часу. Цим забезпечується рівномірне навантаження приводного двигуна на всіх етапах робочого процесу в компресорі.

На рисунку 2.3.1 наведені різні схеми поршневих компресорів. Римськими цифрами позначені ступені стискання газу. Розташування циліндрів під кутом друг до друга (рисунок 2.3.1 д, е ) забезпечує компактність компресора, зручність обслуговування і кращий у порівнянні з вертикальними і горизонтальними компресорами режим роботи приводного двигуна. Застосування циліндрів подвійної дії (рисунок 2.3.1 а-г, е-з) забезпечує збільшення подачі компресора, але викликає необхідність у спеціальному ущільненні штока. Розташування циліндрів друг проти друга в одній площині (рисунок 2.3.1, з – опозитний компресор) призводить до протилежності напрямків руху поршнів. При цьому врівноважуються інерційні сили від мас, що рухаються і з'являється можливість зменшити масу фундаменту компресора.

У якості привідних двигунів компресорів використовуються електродвигуни, з'єднані з компресором напряму або через пасову передачу, а також двигуни внутрішнього згоряння (рисунок 2.3.2), які є складовою частиною конструкції компресора. Останнім часом до складу технологічних комплексів, які мають велику кількість обладнання та потужну гідравлічну систему приводу робочих органів стали включати компресори з гідравлічним приводом, що дозволили суттєво зменшити габарити компресорних установок при збереженні обертового моменту та потужності вхідному валу компресора.

Рисунок 2.3.1 – Конструктивні схеми поршневих компресорів

Основні деталі поршневих компресорів покажемо на прикладі газо-мотокомпресору в якого приводом є двигун внутрішнього згорання розташований з компресором в одному корпусі (рисунок 2.3.2). До його складу входять: рама-картер (станина) 1, на якій базуються вузли компресора; ліхтарна частина 15 для приєднання циліндра компресора до станини; циліндр компресора 2 з поршнем 3, штоком 4, сальником 5 і клапанами 6. У торці циліндра компресора розташовані деталі системи регулювання 7. Шток поршня з¢єднується з крейцкопфом 8, шатуном компресора 9 і колінчатим валом 18, через який здійснюється зв'язок із приводним двигуном. На шийку колінчатого вала 18 розміщують шатун компресора, з'єднаний пальцями із шатунами 12 двигуна. Через патрубок 13 і всмоктуючий клапан продувного циліндра повітря попадає в продувний насос 14, що має поршень, з'єднаний із крейцкопфом. Продувний насос по каналах подає повітря в циліндри двигуна 10 для витіснення продуктів згоряння через вихлопний патрубок і наповнення циліндрів повітрям перед подачею в них палива через газовпускний клапан 17. Суміш палива з повітрям наприкінці стиску запалюється за допомогою струму високої напруги, що подається на свічку запалювання.

Рисунок 2.3.2 – Газомотокомпресор:

1 – рама-картер; 2 – циліндр, 3 – поршень; 4 – шток; 5 – сальник штока; 6– клапан; 7 – регулятор шкідливого простору компресора; 8 – крейцкопф; 9 – шатун компресора; 10 – циліндр двигуна; 11 – поршень циліндра двигуна; 12 – шатун двигуна; 13 – повітряний патрубок; 14 – продувний насос; 15 – фонарна частина; 16 – сорочка циліндра; 17 – газовпускний клапан, 18 – колінчатий вал

У вільнопоршневому дизель-компресорі (рисунок 2.3.3) дві системи поршнів мають одну вісь. Порожнина між ними являє собою камеру згоряння дизеля. Під тиском газів згоряння палива поршні 2 розходяться і стискають у циліндрах3 переміщуваний газ. Тиск переміщуваного газу, що залишився в шкідливому просторі циліндрів 3, повертає системи поршнів у вихідне положення, і процес повторюється. Таких пар циліндрів у вільнопоршневому дизель-компресорі може бути декілька. Для забезпечення синхронності роботи системи застосовуються спеціальні механізми. Вільнопоршневі дизель-компресори дозволяють досягти високих ступенів підвищення тиску і ККД. Їх недоліком є значне нагрівання в результаті високого ступеня стискання. Разом з тим за умови збереження припустимого нагрівання циліндрових вузлів і примусовому охолодженні індикаторна потужність в одному циліндрі таких компресорів досягає 220 кВт.

Рисунок 2.3.3 – Вільнопоршневий дизель-компресор

Деталі поршневих компресорів змащуються різними способами: розбризкуванням, подачею мастила шестеренними насосами, лубрикаторами за допомогою шприц-олійниць.

Розбризкуванням мастила з картера змащуються корінні підшипники колінчастого вала і деякі інші деталі компресора. Розбризкування здійснюється деталями, що при обертанні колінчастого вала періодично занурюються в масляну ванну картера.

Шестеренний насос забезпечує циркуляцію мастила в системі мащення кривошипно-шатунного механізму. Після попереднього очищення він забирає мастило з картера і подає його в масляний охолоджувач, де воно охолоджується водою. Потім мастило надходить у фільтри грубого і тонкого очищення (мастило може також очищатися з застосуванням магнітних, хімічних і електричних методів). Потім основна частина мастила подається до колінчастого вала. Вал має внутрішні канали, якими мастило підводиться до підшипників. Деяка кількість мастила йде на мащення допоміжних механізмів (наприклад, регулятора частоти обертання валу), а частина його при збільшенні тиску через клапан попадає в картер.

