專(zhuān)利名稱(chēng)：煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型煤層氣井排水采氣工藝和相應(yīng)設(shè)備，主要應(yīng)用于煤層氣開(kāi)發(fā)排水采氣技術(shù)領(lǐng)域，特別適用排水量較少的煤層氣井和煤層出煤粉、煤焦較多的煤層氣井開(kāi)發(fā)中使用。
背景技術(shù)：
煤層氣(俗稱(chēng)瓦斯)作為一種非常規(guī)天然氣資源，已經(jīng)成為我國(guó)能源接替戰(zhàn)略的重要資源，目前，煤層氣開(kāi)發(fā)分為地面抽排和井下抽排兩種方式。煤層氣地面抽排，不僅可以獲得國(guó)內(nèi)急需的清潔能源，而且可以解決煤層開(kāi)采時(shí)水和瓦斯突出、瓦斯排放造成污染的問(wèn)題，是一件既利國(guó)利民有利于環(huán)保和煤礦安全的事業(yè)，因此，我國(guó)將煤層氣地面抽排開(kāi)發(fā)，作為國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的能源領(lǐng)域。煤層氣是吸附在煤層上的氣源，屬于產(chǎn)層和儲(chǔ)層共生氣藏，實(shí)現(xiàn)煤層氣的開(kāi)發(fā)，必須將煤層中的水排出地面，實(shí)現(xiàn)煤層降壓，煤層氣從吸附的煤中解析出來(lái)，從產(chǎn)氣通道進(jìn)入井筒，形成工業(yè)氣源，達(dá)到產(chǎn)氣的目的。目前，我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)多采用排水采氣工藝和相應(yīng)設(shè)備，且常用地面抽排方式，所使用的排水采氣工藝和設(shè)備，基本上是從油田采油中移植來(lái)的有桿三抽系統(tǒng)、螺桿泵排采系統(tǒng)和潛油電泵排采系統(tǒng)，采用油管中排水，油套環(huán)空中產(chǎn)氣的排采工藝。由于煤層的結(jié)構(gòu)特征和煤層氣儲(chǔ)層特征決定，煤層氣排采過(guò)程中，產(chǎn)水量小且極度不穩(wěn)定，不斷有煤粉、煤焦、地層砂(或壓裂砂)排出，這些固性顆?；蝠ば晕镔|(zhì)較難排出地面，將會(huì)在井筒中沉積，造成卡泵、堵泵、埋泵，損壞游動(dòng)凡爾或固定凡爾，使得泵工作失效，造成煤層氣排采的中斷，就必須進(jìn)行檢泵作業(yè)，從而嚴(yán)重影響了煤層氣井的正常生產(chǎn)，增加了作業(yè)費(fèi)用，縮短了煤層氣井高產(chǎn)周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有排采工藝和設(shè)備不能適應(yīng)排水量小、進(jìn)入井筒的煤粉不能排出地面、排采設(shè)備無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間短等缺點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有排采工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的排采設(shè)備，提出了一種煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是抽排系統(tǒng)將產(chǎn)出液從井下抽排至地面，經(jīng)產(chǎn)出液管路系統(tǒng)和產(chǎn)出液流量計(jì)，進(jìn)入產(chǎn)出液調(diào)理穩(wěn)定罐進(jìn)行液、氣初步分離后，進(jìn)入綜合處理罐，在綜合處理罐的下層進(jìn)行固-液沉降分離，通過(guò)單向閥將沉降后的清水輸送到綜合處理罐的上層，在上層經(jīng)過(guò)靜止作用，進(jìn)行液-氣分離，從而實(shí)現(xiàn)固-液-氣分離，將分離后的液體，一部分通過(guò)補(bǔ)液管路通道和補(bǔ)液控制閥經(jīng)補(bǔ)液流量計(jì)計(jì)量后，通過(guò)補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定罐、補(bǔ)液流量計(jì)補(bǔ)充到井下，補(bǔ)液量的大小，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制并通過(guò)信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)操控補(bǔ)液控制閥自動(dòng)完成，多余的產(chǎn)出液，經(jīng)過(guò)分離后，從溢流閥排出到凈化水池中，分離出來(lái)的固性顆粒沉積于綜合處理罐的下層，待積累到一定數(shù)量時(shí)，通過(guò)固性顆粒排出閥定時(shí)集中排放。 