專利名稱：井口天然氣增壓裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油天然氣工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的方法和裝置，進(jìn)一步涉及一種井口天然氣增壓裝置及其方法。
背景技術(shù)：
天然氣或煤層氣從地下被采出時，隨著不斷地被采出，天然氣或煤層氣的壓力會降低。當(dāng)壓力低到0. 3Mpa以下，就需要在井口對天然氣或煤層氣進(jìn)行增壓，使采出的天然氣或煤層氣具有足夠被輸運到集輸站的動力。目前還沒有理想的天然氣增壓裝置可以將一口井或是幾口井的天然氣的壓力增加。其主要的困難是天然氣里含有水和凝析油，這些液體的存在使得天然氣增壓的運行發(fā)生困難，甚至無法運行。目前，對天然氣或煤層氣的增壓無論是采用螺桿壓縮機(jī)還是往復(fù)式壓縮機(jī)都不能在帶有水的條件下正常工作。為了實現(xiàn)無人看守的撬裝天然氣增壓站的工作要求，需要研究新的方法來去除天然氣里含有的水和凝析油，使得天然氣增壓裝置能夠滿足無人看守的連續(xù)工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種井口天然氣增壓裝置及其方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案得以實現(xiàn) 一種井口天然氣增壓裝置，其特征在于，包括
一設(shè)置在井口的管柱式氣液旋流分離器，用于對井口天然氣所含水和固體顆粒進(jìn)行分
罔；
一管套式換熱器，用于提高進(jìn)口天然氣溫度，降低壓縮機(jī)出口天然氣溫度； 一污水罐，該污水罐內(nèi)有液位傳感器，用于儲存水和固體物質(zhì)； 一換熱器，該換熱器連接有發(fā)動機(jī)，用于將管套式換熱器內(nèi)的溫度提高到設(shè)定溫度，使水蒸氣達(dá)到不飽和狀態(tài)，并蒸發(fā)掉微量的游離水；
一空氣冷卻器，用于將部分換熱后的天然氣冷卻至正常溫度； 一天然氣和潤滑油分離罐，用于天然氣和潤滑油分離，分離后的氣體經(jīng)管套式換熱器和空氣冷卻器冷卻后由天然氣出口輸出，分離后的潤滑油進(jìn)入壓縮機(jī)天然氣進(jìn)口處，和天然氣混合進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)，循環(huán)使用；
管柱式氣液旋流分離器分別通過管路與管套式換熱器和污水罐連接；管套式換熱器通過管路和閥門分別與污水罐、空氣冷卻器、換熱器以及天然氣和潤滑油分離罐連接；換熱器通過管路與天然氣和潤滑油分離罐相連。一種井口天然氣增壓方法，其特征在于，該方法在井口天然氣進(jìn)入增壓泵前，采用上述的井口天然氣增壓裝置，按下列步驟進(jìn)行
1)天然氣在進(jìn)入增壓泵前，先經(jīng)過管柱式氣液旋流分離器，依靠管柱式氣液旋流分離器進(jìn)行分離，天然氣切向進(jìn)入管柱式氣液旋流分離器后形成的旋渦產(chǎn)生了作用于液體的離心力、重力和浮力，其離心加速度比重力加速度要高出許多倍，重力、離心力和浮力聯(lián)合作用將天然氣中的氣體和液體分離開，液體沿徑向被推向外側(cè)，并向下由液體出口進(jìn)入污水罐；而氣體則向上由氣體出口進(jìn)入管套式換熱器；
2)進(jìn)入管套式換熱器的天然氣經(jīng)換熱后溫度提高，使得氣體為不飽和蒸汽，沒有凝結(jié)水析出，使微量游離水蒸發(fā)，進(jìn)入壓縮機(jī)的天然氣不含游離水分。壓縮后的天然氣先和潤滑油進(jìn)行分離，然后通過管套管式換熱器熱側(cè)的管線和閥門，和進(jìn)口天然氣換熱，有一部分出口天然氣和空氣換熱冷卻。降低溫度后的天然氣進(jìn)入集輸管道；
3)污水罐上的進(jìn)出管道通過電動閥門控制，污水罐內(nèi)的液位由液位傳感器控制，在裝滿污水時，液位傳感器發(fā)出信號，控制污水罐的進(jìn)出口閥門打開，用來自管套式換熱器內(nèi)的壓力較高的氣體將污水排入集輸管道內(nèi)。不對周圍環(huán)境排出任何污水和固體物質(zhì)；
4)天然氣和潤滑油分離罐將分離后的天然氣經(jīng)管套式換熱器和空氣冷卻器冷卻后由天然氣出口輸出，分離后的潤滑油進(jìn)入壓縮機(jī)天然氣進(jìn)口處，和天然氣混合進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)， 循環(huán)使用；
