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壓縮機中的多面手-液壓游梁式氣體壓縮機BGC

壓縮機中的多面手-液壓游梁式氣體壓縮機BGC

這款簡潔的游梁式氣體壓縮機擁有簡單的液壓動力裝置,無需動力設備,就可以完成套管氣的壓縮,現場氣體到銷售管線或壓縮機站的加壓輸送,以及作為蒸汽回收裝置的基礎設備。

來自丨World oil
編譯丨TOM 周詩雨

二十世紀八十年代初,查理?麥考伊(Charlie McCoy)成立了一家德州公司——二疊生產設備公司(PPEI)。在與位于Permian盆地的一些油公司一起工作與參觀時,查理?麥考伊認識到這些公司需求更好的天然氣與蒸汽的壓縮方式,以及一個簡單的獨立式蒸汽回收系統。這主要是為了滿足更嚴格的環境法規與標準,因此需要對套管氣進行壓縮出售,同時這些設備還要能夠在油田區塊中的各類天氣條件、各類危險及腐蝕性環境下工作。PPEI公司針對該需求進行了研究,并給出了答案。這就是開發游梁式氣體壓縮機(BGC)并將其與自身動力相整合的原因。

BGC發展歷史

PPEI的一項研究成果就是BGC。某一天,查理(Charlie)在德克薩斯州敖德薩南部的沙山(Sand Hills)與一家公司進行一些人工舉升的作業時,路過了一口套管打開了的井。為了消除井下泵造成的“氣鎖”或氣體干擾現象,油井不斷地將含硫化氫的氣體排向大氣,飄過了沙丘。在氣流的中間,有一些死去的鵪鶉。查理認為這對于環境與野生動物而言,無法接受。

當天晚些時候,查理又返回到那口井,看著泵驅動著驢頭與抽油桿上下移動??粗粗?,他突然想到可以用一個氣缸(即現在的BGC),利用泵機的能量從套管中抽取氣體與壓力。這口井因此成為了第一口安裝BGC的井,減小了作用在地層上的回壓,讓更多的流體從地層流入到了井筒,同時還減少了井下泵中的氣體干擾。后來油公司發現石油與天然氣產量都在增加,該公司就在該區域與其他區域安裝了更多的BGC設備。而這僅僅是開始。

液壓游梁氣體壓縮機(HYBGC)的研發

多年來,使用BGC的油公司一直告訴我們,他們希望在沒有泵的時候也能想辦法使用該設備,而有些公司想要在其他作業中也安裝一些簡單的壓縮系統。因此,大約三年前,我們從抽油機上取下了BGC,整合了一個液壓油缸,實現了以雙作用模式來驅動BGC。這與近四十年來一直使用的是同一款簡單壓縮系統。通過簡單的液壓動力裝置,我們現在既可以享受BGC在壓縮套管頭氣體,現場氣體到銷售線(圖1)或壓縮機站的加壓輸送等作業中的簡單實用性,又能夠將其用于蒸汽回收裝置(VRU)。

壓縮機中的多面手-液壓游梁式氣體壓縮機BGC

圖1. HyBGC不會像同類產品那樣將氣體的排放溫度提高到很高的溫度,這樣氣體可以直接排放到銷售管線中。

HyBGC的基本工作原理

HyBGC不需要抽油機進行氣體壓縮,它是一個獨立的設備單元,可用于多種氣體壓縮應用。HyBGC采用可靠、雙作用的單級往復式氣體壓縮機氣缸,使用液壓油壓作為原動機進行驅動。而這也是久經時間考驗的BGC的標志。液壓油壓由安裝在氣體活塞與氣缸頂部的液壓活塞與氣缸裝置提供。氣缸之間有一個一直延伸到氣缸與氣體壓縮活塞的公共桿,液壓可以通過該桿傳遞到氣缸。

壓縮機以“雙作用”的方式工作:在每個活塞方向上,氣體在活塞一側被壓縮的同時,被另一側吸入?;钊诿看螞_程結束時反向,這樣活塞的壓縮端與進氣端也會反向。當以連續的方式進行上述程序時,就形成了一個往復運動。

為了驅動活塞的往復運動,高壓油流會反向施加在液壓活塞上。當氣體活塞到達壓縮沖程的末端時,活塞定位器會向系統發出反向信號,高壓流就會反過來施加在液壓活塞上,開始將活塞推向另一個方向,而當氣體活塞到達反方向沖程的末端時,再次反向??堪惭b在氣缸上的簡易開關來實現高壓流的反轉。

傳感器位于壓縮氣缸的兩端。流體反轉是通過一個標準的液壓換向閥完成的,該換向閥可以將泵流從一個方向反向到另一個方向。HyBGC可以以電為動力,或者當偏遠地區沒有電時,也可以用天然氣發動機。

壓縮機中的多面手-液壓游梁式氣體壓縮機BGC

圖2. HyBGC不需要吸氣洗滌器、背壓調節器、燃氣/油分離器或VFD。

HyBGC可以通過不同的方法進行控制??梢曰谖鼩鈮毫νㄟ^簡單的啟停功能進行控制。HyBGC通常安裝有一個簡單的旁路來控制源壓力,維持系統的持續運行。還可以結合變速驅動器,對壓縮循環進行加速與減速,補償系統內氣體流量的變化。油公司還可以通過互聯網進行遙測。使用HyBGC系統后,可以調節高壓流體的流量大小,從而控制系統每分鐘的沖程,根據所需壓縮的氣體量加速或減速壓縮循環。