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，所提出的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備由抽排系統(tǒng)、產(chǎn)出液管路系統(tǒng)、產(chǎn)出液流量計(jì)、補(bǔ)液管路控制閥、穩(wěn)壓閥、溢流閥、綜合處理罐、固性物分離排出閥、補(bǔ)液流量計(jì)、補(bǔ)液管路通道和補(bǔ)液井口、產(chǎn)出液調(diào)理穩(wěn)定罐、計(jì)算控制系統(tǒng)和信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定罐等部分組成。抽排設(shè)備將井下液體采出地面，產(chǎn)出液管路按照產(chǎn)出液量的大小選擇，一般選用I. 5 2. 5時(shí)的地面管線。在產(chǎn)出液管路上安裝產(chǎn)出液流量計(jì)和產(chǎn)出液控制閥，該閥的作用是防止產(chǎn)出液回流。如果產(chǎn)出液中含有較多的氣相成分，可使用產(chǎn)出液調(diào)理穩(wěn)定系統(tǒng)，進(jìn)行氣體的分離。產(chǎn)出液經(jīng)氣液分離后，進(jìn)入綜合處理罐，在罐內(nèi)進(jìn)行液固分離，經(jīng)沉降后的液體一部分依次通過(guò)補(bǔ)液管路、補(bǔ)液控制閥和補(bǔ)液井口補(bǔ)充到井下；另一部分通過(guò)排放管道，進(jìn)行排 放。綜合處理罐具有上下兩層結(jié)構(gòu)，兩層之間安裝單向閥和濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，罐底設(shè)計(jì)了煤粉自動(dòng)排放閥，固相沉寂在下層，排出固相顆粒時(shí)，不影響罐的正常工作。補(bǔ)液井口應(yīng)該滿(mǎn)足補(bǔ)入的液體沿著套管壁下行的原則，避免產(chǎn)出氣體的濕潤(rùn)。為了實(shí)現(xiàn)井底煤焦等黏性物質(zhì)的清洗，可以通過(guò)在綜合處理罐內(nèi)定時(shí)加入清潔藥品的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)井底顆粒的沖洗，加入方法是按綜合處理罐內(nèi)每升產(chǎn)出液添加I 5ml工業(yè)清洗劑的劑量。為了完成上述排采工藝，所述的排采井內(nèi)液體的抽排系統(tǒng)，可以是目前廣泛使用的抽油機(jī)-抽油桿-抽油泵組成的三抽系統(tǒng)，也可以是螺桿泵、潛油電泵等能夠?qū)崿F(xiàn)將井內(nèi)液體抽排到地面的抽排設(shè)備系統(tǒng)。上述工藝可擴(kuò)展為通過(guò)空心抽油桿構(gòu)成補(bǔ)液通道；省略計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)，而通過(guò)人工控制補(bǔ)水量；省略補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定系統(tǒng)或采出液調(diào)理穩(wěn)定系統(tǒng)或兩者等多種工藝形式和相應(yīng)的設(shè)備形式等設(shè)計(jì)方案。通過(guò)詳細(xì)的設(shè)計(jì)和力學(xué)分析之后，設(shè)計(jì)的綜合處理罐容積在3 10m3。除抽排系統(tǒng)和排液池外整個(gè)裝置的其他部分都橇裝在一個(gè)可以用拖車(chē)運(yùn)輸?shù)恼w橇上，便于井場(chǎng)快速安裝與維護(hù)。本發(fā)明的有益效果是克服了現(xiàn)有的抽排設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)在極小采水量下穩(wěn)定長(zhǎng)壽命運(yùn)轉(zhuǎn)、采水量過(guò)小，不能將進(jìn)入井底的固性物質(zhì)排出井筒、采出液不能凈化，排放達(dá)不到環(huán)保要求、不能用化學(xué)清洗劑清洗井底等問(wèn)題，通過(guò)有效、可控補(bǔ)充采出液，實(shí)現(xiàn)了采出液排量的精準(zhǔn)控制，可有效解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)煤層氣排采設(shè)備的高效、穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)對(duì)井底的清洗和井液的補(bǔ)充，可解決煤粉堵泵、煤焦黏泵、煤矸卡泵等難題。通過(guò)采出液的綜合處理，解決采出液排出固性顆粒含量過(guò)高，不能實(shí)現(xiàn)凈化排放的問(wèn)題，從而顯著延長(zhǎng)煤層氣井的無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間。