本發(fā)明的井口天然氣增壓裝置及其方法，能夠保證井口的任何類型的增壓壓縮機(jī)正常工作。能夠撬裝，移動。適用于無人值守天然氣增壓站的需要?？蓮V泛用于天然氣開采后期單井天然氣增壓需要。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中的標(biāo)號分別表示1、管柱式氣液旋流分離器，2、 管套式換熱器，3、污水罐，4、第一閥門，5、第二閥門，6、第三閥門，7、第四閥門，8換熱器，9、 第五閥門，10、第六閥門，11、第七閥門，12、第八閥門、13、液位傳感器，14、空氣冷卻器，15、 天然氣和潤滑油分離罐，16、天然氣發(fā)動機(jī)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實施例方式參見圖1，依照本發(fā)明的技術(shù)方案，本實施例給出一種種井口天然氣增壓裝置，包括
一設(shè)置在井口的管柱式氣液旋流分離器1，用于對井口天然氣所含水和固體顆粒進(jìn)行分離；
一管套式換熱器2，用于調(diào)節(jié)天然氣溫度；
一污水罐3，該污水罐3內(nèi)有液位傳感器13，用于儲存水和固體物質(zhì)； 一換熱器8，該換熱器8連接有發(fā)動機(jī)16，用于將套式換熱器2內(nèi)的溫度提高到設(shè)定溫度，使水蒸氣達(dá)到不飽和狀態(tài)；
一空氣冷卻器14，用于將換熱后的天然氣冷卻至正常溫度；
一天然氣和潤滑油分離罐15，用于天然氣和潤滑油分離，分離后的氣體經(jīng)空氣冷卻器 14冷卻后由天然氣出口輸出，分離后的潤滑油再次回流至換熱器8中；
管柱式氣液旋流分離器1分別通過管路與管套式換熱器2和污水罐3連接；管套式換熱器2通過管路和閥門分別與污水罐3、空氣冷卻器14、換熱器8以及天然氣和潤滑油分離罐15連接；換熱器8通過管路與天然氣和潤滑油分離罐15相連。
采用上述裝置的井口天然氣增壓方法，首先由管柱式氣液旋流分離器1對天然氣進(jìn)行分離，將大部分水(霧滴、水滴)以及固體微粒等離心分離出來，天然氣切向進(jìn)入管柱式氣液旋流分離器1后形成的旋渦產(chǎn)生了作用于液體的離心力、重力和浮力，其離心加速度比重力加速度要高出許多倍，重力、離心力和浮力聯(lián)合作用將天然氣中的氣體和液體分離開，液體沿徑向被推向外側(cè)，并向下由液體出口進(jìn)入污水罐3 ；而氣體則向上由氣體出口進(jìn)入管套式換熱器2 ；
進(jìn)入管套式換熱器2的氣體經(jīng)溫度調(diào)節(jié)后，使得氣體為不飽和蒸汽，沒有凝結(jié)水析出， 然后通過管套管式換熱器2熱側(cè)的管線和閥門(第五閥門9，10、第六閥門，11、第七閥門，第八閥門12)經(jīng)空氣冷卻器14冷卻后由天然氣出口輸出至后續(xù)的增壓泵；
3)污水罐3上的進(jìn)出管道通過閥門(即第一閥門4，第二閥門5、第三閥門6，第四閥門 7)控制，污水罐3內(nèi)的液位由液位傳感器13控制，在裝滿污水時，液位傳感器13發(fā)出信號， 控制污水罐的進(jìn)出口閥門打開(即第一閥門4關(guān)閉，第二閥門5打開、第三閥門6打開，第四閥門7關(guān)閉)，用來自管套式換熱器2內(nèi)的壓力較高的氣體將污水排入集輸管道內(nèi)；
4)天然氣和潤滑油分離罐15的作用是，將分離后的氣體經(jīng)第八閥門12和空氣冷卻器 14冷卻后由天然氣出口輸出，分離后的潤滑油再次回流至換熱器8中，不對周圍環(huán)境排出任何污水和固體物質(zhì)。經(jīng)發(fā)明人的實驗證明，管柱式氣液旋流分離器1可以完全滿足氣液的完全分離， 可以將95%以上水分去除，極大地降低成本及設(shè)備重量，尤其適用于撬裝設(shè)備，具有體積小，效率高的優(yōu)點，可以滿足撬裝的空間大小要求。管柱式氣液旋流器的工作動力依靠自身壓頭，壓頭損失量在5%以下，管柱式旋流器1內(nèi)部的摩擦壓力和局部壓力降都很小。 采用管套管換熱器2，依靠連接發(fā)動機(jī)16的換熱器8去加熱天然氣，使得進(jìn)入后續(xù)增壓泵的天然氣溫度提高，天然氣中水蒸氣為不飽和蒸氣。從而在增壓過程中沒有游離水析出。同樣，天然氣溫度需要提高到使得凝析油無法凝結(jié)，全部蒸發(fā)。從而保證后續(xù)增壓泵的正常運行。 一般的井口天然氣溫度為10-15攝氏度，而經(jīng)過管套式換熱器2后的天然氣溫度可以達(dá)到60°C以上。使天然氣溫度提高10°C -300C，因此可以根據(jù)天然氣生產(chǎn)產(chǎn)量情況，開啟或關(guān)閉管線，使得天然氣為不飽和蒸汽，沒有凝結(jié)水析出?？梢员ＷC后續(xù)的增壓泵穩(wěn)定和可靠工作，避免水的析出和固體顆粒影響運行。
