[实用新型]油田专用超高压注氮装备

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油专用机械设备设计与制造技术领域，具体为一种油田专用超高压注氮装备。 

背景技术

 目前油田常规使用的膜制氮注氮设备通常为使用螺杆空压机得到低压空气，通过空气处理系统和膜分离系统制备低压氮气，低压氮气经过往复式活塞增压机压缩增压到所需压力（一般为35MPa以下），但是无法满足页岩气开发、酸化、压裂等工艺50MPa以上的注气压力要求，必须研制新型的超高压注氮气设备才能满足油田现场作业需要。 

实用新型内容

针对上述技术缺陷，本实用新型提供一种操作方便的油田专用超高压注氮装备，其能够解决现有注氮设备氮气压力不足的缺陷。 

其技术方案是：包括依次连接的空气压缩系统、氮气膜分离系统、氮气增压系统，其中氮气增压系统包括往复式活塞氮气增压机组和隔膜式氮气增压机组。即采用目前的常规氮气增压机（比如往复式活塞氮气增压机组）将低压高纯度氮气增压到30MPa（考虑连续运行时间较长，初级氮气增压机未满负荷运行），然后采用隔膜压缩机将30MPa氮气进行二次增压至70MPa，从而达到工艺要求。 

所述的隔膜式氮气增压机组包括驱动电机、隔膜压缩机和高压氮气冷却器；所述的空气压缩系统包括螺杆机组、压缩空气冷却器以及压缩空气处理系统，所述的氮气膜分离系统包括中空纤维膜组和高压氮气冷却器。 

所述的注氮装备分为多个撬体组成，并且采用上吊装结构设计。并且为满足海洋平台吊装要求，单撬重量≤9.5吨。 

所述的注氮装备还包括控制系统，其采用中央集中监控和就地控制的DCS系统。比如上位机采用嵌入式工控机集中监控、下位机选用PLC可编程控制器进行就地控制，且二者之间采用DP通讯协议进行通讯；所述的控制系统还设有人机界面。 

采用本发明制造的油田专用超高压（70MPa）注氮装置可产生95%以上高纯氮气，工作压力最高可达70MPa，氮气产量在900 Nm3/h，单撬重量≤9.5吨，能够满足页岩气开发、酸化、压裂等工艺50MPa以上的注气压力要求，是适应与陆地或者海洋等各种油田现场作业需要。 

附图说明

图1为实用新型的连接示意图； 

图2为空压机撬的结构示意图；

图3为膜制氮撬的结构示意图；

图4为往复式活塞氮气增压机撬的结构示意图；

图5为隔膜式氮气增压机撬的结构示意图；

其中，1、空压机撬：1.1螺杆空压机组；2、膜制氮撬：2.1压缩空气冷却器，2.2压缩空气处理系统，2.3并联中空纤维膜组；3、往复式活塞氮气增压机撬：3.1高压氮气冷却器，3.2往复式活塞压缩机，3.3柴油发动机；4、隔膜式氮气增压机撬：4.1启动及控制系统，4.2防爆电机，4.3隔膜压缩机，4.4隔膜压缩机冷却器。

具体实施方式

 参照附图1-5对本实用新型做进一步描述： 

一种油田专用超高压注氮装备，由空压机撬1、膜制氮撬2、往复式活塞氮气增压机撬3、隔膜式氮气增压机撬4以及控制系统5组成；其中空压机撬1由螺杆空压机组1.1制备低压空气；膜制氮撬2上设有互相连接的压缩空气冷却器2.1、压缩空气处理系统2.2和并联中空纤维膜组2.3，分别用于冷却压缩空气、用于制备洁净的空气以及进行氧-氮分离制备高纯氮气；往复式活塞氮气增压机撬3上设有相互连接的高压氮气冷却器3.1和往复式活塞压缩机3.2，用于将氮气冷却并将低压氮气压缩至30Mpa，往复式活塞压缩机3.2通过柴油发动机3.3提供动力；隔膜式氮气增压机撬4上设有由启动及控制系统4.1控制并通过防爆电机4.2驱动的隔膜压缩机4.3，启动后通过隔膜压缩机4.3将30MPa高压氮气压缩至70Mpa，然后通过隔膜压缩机冷却器4.4冷却超高压氮气。

控制系统5采用中央集中监控和就地控制的DCS系统，下位机选用西门子PLC系列可编程控制器（主要是CPU315）对空压机制氮系统、膜分离制氮系统、氮气增压系统进行就地控制，上位机采用嵌入式工控机（西门子MP277） ，负责对整套系统进行协调控制，主要完成整机联动、上传数据监测、参数报警记录、参数动态曲线、数据存储、技术资料查询等工作，两者之间采用DP通讯协议进行通讯。系统具有先进的人机界面，具有数据显示和操作控制功能。  

本设备可产生95%以上高纯氮气，工作压力最高可达70MPa，氮气产量在900 Nm3/h，单撬重量≤9.5吨（满足海洋平台吊装要求）；且满足油气田防火、防爆要求，具备防风沙及雨雪的设计条件，能够在风沙及雨雪气候条件下正常运行。整体设计尺寸满足公路运输要求。