圖I是以三抽排采系統(tǒng)為抽排系統(tǒng)的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是以三抽排采系統(tǒng)為抽排系統(tǒng)的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是以空心抽油桿構(gòu)成補(bǔ)液通道的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明所提出的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的程序框圖。圖5是本發(fā)明典型的地面設(shè)備布局圖。圖6是本發(fā)明典型的井口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。圖中，I-產(chǎn)氣通道，2-抽排系統(tǒng)，3-產(chǎn)出液管路系統(tǒng)，4-產(chǎn)出液流量計(jì)，5-補(bǔ)液控制閥，6-穩(wěn)壓閥，7-溢流閥，8-綜合處理罐，9-固性顆粒排出閥，10-產(chǎn)出液調(diào)理穩(wěn)定罐，11-補(bǔ)液流量計(jì)，12-補(bǔ)液管路通道，13-計(jì)算控制系統(tǒng)和信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)，14-補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定罐。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 本發(fā)明所提供的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備不改變?cè)挟a(chǎn)出氣和產(chǎn)出液通道，只是將常規(guī)井口改裝為煤層氣補(bǔ)水專(zhuān)用井口(如圖6所示)，井口產(chǎn)出液三通外接截止閥，通過(guò)穩(wěn)流管路與產(chǎn)出液流量計(jì)4相連，通過(guò)管線依次連接產(chǎn)出液調(diào)理穩(wěn)定罐10和綜合處理罐8。穩(wěn)壓閥6位于綜合處理罐8的頂部，綜合處理罐8靠近頂部右側(cè)安裝溢流閥7，左側(cè)安裝補(bǔ)液控制閥5，通過(guò)凈化水回注管線依次與補(bǔ)液流量計(jì)11和補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定罐14相連，最后接煤層氣補(bǔ)水專(zhuān)用井口四通的補(bǔ)液旁通，形成產(chǎn)出液凈化、回注循環(huán)系統(tǒng)。如圖I所示，由抽排系統(tǒng)采出的井液，經(jīng)過(guò)產(chǎn)出液管路系統(tǒng)3導(dǎo)向產(chǎn)出液流量計(jì)4計(jì)量后，通過(guò)產(chǎn)出液調(diào)理穩(wěn)定罐10進(jìn)行液、氣初步分離后，導(dǎo)入綜合處理罐8，在綜合處理罐8內(nèi)進(jìn)行固、液、氣分離，將分離后的液體，一部分通過(guò)補(bǔ)液管路通道12和補(bǔ)液控制閥5經(jīng)補(bǔ)液流量計(jì)11計(jì)量后，通過(guò)補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定罐14、補(bǔ)液流量計(jì)11補(bǔ)充到井下，補(bǔ)液量的大小，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)13自動(dòng)控制并通過(guò)信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)操控補(bǔ)液控制閥5自動(dòng)完成。多余的產(chǎn)出液，經(jīng)過(guò)分離后，從溢流閥7排出到凈化水池中，分離出的固性顆粒，通過(guò)固性顆粒排出閥9定時(shí)排出。在上面所述的自動(dòng)循環(huán)補(bǔ)水系統(tǒng)中，視實(shí)際需要可以省略或添加補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定系統(tǒng)、采出液調(diào)理穩(wěn)定系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制和信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、穩(wěn)壓閥等部件和裝置，成為圖2所示的簡(jiǎn)化形式，或圖I、圖2之間的一種形式或其他使用該原理的結(jié)構(gòu)形式。