天然气v型引擎压缩机的组合式缸头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种天然气采输机，属于石油天然气采输设备，尤其是涉及一种应用在低压天然气、页岩气、煤层气开采中的天然气V型引擎压缩机的组合式缸头。
【背景技术】
[0002]天然气主要储存在油田气、气田气、煤层气以及生物生成气中，天然气可分为伴生气和非伴生气两种。目前由于没有相应技术措施和设备，有些天然气往往出于安全目的将其作火炬气排空燃烧，这样既浪费能源又污染环境。对于压力低、特别是边远气田的天然气，虽然量较小但多口井集汇后，用天然气螺杆压缩机增压再送入附近管网，或者将多台机组回收的气体送入集中处理站，从整个气田范围来说，其节能减排效应是十分明显的。
[0003]目前少数天然气回收采用活塞式压缩机，活塞压缩机结构复杂，价格昂贵，易损件多，维护工作量大，其可靠性低是用户最不满意之处。同时，目前的我国低压天然气、页岩气、煤层气的开采都存在不同程度的问题，迫切需要对技术进行革新，以提升我国的能源开采水平，主要表现在以下方面:1、低压天然气的开采与存在的问题:低压天然气是常规天然气井在开发后期的残留天然气，或者是三低(低渗透、低压力、低气量)性质的气田天然气，其井口压力一般低于0.8MPa，单井气量就几千标方/天左右；其开米属性和存在的问题是如何经济有效地压缩采输出小流量的低压天然气，当达到一定采收率后就可封井和调出采输设备到其他气井；2、页岩气的开采与存在的问题:页岩气是将地下疏松页岩气层进行人为压裂后，释放出来的天然气，简称为页岩气。现行开采方法为:从地面垂直下钻至页岩层(中国页岩层深约2000—2600米，北美深约1600—2000米)，再水平多条横钻1000米，之后分段桥塞压裂页岩气层，使其内储的天然气在压裂支撑通道内，汇入石油导管后进入地面管网并外输。页岩是一种层状的松脆沉积岩，其空隙内游离或吸附有天然气；其开采属性和存在的主要问题是如何把滞留在页岩层内稀薄的低压页岩气经济有效地压缩采输出来；
3、煤层气的开采与存在的问题:煤层气是存储在地下煤矿内的瓦斯气(其主要成份也是天然气组分)，其钻探开采方法为:从地面钻至煤层后即可开采(低渗透煤层也需固井压裂后才能开采)。因煤层气与煤矿相伴，其开采初期的井口压力普遍低于0.5MPa〈个别地区有例外 >，并携带大量的粉尘；其开采属性和存在的问题是如何经济有效地干法或湿法除尘后，压缩采输出低压小流量的煤层气。
[0004]另外，鉴于以上低压天然气、页岩气、煤层气的开采属性，压缩采输设备是低压天然气开采不可缺少的增压采输设备，而目前现有的分体式电驱(或燃驱)增压机组和整体式二冲程增压机组，都无法解决以下问题:(1)动力问题:采输设备要不受工业动力电源的限制，自带压缩驱动动力；这是因为气井的地理位置和经济效率所决定，一般气井多处于无工业动力电源的地带，也会因采输设备在气井采完后的频繁搬迀，而无法满足的电网投资；(2)安全问题:气井场站属I级D组II区的防爆标准，其场站内的动力设备必须符合安全防爆的技术要求；而目前常用的燃驱发动机均不具备安全防爆功能，从而使故障率较高的燃驱分体式增压开采机组不具有安全可靠性；(3)搬移问题:采输设备在气井采净后需搬迀至新的井站投入新的生产运行，这就需要采输设备要不断地频繁移动和搬迀至新的井站；而现有技术中的二冲程整体式压缩机和燃驱分体式压缩机都因体积大、功率大、不防爆和不能快速搬迀的原因，难以实现页岩气开采的集装化、模块化、标准化和系统化；(4)工况问题:低压天然气、页岩气、煤层气的采输机组，一般来讲都是低排量小负荷，其功率N =20— 120KW，排气量Q = 0.2—3万标方之间；采输机组要具有变工况的能力，这是因为在低压天然气、页岩气、煤层气的开采过程中，其井口压力、气量和采输功率等参数，都将随天然气井能量衰减的变化而发生变化；(5)能效问题:根据国家环保政策的要求，能效低的采输设备属淘汰产品，如理论能效只有26% (实际平均能效不到18%)的二冲程整体式压缩机；按能效考核委员会的相关规定，动力能效达到35%以上的发动机才能推广应用，如实际能效>35%的四冲程工业发动机和实际能效>45%的涡扇发动机；(6)环保问题:随着国家环保政策的不断完善和更新，动力尾气排放的要求将越来越高，这就注定了二冲程这样燃烧不完全而产生大量污染排放的动力，将会被加速淘汰，而以电控精准燃烧做功的四冲程动力将会迅速推广使用。
