Разработка и исследование насосно-компрессорных установок для сжатия газов и газожидкостных смесей

• Автор: Мартынов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 252 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НАГНЕТАНИЯ ГАЗОВ И ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СМЕСЕЙ ПРИ БУРЕНИИ И ДОБЫЧЕ НЕФТИ И ГАЗА
1.1. Технологии бурения, ремонта скважин и интенсификации нефтегазодобычи с использованием газов и газожидкостных смесей
1.2 Оборудование для нагнетания газов и газожидкостных смесей
1.3 Поршневые компрессоры с двухфазной рабочей средой
1.4 Насосно-компрессорные установки для нагнетания газожидкостных смесей высокого давления
1.4.1. Принцип работы насосно-компрессорной установки
1.4.2 Анализ конструкций НКУ
1.5 Исследования работы насосно-компрессорных установок
1.5.1 Экспериментальные исследования работы насосно-компрессорных установок
1.5.2 Моделирование рабочего процесса насосно-компрессорной установки
1.6 Выводы обзора. Задачи исследования
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ НАСОСНОКОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Задачи моделирования и основные допущения
2.2 Концептуальная модель рабочего процесса компрессионной камеры

2.3 Математическая модель процессов в компрессионной камере НКУ
2.4. Динамика однокамерной НКУ
2.5. Моделирование работы однокамерной НКУ

2.5.1 Анализ влияния конструктивных и режимных параметров на рабочий процесс компрессионной камеры НКУ
2.5.2. Момент на валу однокамерной НКУ
2.6 Моделирование работы многокамерной НКУ на базе трехплунжерного
и пятиплунжерного насосов
2.6.1 Особенности модели многокамерной НКУ
2.6.2 Результаты моделирования работы многокамерной

2.7. Выводы по главе
3 РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ НАСОСНО-
КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
3.1 Классификация НКУ
3.2 Установки с динамическим (подвижным) жидкостным поршнем
3.3 Установки с квазистатическим жидкостным поршнем
3.4 НКУ с компрессионной камерой с боковым газовводом
3.5 Пятикамерная НКУ
3.6 Методология проектирования компрессионных камер НКУ
3.7 Выводы по главе
4 СТЕНДОВЫЕ И ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ НКУ И ИХ ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
4.1 Задачи стендовых испытаний НКУ и описание стенда
4.2. Анализ результатов стендовых испытаний
4.3 Разработка насосно-компрессорных установок
4.3.1 Мобильная насосно-компрессорная установка
УБ14-125х25
4.3.2 Установка для приготовления и нагнетания в скважину инертных газовых смесей

4.3.3 Универсальная установка для генерирования и нагнетания инертных газовых и газожидкостных смесей
4.3.4 Мобильный комплекс оборудования для приготовления и нагнетания в скважину ГЖС
4.3.5 Дожимающая насосно-компрессорная установка в контейнерном исполнении (ДНКУ)
4.3.6 Установка для бурения скважин с очисткой забоя пеной
4.4. Промышленное использование НКУ в нефтегазовых технологиях
4.4.1 Опрессовка газовых трубопроводов
4.4.2 Промывка скважин с аномально низким давлением
4.4.3 Водогазовое воздействие на пласт
4.5. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

менение внутренней энергии газовой фазы, не оказывает влияние теплота парообразования. Вызывают сомнения и некоторые результаты моделирования рабочего процесса. Так, согласно приведенной в [50] температурной диаграмме температура начала всасывания составляет 220 К и примерно треть процесса всасывания*протекает при отрицательной температуре при условии, что температура всасываемого газа составляет 285 К. При такой температуре, вероятно, должны происходить процессы кристаллизации капель и последующего плавления льда, что никак не отражено в модели, да и представляется маловероятным.
Другая математическая модель рабочего процесса поршневого компрессора с двухфазной рабочей средой описана в работах А.И Ходырева [47, 55]. Данная модель предназначена для оценки влияния впрыска во всасывающий трубопровод воды и легкоиспаряющейся жидкости на снижение температуры нагнетания, изменение производительности и мощности компрессора. При ее разработке были приняты следующие допущения: газ идеальный; параметры газа во всасывающей и нагнетательной полостях постоянны; утечки газа отсутствуют; через всасывающий клапан в цилиндр поступают капли одного- диаметра, равного среднеобъемному диаметру капель в спектре; клапаны открываются* мгновенно и полностью; объем капель охладителя пренебрежимо мал; испарение капель квазистационарное; движение капель относительно газовой фазы и осаждение их на стенках рабочей камеры отсутствует.
При составлении модели уравнение первого начала термодинамики тела переменной массы для газовой фазы записано в виде:
<*и = ‘1£>ст-с1(2к-р-с1Г + 1К1 <1тК1+1п-с1тп , (1.14)
где (III — изменение внутренней энергии газовой фазы; й()ст - элементарное количество подведенного от стенок тепла; (1ЦК - элементарное количество тепла, отведенного к каплям; рйУ- элементарная контурная работа; , /„ — удельная энтальпия газа, протекающая через клапаны, и паров охладителя со-