圖2是本發(fā)明的簡(jiǎn)化工藝流程圖，與圖I所示的系統(tǒng)相比，其仍以三抽排采系統(tǒng)為抽排系統(tǒng)示例，包含采出液穩(wěn)定系統(tǒng)與注入液穩(wěn)定系統(tǒng)、從油套環(huán)空通過(guò)特殊注入井口實(shí)現(xiàn)井液自動(dòng)按照需要注入的工藝系統(tǒng)和相關(guān)主要設(shè)備，簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)調(diào)理系統(tǒng)，通過(guò)人工控制閥門(mén)的流量，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水量的控制。在該系統(tǒng)中，同樣抽排系統(tǒng)也可以為螺桿泵抽排系統(tǒng)或潛油電泵等其他能夠?qū)⒕撼榕诺降孛娴某榕畔到y(tǒng)。在上面所述的自動(dòng)循環(huán)補(bǔ)水系統(tǒng)中，可以用空心抽油桿組成補(bǔ)水通道，成為圖3所示的結(jié)構(gòu)形式或類(lèi)似形式。采用空心抽油桿組成補(bǔ)水通道的自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)原理與工藝流程與圖I所示方式類(lèi)似，結(jié)構(gòu)比圖I方式略簡(jiǎn)單，不用安裝專(zhuān)用井口，凈化回注水經(jīng)過(guò)補(bǔ)液流量計(jì)11和補(bǔ)液管路12，進(jìn)空心抽油桿內(nèi)部空間，補(bǔ)液井下。該工藝設(shè)備為撬裝結(jié)構(gòu)，占地面積小、生產(chǎn)成本小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便、能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制和管理，能有效地將進(jìn)入井筒的煤粉、煤泥等固性顆粒排出地面，且能實(shí)現(xiàn)煤層氣采出水的凈化排放，滿(mǎn)足我國(guó)煤層氣大規(guī)模高效、清潔開(kāi)發(fā)的需要。大幅度延長(zhǎng)排采設(shè)備的無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間和煤層氣井的檢泵周期，進(jìn)而解決我國(guó)煤層氣開(kāi)采階段存在的排采工藝與設(shè)備問(wèn)題，為煤層氣井的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。權(quán)利要求
1.一種煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備，包括抽排系統(tǒng)(2)、產(chǎn)出液管路系統(tǒng)(3)、產(chǎn)出液流量計(jì)(4)、補(bǔ)液控制閥(5)、穩(wěn)壓閥(6)、溢流閥(7)、綜合處理罐(8)、固性物分離排出閥(9)、補(bǔ)液流量計(jì)(11)、補(bǔ)液管路通道(12)和補(bǔ)液井口、產(chǎn)出液調(diào)理穩(wěn)定罐(10)、計(jì)算控制系統(tǒng)和信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)(13)、補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定罐(14)，其特征在于井口產(chǎn)出液三通外接截止閥，通過(guò)穩(wěn)流管路與產(chǎn)出液流量計(jì)(4)相連，再用管線依次連接產(chǎn)出液調(diào)理穩(wěn)定罐(10)和綜合處理罐(8)，穩(wěn)壓閥(6)位于綜合處理罐(8)頂部，綜合處理罐(8)靠近頂部右側(cè)安裝溢流閥(7)，左側(cè)安裝補(bǔ)液控制閥(5)，通過(guò)凈化水回注管線依次與補(bǔ)液流量計(jì)(11)和補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定罐(14)相連，最后接煤層氣補(bǔ)水井口四通的補(bǔ)液旁通，形成產(chǎn)出液浄化、回注循環(huán)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備，其特征在于，抽排系統(tǒng)(2)是抽油機(jī)-抽油桿-抽油泵組成的三抽系統(tǒng)，或者是以螺桿泵或潛油電泵為舉升動(dòng)カ的抽排設(shè)備系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備，其特征在于，補(bǔ)液通道由空心抽油桿構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備，其特征在于，綜合處理罐(8)由上下兩層構(gòu)成，兩層之間安裝了單向閥和濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，罐底設(shè)計(jì)了煤粉自動(dòng)排放閥。