【发明内容】
[0005]为了解决目前的技术缺陷，本发明提供了一种由V型引擎改造的压缩机。该压缩机具有降压吸入和增压排出的功能，可以将大量低压气体从地下矿层中开采出来，有利于大幅度提高气体的采集量和采收率。该压缩机为一种用于地下气体采集和外输的采输机，这些气体可以包括低压天然气、页岩气、煤层气。
[0006]具体而言，本发明提供了一种具有组合式缸头的天然气V型引擎压缩机，包括动力部分和压缩部分，所述动力部分包括进气门，排气门，火花塞，排气管，动力活塞，动力连杆；所述压缩部分包括压缩缸头组件，压缩活塞，压缩连杆，所述动力连杆和压缩连杆分别连接到曲轴上，所述动力部分与所述压缩部分呈V字形对称布置，所述压缩缸头组件为组合式压缩缸头，其具有多个压缩缸，所述多个压缩缸分别具有独立进气管口。
[0007]特别的，所述压缩缸头组件包括压缩缸头、气阀组件、气阀罩和气阀盖；压缩缸头上开有多个个阀孔，所述气阀组件包括气阀垫，进排一体板式同心阀，以及气阀上垫，将所述气阀组件装入每个缸头阀孔中，所述气阀罩设置在所述气阀上垫上，阀盖垫圈设置在所述气阀罩上，气阀盖设置在阀盖垫圈上，螺栓将上述气阀组件、阀罩、阀盖垫圈、阀盖紧固在所述缸头上；气阀盖上设置有气阀进气口，同时在压缩缸头的侧面开有排气口。
[0008]特别的，所述进排一体同心气阀由气阀阀座、内环进气阀片、外环排气阀片、气阀限制器和气阀螺柱，以及气阀弹簧和弹簧定位套所构成；内环进气阀片、外环排气阀片通过阀片定位销配置在阀座上，外环排气阀片与气阀限制器之间配置有气阀弹簧和弹簧定位套，气阀螺柱的第一端固定到气阀阀座上，另一端通过螺母将气阀限制器固定在内环进气阀片、外环排气阀片上，当机组的压缩活塞下行时，所述内环进气阀片打开，气体进入压缩缸，而此时的外环排气阀片闭合；当压缩活塞上行时，所述内环进气阀片关闭，当缸内气压上升到一定压力时，外环排气阀片打开，气体被排出压缩缸。
[0009]特别的，所述内环进气阀片对应的内环进气口位于所述气阀罩的内部，用于压缩气体的进入，所述外环排气阀片对应的外环排气口位于所述气阀罩的外部，用于压缩气体的排出，所述气阀罩与设置于所述缸头内部的高压通道连通，所述多个阀孔之间分别通过所述高压通道相互连通，且所述高压通道与设置在所述缸头上的排气口相连通，所述排气口处配置有排气口法兰和排气口法兰垫，采用螺栓和平垫圈将所述排气口法兰和排气口法兰垫固定到排气口上。
[0010]特别的，所述内环进气阀片对应的内环进气口位于所述气阀罩的内部，用于压缩气体的进入，所述外环排气阀片对应的外环排气口位于所述气阀罩的外部，用于压缩气体的排出；整体式压缩缸头的每一个气缸的侧面都设置有独立的排气口，每个气阀罩的外部都分别与对应的排气口连通，进行压缩气体的排出。
[0011]进一步的，本发明还提供了一种引擎压缩采输机系统，包括上述任意一项方案所述的具有组合式缸头的天然气V型引擎压缩机，还包括进气分离器、燃气除液稳压罐、空冷器、膨胀水箱、消音器和集装箱体，压缩机底座，以及阀门、管线和仪控；其中，进气分离器对所进气体进行重力分离，燃气除液稳压罐对动力燃料进行除液稳压，压缩引擎压缩采输机对气体进行降压吸入和增压排出，空冷器对压缩气体和循环冷却水进行空冷，集装箱体配置为降噪隔音和成撬集成。
[0012]进一步的，本发明还提供了一种操作如上述方案所述的引擎压缩采输机系统的方法，包括如下步骤:
[0013]步骤1，将采集到的低压页岩气首先通过阀管道进入重力式进气分离器，在所述进气分离器内的气液分离是靠气体上升和固液下降来进行分离；
[0014]步骤2，分离净化后的页岩气直接进入所述V型引擎采输机的压缩端，进入压缩缸内的低压页岩气被活塞压缩，其压力升高后被排出；
[0015]步骤3，被排出后的高压页岩气进入所述空冷器的空冷器管束进行冷却后外输；
[0016]步骤4，将步骤3输出的高压页岩气输送到燃气除液稳压罐进行除液和稳压后提供给所述V型引擎采输机的动力部分；S卩，将2.5-3.0Mpa的高压页岩气经第一次调压为
0.8Mpa后进入所述燃气除液稳压罐，除液稳压后的燃气经第二次调压为lOKpa，再次稳压后平稳进入动力引擎的混合器与新鲜空气混合进缸燃烧做功；