本发明涉及气体压缩设备辅助设备领域，特别是一种气田多口多压力集输系统及方法。
背景技术：
天然气田开发过程中，随着气井压力的逐渐降低，为保障气田稳产，均已采用增压集输工艺。目前气田增压主要采用气田内（集气站）分散增压与外输集中增压相结合的方式，形成多压力集输系统。存在的问题是，在实际压缩机生产运行中，压缩机入口来气压力存在较大差别，通常最高入口压力一般是最低入口压力的2倍以内，为满足最低压力进气要求，高压气井来气需要节流降压，造成高压来气压力能损失，同时压缩机入口压力降低，压比增大，压缩气体所需的能耗升高。因此，有效利用多压力集输系统的高压压力能，以降低低压天然气增压开采和集输的能耗，具有显著的经济效益。经检索，现有技术中未见较好的解决方案。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种气田多口多压力集输系统及方法，能够利用高压来气压力使低压来气增压，实现气井多压力系统压力均衡，提高集输系统的整体输出压力，从而提高压缩机入口的进气压力，降低天然气增压开采和集输的能耗。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种气田多口多压力集输系统，它包括主动涡轮和从动涡轮，主动涡轮与从动涡轮之间设有传动机构；
主动涡轮用于设置在高压气源的管路上，以使高压气体推动主动涡轮和从动涡轮旋转；
从动涡轮用于设置在低压气源的管路上，以使低压气源增压。
优选的方案中，所述的传动机构为传动轴；
或者所述的传动机构为定比例增速传动机构或无级变比例增速传动机构。
优选的方案中，所述的从动涡轮为多个，多个从动涡轮之间通过传动机构连接，以传递扭矩；
每个从动涡轮单独设置在每个低压气源的管路上。
优选的方案中，各个从动涡轮之间的传动机构上设有离合器；
主动涡轮与从动涡轮之间的传动机构上设有离合器。
优选的方案中，在主动涡轮的两端设有旁通管路。
优选的方案中，在从动涡轮出口的位置设有单向阀。
优选的方案中，还设有高压辅助电机，高压辅助电机通过高压离合器与主动涡轮连接；
在主动涡轮的出口设有第一压力传感器。
优选的方案中，还设有低压辅助电机，低压辅助电机通过低压离合器和单向联轴器与从动涡轮连接；
在从动涡轮出口的位置设有第二压力传感器。
一种采用上述的气田多口多压力集输系统的方法，包括以下步骤:
s1.在高压气源的管路上设置主动涡轮，利用高压气源推动主动涡轮转动；
在低压气源的管路上设置从动涡轮，利用从动涡轮给低压气源增压；
主动涡轮与从动涡轮之间通过传动机构连接，以使主动涡轮带动从动涡轮旋转；
s2.将主动涡轮的出口和从动涡轮的出口连接至总气源出口；
通过以上步骤实现气田多口多压力集中输入到压缩机。
优选的方案中，还包括以下步骤：
总气源出口还与中压气源连接，在中压气源的管路设有第三压力传感器；
在主动涡轮的出口设有第一压力传感器，在从动涡轮的出口设有第二压力传感器；
还设有高压辅助电机，高压辅助电机通过高压离合器与主动涡轮连接；
还设有低压辅助电机，低压辅助电机通过低压离合器和单向联轴器与从动涡轮连接；
s01.若第一压力传感器的数值低于第三压力传感器的数值，则启动高压辅助电机增大高压气源上主动涡轮出口处的压力与中压气源的管路压力一致；
s02.若第二压力传感器的数值低于第三压力传感器的数值，则启动低压辅助电机增大低压气源上从动涡轮出口处的压力与中压气源的管路压力一致；
s03.若中压气源的第三压力传感器的数值低于第一压力传感器或第二压力传感器的数值，则将中压气源转接入从动涡轮。
通过以上步骤实现输出到总气源出口的压力均衡。
