[发明专利]一种电驱动大排量热回收式液氮泵设备

说明书

技术领域

本发明属于石油钻采技术领域，涉及的一种氮气作业的关键设备，具体是一种电动驱大排量热回收式液氮泵设备。

背景技术

利用氮气对油井、油层进行处理具有安全、高效、成功率高的特点。不仅适用于常规油藏，并且在低压、低渗、粘土胶结等特殊油气藏中也有独到的作用。基于氮气密度低、稳定性好、易压缩等特点，它在提高采收率及钻井、射孔、增产措施和修井方面有着广泛的应用，例如氮气气举、氮气置换、混气压裂、混气酸化、氮气正负压射孔、氮气垫测试等。在天然气开采方面，氮气压裂技术效果显著，已成为天然气开采过程中必备技术，得到了广泛的应用。在煤层气开采方面，以氮气驱替煤层气的储层改造技术也已成为煤层气开采技术的发展方向之一。随着液氮设备应用领域的扩展，油气田用户对液氮设备的需求将会持续增加，市场潜力巨大。

氮气作业的关键设备是液氮泵设备。液氮泵设备主要有直燃式和非直燃式两种。目前，国内外液氮泵设备主要是直燃式的，直燃式液氮泵设备相对于热回收式液氮泵设备更容易实现大排量。随着压裂工艺和技术的不断进步，施工安全和油层气保护的相关要求越来越苛刻，液氮作业施工将在油田应用中越来越普遍，对液氮泵设备的安全性要求会越来越高。对于可燃性气体含量较高的油气井，明火加热易发生爆炸，存在安全隐患。因此大排量热回收式（非直燃式）液氮泵设备将是未来的主流设备。

国内生产的液氮泵设备其关键零部件均采用国外进口，国产化程度比较低，这种零部件进口，设备在国内组装的方法，虽然比直接进口能节省一定的成本，但核心技术并没有掌握，产品附加值低，与国外公司相比，没有竞争优势。

现有技术中，无论是进口产品还是国产设备，主要采用的是基于柴油发动机为原动力机的动力方案。存在的主要问题：1、当液氮泵设备的单机功率达到1500KW以上时，发动机成本迅速上升，选型困难；2、由于大功率的柴油机和变速箱尺寸重量大，不利于设备方案的设计和更大功率泵设备的开发，柴油机驱动方案成为制约新型液氮泵设备的开发瓶颈；3、配套的变矩器等元件选型范围窄、价格高、供货周期长，重要元器件（如发动机、变矩器、分动箱等）均需进口，不仅造成整机成本高昂，还阻碍了具有自主知识产权装备的开发；4、大功率液氮泵设备运行时，燃油消耗大、作业成本高、噪音大、排放高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种电驱动大排量热回收式液氮泵设备，其结构简单、设计新颖合理、关键部件国产化率高、成本低、采购周期短、售后服务方便、自动化程度高，提高工作效率、能源供应方便、易于维护、工作可靠性高，解决了现有液氮泵设备存在的关键部件国产化率低、作业成本高、设备容易超限的缺陷和不足，便于推广使用。

为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种电驱动大排量热回收式液氮泵设备，包括设备依托平台，所述的平台上安装有液氮泵设备控制室、润滑冷却系统、液氮柱塞泵、液氮蒸发器、液氮罐、用于氮气排出的高压管汇、用于液氮吸入的低压管汇、液氮增压离心泵、冷却液泵、冷却液箱，其特征在于：所述设备还安装有电驱动系统和控制系统，所述电驱动系统包括用于驱动液氮柱塞泵、液氮增压离心泵以及冷却液泵运转的液氮柱塞泵电动机、增压离心泵电动机和冷却液泵电动机，液氮柱塞泵电动机与液氮泵电动机驱动装置连接，增压离心泵电动机与增压离心泵电动机驱动装置连接，冷却液泵电动机与冷却液泵电动机驱动装置连接；所述控制系统包括用于控制电动机驱动装置的主动力控制系统以及用于控制润滑冷却系统的辅助动力控制系统，主动力控制系统和辅助动力控制系统均安装在控制柜中；所述液氮泵电动机驱动装置、增压离心泵电动机驱动装置、冷却液泵电动机驱动装置、主动力控制系统和辅助动力控制系统均通过外部电源供电；与设备热交换系统配套的尾气热交换器具有节温器。

而且，所述液氮柱塞泵电动机通过液氮泵电动机联轴器与液氮柱塞泵连接；所述增压离心泵电动机通过增压离心泵电动机联轴器与液氮增压离心泵连接；所述冷却液泵电动机通过冷却液泵电动机联轴器与冷却液泵连接。

而且，所述外部电源供电包括井场电源和/或发电机组。

而且，所述井场电源包括井场电网、与井场电网连接的变压器，该变压器安装在设备平台上，所述液氮泵电动机驱动装置、增压离心泵电动机驱动装置、冷却液泵电动机驱动装置、主动力控制系统和辅助动力控制系统均与该变压器联接。

而且，所述发电机组的数量为一台，或，发电机组的数量为多台，且多台所述发电机组相互并联。

而且，所述发电机组由涡轮发动机驱动。