способ сжатия и перекачки газа или газожидкостных смесей насосом и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сжатия и перекачки газа или газожидкостных смесей насосом, имеющим всасывающую и нагнетательную линии, путем подачи газа или газожидкостной смеси в рабочую камеру насоса с обеспечением подачи жидкости в рабочую камеру, отличающийся тем, что подачу газа или газожидкостной смеси осуществляют периодически через клапан во всасывающую линию, чередуя с подачей в нее жидкости от источника с давлением выше давления газа или газожидкостной смеси, подводимой к насосу, причем в каждом периоде с закрытием клапана и остановкой течения через него газа или газожидкостной смеси обеспечивают сжатие газа и его вытеснение вместе с жидкостью через рабочую камеру в нагнетательную линию посредством подачи жидкости во всасывающую линию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкость во всасывающую линию подают из нагнетательной линии после предварительной сепарации там газожидкостной смеси.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подаче жидкости во всасывающей линии обеспечивают дополнительное повышение давления за счет реализации эжекционного эффекта при взаимодействии жидкости, как активной среды, с газом или газожидкостной смесью, как с пассивной средой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу жидкости во всасывающую линию осуществляют непрерывно через регулируемое гидравлическое сопротивление.

5. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее насос, рабочая камера которого сообщается со всасывающей и нагнетательной линиями, источник газа или газожидкостной смеси, сообщающийся с насосом через клапан, отличающееся тем, что источник газа или газожидкостной смеси сообщается с насосом через его всасывающую линию, а участок всасывающей линии между клапаном и рабочей камерой подключен к источнику жидкости через запорное регулирующее устройство.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что источник жидкости выполнен в виде сепаратора с входным каналом, соединенным с нагнетательной линией насоса, и двумя выходными каналами, по одному из которых перекачивается газ или газожидкостная смесь, по другому отводится жидкость во всасывающую линию насоса.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что запорное регулирующее устройство оснащено элементом в виде сопла, установленного на участке всасывающей линии соосно с ней, образуя струйный аппарат, в котором названный участок всасывающей линии является камерой смешения струйного аппарата.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам сжатия и перекачки газов и газожидкостных смесей, в частности для бурения, освоения скважин и добычи, сбора и подготовки нефти и газа.

Известен способ сжатия и перекачки газожидкостных смесей и устройство для его осуществления в виде поршневого насоса, содержащего рабочую камеру с всасывающим и нагнетательным клапанами и дополнительную камеру, непосредственно в которую вводят газ или газожидкостную смесь с заданным избыточным давлением с обеспечением подачи жидкости непосредственно в рабочую камеру (Авторское свидетельство N 714044, М.кл. F 04 В 23/10. Опубл. 05.02.80, Бюл. N 5.).

Недостатком известного способа является узость области его применения, ограниченная поршневыми насосами, и необходимость в существенном усложнении конструкции самого насоса.

Целью изобретения является устранение названных недостатков и обеспечение возможности перекачивать газы любыми типами насосов (объемными и динамическими) без изменения их конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что способ сжатия и перекачки газа или газожидкостных смесей насосом, имеющим всасывающую и нагнетательную линии, путем подачи газа или газожидкостной смеси в рабочую камеру насоса с обеспечением подачи жидкости в рабочую камеру, причем подачу газа или газожидкостной смеси осуществляют периодически через клапан во всасывающую линию, чередуя с подачей в нее жидкости от источника с давлением выше давления газа или газожидкостной смеси, подводимой к насосу. В каждом периоде, после закрытия клапана и остановки течения через него газа или газожидкостной смеси, подают жидкость во всасывающую линию, обеспечивая сжатие газа во всасывающей линии и в рабочей камере насоса с одновременным вытеснением газа жидкостью через рабочую камеру в нагнетательную линию. Жидкость во всасывающую линию подают от постороннего источника либо из нагнетательной линии насоса после предварительной сепарации там газожидкостной смеси. При подаче жидкости во всасывающей линии обеспечивают дополнительное повышение давления за счет реализации эжекционного эффекта при взаимодействии жидкости, как активной среды, с газом или газожидкостной смесью, как с пассивной средой. Подачу жидкости во всасывающую линию осуществляют непрерывно, через дроссель с регулируемым гидравлическим сопротивлением, либо периодически, через запорное устройство, оснащенное системой управления.

Указанный способ может быть осуществлен устройством новой конструкции, имеющим существенные отличия и содержащим насос, рабочая камера которого сообщается со всасывающей и нагнетательной линиями, источник газа или газожидкостной смеси, сообщающийся с насосом через клапан. В заявляемом устройстве источник газа или газожидкостной смеси сообщается с насосом через его всасывающую линию, а участок всасывающей линии между клапаном и рабочей камерой подключен к источнику жидкости через запорное регулирующее устройство. Источник жидкости может быть выполнен в виде сепаратора с входным каналом, соединенным с нагнетательной линией насоса, и двумя выходными каналами, по одному из которых перекачивается газ или газожидкостная смесь, по другому отводится жидкость во всасывающую линию насоса. Запорное регулирующее устройство может быть оснащено элементом в виде сопла, установленного на участке всасывающей линии соосно с ней, образуя струйный аппарат, в котором названный участок всасывающей линии является камерой смешения струйного аппарата.