權(quán)利要求
1.一種井口天然氣增壓裝置，其特征在于，包括一設(shè)置在井口的管柱式氣液旋流分離器(1 )，用于對井口天然氣所含水和固體顆粒進(jìn)行分離；一管套式換熱器(2)，用于調(diào)節(jié)天然氣溫度；一污水罐(3)，該污水罐(3)內(nèi)有液位傳感器(13)，用于儲存水和固體物質(zhì)；一換熱器(8)，該換熱器(8)連接有發(fā)動機(jī)(16)，用于將套式換熱器(2)內(nèi)的溫度提高到設(shè)定溫度，使水蒸氣達(dá)到不飽和狀態(tài)；一空氣冷卻器(14)，用于將換熱后的天然氣冷卻至正常溫度；一天然氣和潤滑油分離罐(15)，用于天然氣和潤滑油分離，分離后的氣體經(jīng)空氣冷卻器(14)冷卻后由天然氣出口輸出，分離后的潤滑油再次回流至換熱器(8)中；管柱式氣液旋流分離器(1)分別通過管路與管套式換熱器(2 )和污水罐(3 )連接；管套式換熱器(2)通過管路和閥門分別與污水罐(3)、空氣冷卻器(14)、換熱器(8)以及天然氣和潤滑油分離罐(15)連接；換熱器(8)通過管路與天然氣和潤滑油分離罐(15)相連。
2.一種井口天然氣增壓方法，其特征在于，該方法在井口天然氣進(jìn)入增壓泵前，采用權(quán)利要求1所述的井口天然氣增壓裝置，按下列步驟進(jìn)行1)天然氣在進(jìn)入增壓泵前，先經(jīng)過管柱式氣液旋流分離器，依靠管柱式氣液旋流分離器進(jìn)行分離，天然氣切向進(jìn)入管柱式氣液旋流分離器后形成的旋渦產(chǎn)生了作用于液體的離心力、重力和浮力，其離心加速度比重力加速度要高出許多倍，重力、離心力和浮力聯(lián)合作用將天然氣中的氣體和液體分離開，液體沿徑向被推向外側(cè)，并向下由液體出口進(jìn)入污水罐；而氣體則向上由氣體出口進(jìn)入管套式換熱器；2)進(jìn)入管套式換熱器的氣體經(jīng)溫度調(diào)節(jié)后，使得氣體為不飽和蒸汽，沒有凝結(jié)水析出， 然后通過管套管式換熱器熱側(cè)的管線和閥門經(jīng)空氣冷卻器冷卻后由天然氣出口輸出；3)污水罐上的進(jìn)出管道通過電動閥門控制，污水罐內(nèi)的液位由液位傳感器控制，在裝滿污水時，液位傳感器發(fā)出信號，控制污水罐的進(jìn)出口閥門打開，用來自管套式換熱器內(nèi)的壓力較高的氣體將污水排入集輸管道內(nèi)；4)天然氣和潤滑油分離罐將分離后的氣體經(jīng)空氣冷卻器冷卻后由天然氣出口輸出，分離后的潤滑油再次回流至換熱器中，不對周圍環(huán)境排出任何污水和固體物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單井天然氣增壓裝置及其方法，在天然氣進(jìn)入增壓泵前，先經(jīng)過管柱式氣液旋流分離器，依靠管柱式氣液旋流分離器進(jìn)行分離，液體沿徑向被推向外側(cè)，并向下由液體出口進(jìn)入污水罐；而氣體則向上由氣體出口進(jìn)入管套式換熱器；進(jìn)入管套式換熱器的氣體經(jīng)溫度調(diào)節(jié)后，使得氣體為不飽和蒸汽，沒有凝結(jié)水析出，然后通過管套管式換熱器熱側(cè)的管線和閥門經(jīng)空氣冷卻器冷卻后由天然氣出口輸出；采用本發(fā)明的井口天然氣增壓裝置，能夠保證井口的任何類型的增壓壓縮機(jī)正常工作。能夠撬裝，移動。適用于無人值守天然氣增壓站的需要。可廣泛用于天然氣開采后期單井天然氣增壓需要。
文檔編號E21B43/34GK102382699SQ20111020681
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者冉新權(quán), 劉海浪, 劉祎 申請人:中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司