本发明提供的一种气田多口多压力集输系统及方法，通过采用以高压气源推动主动涡轮，降低输出压力，然后以从动涡轮增加低压气源压力的方案，实现了气井多压力系统压力均衡，提高集输系统的整体输出压力，从而提高压缩机入口的进气压力，降低天然气增压开采和集输的能耗。优选的方案中，通过设置的辅助电机，能够提供额外的辅助动力，以补偿气源压力的波动，进一步提高集输系统的工作效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的优选结构示意图。
图3为本发明的另一优选结构示意图。
图中：主动涡轮1，从动涡轮2，第一从动涡轮201，第二从动涡轮202，第三从动涡轮203，传动机构3，高压电控阀4，电控阀5，单向阀6，高压气源7，低压气源8，中压气源9，总气源出口10，旁通管路11，离合器12，高压辅助电机13，高压离合器14，单向联轴器15，低压离合器16，低压辅助电机17，第一压力传感器18，第二压力传感器19，第三压力传感器20。
具体实施方式
实施例1：
如图1中，一种气田多口多压力集输系统，它包括主动涡轮1和从动涡轮2，主动涡轮1与从动涡轮2之间设有传动机构；优选的传动机构采用传动轴，例如通过联轴器连接的传动轴；或者所述的传动机构为定比例增速传动机构或无级变比例增速传动机构，例如直齿轮增速齿轮箱，或者变速增速齿轮箱，例如双离合或cvt变速箱，即将主动涡轮1的输出转速进行增速，然后输出到从动涡轮2，使从动涡轮2的转速高于主动涡轮1的转速。优选的，从动涡轮2的转速为从动涡轮2转速的1.5~3倍。
主动涡轮1用于设置在高压气源7的管路上，以使高压气体推动主动涡轮1和从动涡轮2旋转；从动涡轮2用于设置在低压气源8的管路上，以使低压气源增压。主动涡轮1和从动涡轮2用耐腐蚀的设计，优选采用铝制涂层叶片，涂层采用聚四氟涂层。
优选的方案中，在从动涡轮2出口的位置设有单向阀6。由此结构，避免高压气体回到低压气源8的管路中。
本方案的原理是，主动涡轮1和从动涡轮2之间的转速具有自适应性，当高压气源7与低压气源8之间的压差较高，则主动涡轮1处消耗的压力也较大，从动涡轮2的转速提升，使低压气源8的增压效果更佳，从而实现在总气源出口10处的压力一致。而当高压气源7与低压气源8之间的压差较低，则主动涡轮1处消耗的压力较低，低压气源8的增压效果不显著。
实施例2：
在实施例1的基础上，还设有中压气源9，中压气源9直接与总气源出口10连接，在中压气源9的管路上设有单向阀6。由此结构，当其输出压力与总气源出口10的压力一致的气源，无需再经过主动涡轮1或从动涡轮2，从而降低能耗。
实施例3：
在实施例1或2的基础上，优选的方案如图1中，所述的从动涡轮2为多个，多个从动涡轮2之间通过传动机构连接，以传递扭矩；
每个从动涡轮2单独设置在每个低压气源8的管路上。由此结构，可以对多个低压气源8进行增压，从而调节整体的输出压力。
实施例4：
优选的方案如图2中，各个从动涡轮2之间的传动机构上设有离合器12；
主动涡轮1与从动涡轮2之间的传动机构上设有离合器12。由此结构，可以根据工况，切换是否启动主动涡轮1或者从动涡轮2，或者仅启动部分的从动涡轮2。当主动涡轮1或者从动涡轮2不启动时，则当前管路上的高压电控阀4或电控阀5关闭。以进一步降低能耗。
优选的方案如图2中，在主动涡轮1的两端设有旁通管路11。由此结构，当主动涡轮1和从动涡轮2均不启动时，可以使高压气源7直接走旁通管路11，从而降低压力损耗。
实施例5：
优选的方案如图3中，还设有高压辅助电机13，高压辅助电机13通过高压离合器14与主动涡轮1连接；
在主动涡轮1的出口设有第一压力传感器18。
优选的方案中，还设有低压辅助电机17，低压辅助电机17通过低压离合器16和单向联轴器15与从动涡轮2连接；