Для реализации заявляемого способа сжатия и перекачки газа или газожидкостной смеси может быть использован насос любого типа: объемный насос (поршневой, винтовой, шестеренный и другие) или динамический насос (центробежный, осевой, вихревой и другие). Любой насос, по стандартному определению, является машиной для создания потока жидкой среды и на практике, в подавляющем большинстве случаев, не позволяет перекачивать газы и газожидкостные смеси. Представленный способ позволяет эксплуатировать насосные установки в режиме работы компрессора, что значительно расширяет область применения такого оборудования, особенно при добыче, сборе и подготовке нефти и газа. Особенно важным для решения практических задач является то, что не требуется изменять и усложнять конструкцию самого насоса.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема устройства для осуществления способа сжатия и перекачки газа или газожидкостных смесей насосом.

Устройство содержит насос, рабочая камера 1 которого сообщается со всасывающей 2 и нагнетательной 3 линиями, источник газа или газожидкостной смеси 4, сообщающийся с насосом через клапан 5. Источник газа или газожидкостной смеси 4 сообщается с насосом через его всасывающую линию 2, а участок всасывающей линии между клапаном 5 и рабочей камерой 1 подключен к источнику жидкости 6 через запорное регулирующее устройство 7. Источник жидкости 6 может быть выполнен в виде сепаратора с входным каналом, соединенным с нагнетательной линией 3 насоса и двумя выходными каналами, по одному из которых 8 перекачивается газ или газожидкостная смесь, по другому 9 отводится жидкость во всасывающую линию 2 насоса. Запорное регулирующее устройство 7 может быть дооснащено элементом в виде сопла 10, установленного на участке всасывающей линии 2 соосно с ней, образуя струйный аппарат, в котором названный участок всасывающей линии является камерой смешения 11 струйного аппарата.

Устройство работает следующим образом.

В начале рабочего цикла всасывающая линия 2 и рабочая камера 1 насоса заполнены жидкостью, работающий насос обеспечивает откачку жидкости из всасывающей линии 2. Через запорное регулирующее устройство 7, например через дроссель, от источника жидкости 6, с высоким давлением, во всасывающую линию 2 поступает жидкость с расходом меньше производительности насоса. При этом во всасывающей линии 2 снижается давление, клапан 5 открывается и во всасывающую линию поступает газ или газожидкостная смесь от источника 4. Газожидкостная смесь заполняет всасывающую линию и часть рабочей камеры 1, что приведет к снижению средней плотности среды в рабочей камере насоса и к изменению коэффициента сжимаемости среды. В таких условиях насос (центробежный, поршневой или насос любого другого типа) прекратит перекачку в силу изменений свойств перекачиваемой среды. Вместе с тем во всасывающую линию будет продолжать поступать жидкость от источника 6, где давление жидкости выше давления газа в источнике 4. За счет поступления жидкости во всасывающей линии 2, из которой пока не откачивается среда, начнет повышаться давление. Клапан 5 закроется и жидкость начнет вытеснять газ и газожидкостную смесь из всасывающей линии 2 в рабочую камеру 1 насоса. При росте давления на входе в рабочую камеру 1 средняя плотность среды в рабочей камере увеличится, отношение давлений на выходе и входе насоса уменьшится. Насос в таких условиях обеспечит перекачку газа и газожидкостной смеси в нагнетательную линию 3, так как при снижении разности давлений на выходе и входе любого насоса становится возможной перекачка сред с пониженной средней плотностью. Как только на вход рабочей камеры 1 насоса подойдет жидкость из всасывающей линии 2, насос вернется к режиму перекачки жидкости и рабочий цикл повторится.

Если источник жидкости 6 выполнен в виде сепаратора с входным каналом, соединенным с нагнетательной линией 3 насоса, то в сепараторе произойдет разделение газожидкостной смеси на составляющие компоненты. Жидкость по каналу 9 возвращается во всасывающую линию 2, а газ (при перекачке газа) или газ с частью жидкости (при перекачке газожидкостной смеси) отводится по каналу 8 в продолжение нагнетательной линии. Для варианта исполнения устройства, когда запорное регулирующее устройство 7 дооснащено элементом в виде сопла 10, установленного на участке всасывающей линии 2 соосно с ней, образуется струйный аппарат, в котором названный участок всасывающей линии является камерой смешения 11 струйного аппарата. В таком струйном аппарате реализуется эжекционный эффект, позволяющий увеличить производительность по перекачке газа или газожидкостной смеси.

Запорное регулирующее устройство 7 может быть оснащено системой управления, позволяющей увеличивать расход жидкости для более быстрого заполнения всасывающей линии 2 жидкостью (например, когда клапан 5 закрыт) и уменьшать расход жидкости на этапе поступления газа или газожидкостной смеси во всасывающую линию 2 (например, когда клапан 5 открыт). Электронные системы управления работой запорных устройств известны, известны и возможности программирования такой работы, в той связи не приводятся дополнительные пояснения к вариантам автоматизированной системы управления работой клапанов, включая элементы схемы 7 и 5.