優點

標準往復系統的壓縮比多為3或5,而HyBGC的壓縮比高達10。而HyBGC氣缸大、速度慢,因此每個沖程散發的熱量更多。由于壓縮比很大,所以通過使用HyBGC,可以將氣體對接到更寬范圍的管道壓力上,而不必進行多級壓縮。

為了控制流量、氣源壓力以及壓縮氣體體積,第一種辦法是打開液壓系統中的一個小針閥,這樣就能將一部分原油分流到油藏中去,從而減少每分鐘的沖程數。第二種辦法是將活塞兩頭的傳感器靠攏一點,可以縮短設備的沖程。

當有液體流入的情況下,HyBGC會自動將液體移除壓縮氣缸外,直到所有的液體都清除,可以下推至生產設備中進行分離。濕氣與液體段塞不會損害HyBGC,因此不需要洗滌器與回水泵,如圖2所示。

可以調整系統允許的最大液壓,因此不會對系統造成損害。HyBGC可以安裝在安全閥的下方,這樣就不會有氣體排向大氣,整個系統也就對環境無害。

氣缸活塞密封采用的是正向密封,這樣整個系統就成為了一個泵?;钊苿泳徛?,所以壓縮腔能夠在活塞改變方向之前完全充滿氣體。這一特點使HyBGC在壓縮時變得更高效。制作壓縮缸的材料都不需要潤滑,而且它是一個完全封閉的壓縮系統,因此任何氣體排放到大氣中的可能性都非常小,符合Quad OOOO聯邦法規。

壓縮氣缸及其所有部件都具有耐腐蝕性,可以在H2S和CO2的環境中放心使用。HyBGC還可以壓縮高溫氣體和/或用于蒸汽驅。由于部件簡單,大多數現場人員都能較容易地修理HyBGC。

現場應用:垂直和水平井

有桿泵系統

油公司使用HyBGC來減輕套管壓力與作用在地層上的回壓,讓更多的地層流體從地層流入到井眼。根據儲層的產油指數,產量的增加可以提高現有油井的利潤。而且,當HyBGC把氣體從套管中抽出后,地層上的壓力也降低,氣體會從流體中分離出來,沿著套管上升,脫離舉升系統。這樣就減少了井下舉升系統中的氣體干擾現象,也消除了有桿泵系統中的流體。

ESP和PCP舉升系統

ESP與PCP舉升系統發生故障的一個主要原因是泵內的氣體和/或氣體段塞。通過減小套管中的壓力,氣體會從流體中加速分離出來,通過套管從井中被抽出。ESP與PCP舉升系統是用來舉升液體,而不是氣體。當壓力減少,氣體被排出后,ESP能夠更專注地去除井眼中的流體,而不必處理夾帶在流體中的過量氣體。在一家中東油公司的現場應用中,證明了HyBGC與ESP結合的使用價值(圖3)。

壓縮機中的多面手-液壓游梁式氣體壓縮機BGC

圖3.現場應用1:在中東某一地區,通過將回壓降低500psi,原油產量增加了超過100桶。

氣體回收設備

HyBGC還專門為油罐中的氣體移除進行了設計,可以清除在該項作業中大量存在的高BTU氣體。HyBGC還可以處理罐內的含H2S氣體。在過去三年的實踐中,HyBGC的運行時間比率已經達到了99.4%,如圖4所示。此外,在北達科他州的一個現場應用中,HyBGC的功能也得到證實。設備安裝于2015年12月,運行環境為高H2S的低溫寒冷環境。在設備運行的超過230萬個周期中,沒有收到一個求助電話(圖5)。因此證明HyBGC是一款可用于蒸汽回收的非??煽康膲嚎s系統。

壓縮機中的多面手-液壓游梁式氣體壓縮機BGC

圖4.通常HyBGC VRU每年的運行可靠率超過99.4%。

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圖5.現場應用2 在北達科他州,HyBGC的功能也得到證實。設備在低溫寒冷環境中運行超過230萬個周期,期間沒有收到一個問題投訴。

天然氣管線增壓

HyBGC還可用于從常用管線中收集現場天然氣,在對氣體進行增壓后,輸送給更大的現場壓縮站。由于地形不均勻,長管道是上下起伏的。從這樣的管道中收集氣體時,流體會不斷聚集,并在某一時刻進入HyBGC。HyBGC能夠應對這些液體段塞,不會對系統造成任何不良影響。流體只需要簡單地順著管線泵入到生產設備中,就能完成分離。

結論

液壓游梁式氣體壓縮機剛推出三年,相對于行業來說還是一個較新型的產品。但無論從技術的意義與目的來看,這項技術已經有數十年的歷史了。自二十世紀七十年代后期以來,雙作用BGC就一直服務于全世界的油田。油公司認為,兩種可靠工藝的組合帶來了一次創新,為石油這個古老的行業在氣體壓縮上提供了新的選擇。

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