5.ー種利用權(quán)利要求1-4之任一項(xiàng)所述煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采設(shè)備的自動(dòng)補(bǔ)水排采エ藝，其特征在干由抽排系統(tǒng)⑵采出的井液，經(jīng)過(guò)產(chǎn)出液管路系統(tǒng)⑶導(dǎo)向產(chǎn)出液流量計(jì)(4)計(jì)量后，進(jìn)入產(chǎn)出液調(diào)理穩(wěn)定罐(10)進(jìn)行液、氣初步分離后，導(dǎo)入綜合處理罐(8)，在綜合處理罐(8)的下層進(jìn)行固-液沉降分離，通過(guò)單向閥將沉降后的清水輸送到綜合處理罐(8)的上層，通過(guò)靜止作用，進(jìn)行液-氣分離，從而實(shí)現(xiàn)固-液-氣分離，將分離后的液體，一部分通過(guò)補(bǔ)液管路通道(12)和補(bǔ)液控制閥(5)經(jīng)補(bǔ)液流量計(jì)(11)計(jì)量后，通過(guò)補(bǔ)液調(diào)理穩(wěn)定罐(14)、補(bǔ)液流量計(jì)(11)補(bǔ)充到井下，補(bǔ)液量的大小，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(13)自動(dòng)控制并通過(guò)信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)操控補(bǔ)液控制閥(5)自動(dòng)完成，多余的產(chǎn)出液，經(jīng)過(guò)分離后，從溢流閥(7)排出到?jīng)坊刂?，分離出的固性顆粒，通過(guò)固性顆粒排出閥(9)定時(shí)排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤層氣井循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排采エ藝，其特征在于按綜合處理罐內(nèi)每升產(chǎn)出液添加I 5mlエ業(yè)清洗劑的劑量往綜合處理罐(8)中加入エ業(yè)清洗劑，達(dá)到清洗井底的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種煤層氣井循環(huán)自動(dòng)排水采氣工藝和設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)煤層氣排采循環(huán)自動(dòng)補(bǔ)水排水采氣的目的。從井下抽排至地面的產(chǎn)出液，通過(guò)產(chǎn)出液管路系統(tǒng)經(jīng)產(chǎn)出液流量計(jì)后，進(jìn)入綜合處理罐，在綜合處理罐中，將產(chǎn)出液中的固型顆粒進(jìn)行分離，固性部分被置于下部的特殊裝置內(nèi)，集中排放；被凈化的產(chǎn)出液按照需要，一部分經(jīng)補(bǔ)液流量計(jì)計(jì)量后，通過(guò)補(bǔ)液通道和補(bǔ)液專(zhuān)用井口，補(bǔ)充到井筒環(huán)空中，實(shí)現(xiàn)了采出液的穩(wěn)定，多余的經(jīng)過(guò)凈化的采出液，通過(guò)產(chǎn)出液管路閥排放，達(dá)到凈化排放的目的。補(bǔ)液的數(shù)量按照排采設(shè)備的能力和進(jìn)入井筒的煤粉排出的條件，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)控制補(bǔ)液控制閥自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)補(bǔ)入清洗劑，可實(shí)現(xiàn)對(duì)井底設(shè)備的定時(shí)清洗。
文檔編號(hào)E21B43/20GK102635341SQ20121010915
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者余焱群, 劉一楠, 劉冰, 呂豪杰, 孟尚志, 張文忠, 徐敬, 徐晨, 李陽(yáng), 王超, 綦耀光, 莫日和, 趙軍, 郭本廣, 馬長(zhǎng)龍 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東), 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司