在从动涡轮2出口的位置设有第二压力传感器19。由此结构，对总气源出口10的输出压力进行微调，从而避免出现部分的井口输出压力损耗过高的情形。尤其是能够均衡井口的输出压力波动。
实施例6：
如图1~3中，一种采用上述的气田多口多压力集输系统的方法，包括以下步骤:
s1.在高压气源7的管路上设置主动涡轮1，即将主动涡轮1的进口和出口分别与高压气源7的管路连接，并利用球阀断开高压气源7的管路直通连接，利用高压气源推动主动涡轮1转动，消耗了一定压力后的气源排入到总气源出口10；
在低压气源8的管路上设置从动涡轮2，即将从动涡轮2的进口与低压气源8的管路直通连接，利用从动涡轮2给低压气源增压后排入到总气源出口10；
主动涡轮1与从动涡轮2之间通过传动机构连接，以使主动涡轮1带动从动涡轮2旋转；
s2.将主动涡轮1的出口和从动涡轮2的出口连接至总气源出口10；
通过以上步骤实现气田多口多压力集中输入到压缩机。
优选的方案如图3中，还包括以下步骤：
总气源出口10还与中压气源9连接，在中压气源9的管路设有第三压力传感器20；
在主动涡轮1的出口设有第一压力传感器18，在从动涡轮2的出口设有第二压力传感器19；
还设有高压辅助电机13，高压辅助电机13通过高压离合器14与主动涡轮1连接；
还设有低压辅助电机17，低压辅助电机17通过低压离合器16和单向联轴器15与从动涡轮2连接；单向联轴器15为仅单向可以驱动的联轴器，即低压辅助电机17向一个方向传递扭矩时，可以驱动从动涡轮2旋转，给低压气源8增压，而当低压气源8来的气体压力使从动涡轮2转速较高，则单向联轴器15不会反向传递扭矩。
具体微调控制步骤为：
s01.若第一压力传感器18的数值低于第三压力传感器20的数值，则启动高压辅助电机13，增大高压气源7上主动涡轮1出口处的压力与中压气源9的管路压力一致；
s02.若第二压力传感器19的数值低于第三压力传感器20的数值，则启动低压辅助电机17增大低压气源8上从动涡轮2出口处的压力与中压气源9的管路压力一致；
s03.若中压气源9的第三压力传感器20的数值低于第一压力传感器18或第二压力传感器19的数值，则将中压气源9转接入从动涡轮2，然后执行s1与s2。
通过以上步骤实现输出到总气源出口10的压力均衡。
进一步优选的方案，高压辅助电机13和低压辅助电机17采用定扭矩输出控制模式，即其输出的扭矩为定值，当主动涡轮1和从动涡轮2的所需的输入扭矩较小，即高压气源7和低压气源8与主动涡轮1和从动涡轮2之间的匹配度较高，二者能够使输出压力较为均衡，则高压辅助电机13和低压辅助电机17的输出扭矩使主动涡轮1和从动涡轮2形成新的均衡。而当高压气源7和低压气源8与主动涡轮1和从动涡轮2之间的匹配度较低，而高压辅助电机13和低压辅助电机17的输出扭矩使主动涡轮1和从动涡轮2的转速实现均衡，使各个气源损失的压耗降低。
另一可选的方案中，高压辅助电机13和低压辅助电机17采用调速控制模式，先建立主动涡轮1和从动涡轮2转速与输入压力和输出压力的矩阵数据对应表，再根据第一压力传感器18、第二压力传感器19和第三压力传感器20的采集参数，以中压气源9的第三压力传感器20为控制输入参数，然后分别求出第一压力传感器18所对应的的主动涡轮1和第二压力传感器19所对应的从动涡轮2的目标转速，再计算当前转速与根据矩阵数据对应表中获取的目标转速之间的转速差值，以该转速差值作为高压辅助电机13和低压辅助电机17的输入控制参数，由此方案，使整个系统以最优化的节能模式运行。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。因记载的篇幅所限，本例中未能将所有的组合方案加以举例，因此，上述实施例中的技术特征，在互不冲突的前提下，能够互相组合以产生更多的技术方案。
1.一种气田多口多压力集输系统，其特征是：它包括主动涡轮（1）和从动涡轮（2），主动涡轮（1）与从动涡轮（2）之间设有传动机构；
主动涡轮（1）用于设置在高压气源（7）的管路上，以使高压气体推动主动涡轮（1）和从动涡轮（2）旋转；
从动涡轮（2）用于设置在低压气源（8）的管路上，以使低压气源增压。
2.根据权利要求1所述的一种气田多口多压力集输系统，其特征是：所述的传动机构为传动轴；
或者所述的传动机构为定比例增速传动机构或无级变比例增速传动机构。
3.根据权利要求1所述的一种气田多口多压力集输系统，其特征是：所述的从动涡轮（2）为多个，多个从动涡轮（2）之间通过传动机构连接，以传递扭矩；
每个从动涡轮（2）单独设置在每个低压气源（8）的管路上。
4.根据权利要求3所述的一种气田多口多压力集输系统，其特征是：各个从动涡轮（2）之间的传动机构上设有离合器（12）；
主动涡轮（1）与从动涡轮（2）之间的传动机构上设有离合器（12）。
5.根据权利要求1或4任一项所述的一种气田多口多压力集输系统，其特征是：在主动涡轮（1）的两端设有旁通管路（11）。
6.根据权利要求1所述的一种气田多口多压力集输系统，其特征是：在从动涡轮（2）出口的位置设有单向阀（6）。
7.根据权利要求1所述的一种气田多口多压力集输系统，其特征是：还设有高压辅助电机（13），高压辅助电机（13）通过高压离合器（14）与主动涡轮（1）连接；
在主动涡轮（1）的出口设有第一压力传感器（18）。
8.根据权利要求1或7任一项所述的一种气田多口多压力集输系统，其特征是：还设有低压辅助电机（17），低压辅助电机（17）通过低压离合器（16）和单向联轴器（15）与从动涡轮（2）连接；
在从动涡轮（2）出口的位置设有第二压力传感器（19）。
9.一种采用权利要求1~8任一项所述的气田多口多压力集输系统的方法，其特征是包括以下步骤:
s1.在高压气源（7）的管路上设置主动涡轮（1），利用高压气源推动主动涡轮（1）转动；
在低压气源（8）的管路上设置从动涡轮（2），利用从动涡轮（2）给低压气源增压；
主动涡轮（1）与从动涡轮（2）之间通过传动机构连接，以使主动涡轮（1）带动从动涡轮（2）旋转；
s2.将主动涡轮（1）的气路出口和从动涡轮（2）的气路出口连接至总气源出口（10）；
通过以上步骤实现气田多口多压力集中输入到压缩机。
10.根据权利要求9所述的一种采用气田多口多压力集输系统的方法，其特征是包括以下步骤：
总气源出口（10）还与中压气源（9）连接，在中压气源（9）的管路设有第三压力传感器（20）；
在主动涡轮（1）的出口设有第一压力传感器（18），在从动涡轮（2）的出口设有第二压力传感器（19）；
还设有高压辅助电机（13），高压辅助电机（13）通过高压离合器（14）与主动涡轮（1）连接；
还设有低压辅助电机（17），低压辅助电机（17）通过低压离合器（16）和单向联轴器（15）与从动涡轮（2）连接；
s01.若第一压力传感器（18）的数值低于第三压力传感器（20）的数值，则启动高压辅助电机（13）增大高压气源（7）上主动涡轮（1）出口处的压力，使之与中压气源（9）的管路压力一致；
s02.若第二压力传感器（19）的数值低于第三压力传感器（20）的数值，则启动低压辅助电机（17）增大低压气源（8）上从动涡轮（2）出口处的压力，使之与中压气源（9）的管路压力一致；
s03.若中压气源（9）的第二压力传感器（20）的数值低于第一压力传感器（18）或第二压力传感器（19）的数值，则将中压气源（9）转接入从动涡轮（2），然后执行s01或s02；
通过以上步骤实现输出到总气源出口（10）的压力均衡。
技术总结