Шестеренчастий насос приводиться в дію від кривошипного вала і тому для змащення деталей компресора до його пуску мастило подається ручним насосом.

У сальники та циліндри компресора і двигуна (у газомотокомпресорах) мастило подається за допомогою лубрикаторів. Плунжери лубрикатора подають до місць мащення строго визначені порції мастила, оскільки зайве мастило в циліндрах викликає погіршення роботи компресорної установки (через зміну властивостей мастила при її контакті з газом, виникнення нагару і т.п.). Плунжери лубрикатора, керовані кулачками розподільного валика, також приводяться від колінчатого вала через систему передач. Для подачі мастила до пуску компресора лубрикатор має ручний привід.

Слід зазначити, що випускаються компресори без системи мащення циліндрів і сальників. Такі компресори повніше відповідають вимогам безпеки, оскільки виключається можливість утворення нагару, вибухонебезпечних сумішей газу, який перекачується, і мастила. Крім того, у деяких технологічних процесах практично неприпустиме застосування компресорів зі змащенням. У цьому випадку система змащення за допомогою лубрикатора відсутня.

Для змащування компресорів застосовуються (у залежності від частоти обертання валу компресора і температури газу при стисканні) компресорні мастила з в'язкістю 10-30×10^-6 м²/с (при 100 °С) і температурою застигання не вище – 10 °С, а також турбінні мастила, авіаційні мастила та ін.

Конструкція компресорної установки включає також систему охолодження. Водяна система охолодження газомотокомпрессора (рисунок 2.3.4) має дві замкнені схеми: перша схема – охолодження холодною водою, що надходить із градирні 1, компресорних циліндрів і мастила (суцільна ліня – холодна вода; штрихпунктирна лінія – мастило); і друга схема – охолодження водою, що надходить з розширювального бака 2.

Рисунок 2.3.4 – Сисиема охолодження газомоторкомпресора:

1 – градирня; 2 – розширювальний бак; 3 –насоси; 4 – охолоджувач мастила; 5 –газомотокомпресор

Вода для охолодження циліндрів двигуна має більшу температуру, чим для охолодження компресорних циліндрів і мастила, тому що сильно розігрітий двигун не можна охолоджувати холодною водою. Міжступеневі і кінцеві охолоджувачі на виході з компресорів також підключаються до схеми охолодження холодною водою.

Схеми охолодження зв'язані між собою, що дозволяє при необхідності змішувати обидва потоки води для зміни їхньої температури.

Компресори, у яких відсутня водяна система охолодження, можуть мати оребрені циліндри для збільшення поверхні охолодження.

В нафтогазовій промисловості також широко застосовуються відцентрові компресори.

Відцентрові компресори мають схему компонування, що наведена на рисунку 2.3.5. Компресорна установка в цілому має значно складнішу конструкцію і наведена на рисунку 2.3.6.

Рисунок 2.3.5 – Схема відцентрового компресора осьового типу та його робочої ступені: а – схема компресора; б – схема робочої ступені; 1 – корпус; 2 – ротор; 3 – підшипники; 4 – ущільнення; 5 – вхідний конфузор; 6 – вхідний спрямовуючий апарат; 7 – робочий вінець; 8 – спрямовуючий вінець; 9 – спрямовуючий апарат; 10 – вихідний дифузор

Компресор типу 43ЦКО-160/15 (рисунок 2.3.6) – відцентрова двохкорпусна восьмиступенева машина, призначена для компримування вуглеводневих газів у газофракціонувальних установках. Компресор складається з мультиплікатора 2, електродвигуна 1, агрегатів систем змащення 7, КВП (контрольно-вимірювальних пристроїв) і автоматики, запірної арматури.

Рисунок 2.3.6 – Відцентрова компресорна установка 43ЦКО-160/15:

1 – привідний електричний двигун; 2 – мультиплікатор; 3 – компресор 1-го ступеня; 4 – компресор 2-го ступеня; 5 – напірна магістраль; 6 – ресивер; 7 – система мащення

Ротори – цих компресорів виконуються нерозбірного типу. Робочі колеса, виготовлені з високоміцних і легованих сталей, закріплені на валові на гарячій посадці. У даній конструкції компресора застосовані масляні кінцеві ущільнення валу.

Мультиплікатор – горизонтального типу з одноступінчатою зубчатою парою. Опори валів мультиплікатора й компресора – підшипники ковзання.

Система мащення – циркуляційна, примусова з вільним зливанням мастила до баку. Для забезпечення нормальної роботи підшипників компресора в цій системі передбачений резервний (пусковий) масляний насос, що включається в тому випадку, коли основний насос не забезпечує необхідного тиску мастила.

Система КВПіА передбачена для забезпечення дистанційного пуску; антипомпажного захисту; підтримання заданого тиску нагнітання дроселюванням і перепуском частини газу з нагнітання на всмоктування; зміни і дистанційного контролю основних параметрів; попереджувальної аварійної сигналізації; блокування, що дозволяє пуск компресора після виконання всіх передпускових операцій; відключення компресора при аварійних режимах.

Існують також й інші типи компресорів, проте вони не знайшли такого ж поширення, як наведені вище конструкції.

Поиск по сайту: