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国 外 石 油 机 械第9卷第2期
往复式压缩机和旋转式压缩机的比较
王 勇 摘译
(胜利石理局勘察设计研究院)
压缩机是一种为可压缩流体增压的设备。进口压力的变化范围可以从负压到正压;出口压力可以从负压到数万psi。往复式压缩机和旋转式压缩机为间歇式压缩。间歇式指自然过程,也就是压缩机吸收一定量的气体对其压缩并在重复该过程之前将气体排出。往复式压缩是油田应用最常见的压缩形式。旋转螺杆压缩机虽然历史悠久,但对油田应用相对却是新成员。旋转螺杆压缩机从技术上是一种螺旋转子压缩机,可以追溯到1871年。那时,制造的第一台旋转螺杆压缩机用于压缩空气。今天,全世界有数万套旋转螺杆压缩机用于天然气压缩。
应用范围 两种类型的压缩机最佳操作条件见图1(出口压力的上限为6.9MPa。如果各项条件均能得到保障的话,往复式压缩机可轻而易举地超过这一压力上限)。图1中的重影部分表示两种机型操作范围的重叠区。从该图清楚地看到,若在进、出口压力高的单井或集输系统上应用,往复式压缩机是理想的设备。相反,若操作条件是进口压力低,旋转螺杆压缩机则是理想的。若操作条件在图1的重叠区,往复式或旋转螺杆压缩机都能满足要求。在这种情况下,需要对当前的条件和所预测的条件进行更详细的分析,以便选择适用的压缩机型。
如果用户的应用处在两种机型之间,这表明最佳配置可能包括两种压缩机结合使用。往复式压缩机 往复式压缩的一个最大优点是技术成熟。在油田上应用的第一台往复式压缩机可追溯到本世纪上半叶。目前,仅在美国运行的往复式压缩机组估计就有27000多台套。往复机设计为多级压缩,每级的压缩比为3.5～4,可配置为一级、二级或三级压缩。往复式压缩机可由电机或天然气发动机驱动。在美国,发动机驱动的往复机占90%以上。选用发动机的主要原因是在大多数油气区,若用天然气作燃
料,则可免除矿区使用费。所节省的燃料费远远超过了较低的电机维护费用。往复机设计简单、经久耐用,从技术上讲可以使用100年。“典型”的往复机是指最近15年来制造的机组。从大多数气体压缩史来看,集输系统的工作压力一直在3.45MPa以上,而压力超过6.9MPa的系统非常罕见。在过去15年间,人们一直在努力降低集输系统的操作压力。这一点从研究美国生产井的统计数字中可以预测到。在美国,大多数生产着的井是1983年之前钻的。由于这些井处于连续的压力递减中,所以,降低集输系统的操作压力是不可避免的。降低操作压力大多
图1 旋转螺杆压缩机和往复式压缩机的操作压力
在左侧低压工况时,旋转螺杆压缩机工作较好;在右侧和上方高压工况时,往复式压缩机工作最好;两者均在间歇范围内工作
1998年4月往复式压缩机和旋转式压缩机的比较
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数由往复机实现,其方法是增加功率或将现有装置重新配置。其结果是在美国大部分,甚至绝大多数集输系统现在的操作压力在0.69～3.45MPa范围内。这些低操作条件导致旋转螺杆压缩机需求迅速增长。
旋转螺杆压缩机 旋转螺杆压缩机运动部件少,其转子副主要采用4叶或6叶配置。螺杆压缩机的排量与叶间容积和转速成正比。
螺杆压缩机因没有体积膨胀,所以容积效率是转子转差率的函数。这是从高压到低压侧的内泄漏。正是由于效率低,所以,在可比应用中螺杆压缩机的功耗较往复压缩机高出10%。最后,压缩机的转速由驱动器的转速设定值控制,它决定着体积处理量。简单地讲,通过调节发动机的转速来调节处理量。这样,螺杆压缩机组的操作就非常简单。旋转螺杆压缩机的设计单级可覆盖很大范围的压缩比。由于连续注油润滑和冷却,所以,这是可能的。许多型号的旋转螺杆压缩机配有排量控制装置,可允许螺杆按进口压力的不同作出反应。这一特点对用于轻烃回收的机组特别具有价值,因为进口流量根据环境条件的不同其变化幅度很大。排量控制还能有效地使用在试井装置上。典型的试井装置为橇装,可以很容易地将其从一个井场移到另一个井场。试井装置必须具有很宽的操纵范围。
组合使用 以上讨论了往复式压缩机和旋转螺杆压缩机使用时的优点和缺点。在许多情况下将两种机型结合使用,在工作性能上可以起到相互取长补短的作用。这种组合型机组适用于进口压力极低或变化幅度大及出口压力大于3.45MPa的范围。另一种情况是要低压操作的系统。若要降低配置往复式压缩机系统的压力,则最终需要对压缩机重新镗缸,其重新镗缸的费用占该装置原成本的40%。降低操作压力可能需要增加一级压缩。若不重新镗缸,另一种选择是为现有往复机配置一台旋转螺杆压缩机。这不仅消除了重新镗缸的需要,而且还可使系统较往复机自身更经济地达到低操作压力的目的。
译自《Hart′sOilandGasWorld》1997.7 CalCahill著
收稿日期 1997-12-10 本文编辑 吴雅娟
侧钻开窗作业用高压封隔器系统
据《油气杂志》1997年7月21日报道:BakerOilTool公司推出一种扭矩控制(TorqueMaster)造斜封隔器和固定系统。该系统采用凸锥(CamCone)和扭矩卡瓦(Torque-Slip)设计,使其能承受左右两个方向高达20000ft
lb的扭矩。在70～300℉的工作温度范围内,其封堵
压力额定值达7500psi。该系统还可用作桥塞。
来自开窗作业的扭矩通过套管固定器和封隔器系统直接进入锥部,凸锥利用铣磨作业期间产生的力来增加卡瓦对套管的咬紧,从而扩展了系统能力。
目前有用于96in,3～53.5ftlb的套管封隔器。该封隔器为永久定向,并在加套管的井眼内固定一个造斜器,用于侧钻或套管退出作业。该扭矩卡瓦的锯齿形可承受扭矩和轴向负荷,同时凸锥的6个平的斜坡或平面,使卡瓦成楔形进入套管,当封隔器放置就位后传输扭矩。该系统可在3°的精度内调节方向。
赵佩华 译自《Oil&GasJournal》1997.7.21
