一種自動(dòng)間歇煤層氣排水產(chǎn)氣裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于煤層氣開發(fā)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)間歇煤層氣排水產(chǎn)氣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣是指儲(chǔ)存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產(chǎn)資源，屬非常規(guī)天然氣，是近一二十年在國(guó)際上崛起的潔凈優(yōu)質(zhì)能源和化工原料。煤層氣俗稱“瓦斯”，熱值是通用煤的2-5倍，Im3純煤層氣的熱值相當(dāng)于1.13kg汽油、1.21kg標(biāo)準(zhǔn)煤，其熱值與天然氣相當(dāng)，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是上好的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。煤層氣空氣濃度達(dá)到5% -16%時(shí)，遇明火就會(huì)爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤層氣直接排放到大氣中，其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞性極強(qiáng)。因此，在采煤之前預(yù)先對(duì)煤層氣進(jìn)行開采，不僅能夠?qū)⒚旱V瓦斯爆炸率降低70 %到85 %，而且能夠得到潔凈能源、產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]要將煤層氣開采到地面得到充分利用，典型的排采理論為:必須通過排水降壓的手段降低儲(chǔ)層壓力進(jìn)行煤層氣開采，產(chǎn)出的過程是一個(gè)復(fù)雜的降壓-解析-擴(kuò)散-滲流的過程。
[0004]在煤層氣的開采過程中，確保煤層中的承壓水穩(wěn)步排出是煤層氣井單井實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的重要保證，而煤層中承壓水的排出直接反映在煤層氣井套管液面的波動(dòng)上。
[0005]目前大多數(shù)煤層氣井參照石油開采設(shè)備而采用了游梁式抽水機(jī)進(jìn)行排水的方案，游梁式抽水機(jī)主要由驢頭、游梁、連桿、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、減速箱、動(dòng)力設(shè)備和輔助設(shè)備等部分組成。工作時(shí)，動(dòng)力設(shè)備輸出的動(dòng)力經(jīng)變速箱和曲柄連桿機(jī)構(gòu)變成驢頭的上下運(yùn)動(dòng)，驢頭經(jīng)抽水桿帶動(dòng)井下抽水泵的柱塞上下運(yùn)動(dòng)，從而不斷地把井中的水抽出井筒并排放掉。
[0006]然而，由于游梁式抽水機(jī)存在沖程沖次上的限制以及能源浪費(fèi)大、設(shè)備不配套、空抽、檢泵周期短等諸多問題，嚴(yán)重影響了煤層氣井的正常排采，直接降低了煤層氣的投資效益，故成為了煤層氣商業(yè)化、規(guī)模開發(fā)的瓶頸。
[0007]與石油開采中的連續(xù)工作模式不同，煤層氣井中的承壓水進(jìn)行連續(xù)外排是不必要的，承壓水的壓力需要保持供煤層氣解析的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，上述平衡狀態(tài)的維持在間歇式排水的模式下即可滿足，因此采用具備間歇式工作模式的提撈式抽水設(shè)備取代傳統(tǒng)游梁式抽水機(jī)成為了發(fā)展趨勢(shì)。
[0008]中國(guó)發(fā)明專利201420164701.4的說明書中公開了這樣一種自動(dòng)間歇煤層氣排水產(chǎn)氣裝置，結(jié)構(gòu)上包括安裝在井內(nèi)的套管，在套管內(nèi)安裝有泵筒，泵筒的頂部和底部分別通過上變扣和下變扣與油管螺紋連接，在下變扣下部的油管上依次連接有凡爾、篩管和絲堵，在泵筒內(nèi)安裝有抽吸裝置，抽吸裝置包括與泵筒間隙配合的彈性活塞，彈性活塞通過柔性桿與帶動(dòng)柔性桿上下運(yùn)行的往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置固定相連。通過往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置間歇式帶動(dòng)柔性桿卷放，進(jìn)而帶動(dòng)抽吸裝置的彈性活塞升降，將煤層氣井的承壓水抽取外排。
[0009]由于是直接將間歇提撈式抽油裝置直接應(yīng)用到煤層氣的開發(fā)過程中，因此上述自動(dòng)間歇煤層氣排水產(chǎn)氣裝置存在如下的技術(shù)特點(diǎn):
[0010](I)柔性桿采用圓形截面的桿體，即鋼絲繩外包橡膠層，在井上部分的地面平臺(tái)上設(shè)置密封裝置以保證柔性桿滑動(dòng)時(shí)密封的可靠性；
[0011](2)彈性活塞采用脹封式活塞，具體結(jié)構(gòu)參見附圖4 ;包括頂部帶有連接頭15的連接柱16，連接柱16的內(nèi)端設(shè)有錐形部17，在錐形部17的中心固接有中心桿22，在中心桿22的外壁上開設(shè)有多個(gè)軸向延伸的凹槽23、在中心桿22的另一端設(shè)有螺紋部24、在中心桿22的桿體上依次套設(shè)有第一連接套19、膨脹套20和第二連接套21，三者采用螺紋連接的方式形成一個(gè)整體，在第一連接套19和第二連接套21兩者的外端均設(shè)有錐形槽18。
[0012]上述結(jié)構(gòu)的彈性活塞裝置其工作過程為:當(dāng)往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置間歇式帶動(dòng)柔性桿卷放，進(jìn)而帶動(dòng)抽吸裝置的彈性活塞上升時(shí)，第一連接套19、膨脹套20和第二連接套21三者形成的整體向連接柱16移動(dòng)，通過錐形部17與錐形槽18的配合將凹槽23在軸向方向截?cái)?，上方承壓水的下泄通路被阻斷，彈性活塞繼續(xù)上升時(shí)，泵筒13內(nèi)的水壓升高、膨脹套20膨脹而外徑增大直至與泵筒13內(nèi)壁擠壓密封配合，進(jìn)一步阻斷上方承壓水的下泄通路，彈性活塞繼續(xù)上行時(shí)，將上方的承壓水抽出、經(jīng)由地面平臺(tái)5的閥門4和管道排出。當(dāng)彈性活塞下降時(shí)，第一連接套19、膨脹套20和第二連接套21三者形成的整體向中心桿22的另一端移動(dòng)，將凹槽23打開，下方的承壓水可以沿凹槽23上升到彈性活塞上方，如此循環(huán)往復(fù)間歇?jiǎng)幼?，不斷將承壓水排出煤層氣井之外?br>[0013]上述結(jié)構(gòu)的排水產(chǎn)氣裝置存在如下缺陷:(I)與抽油裝置不同，抽油裝置采用鋼絲繩外包橡膠層結(jié)構(gòu)的柔性桿以及密封的作用是充分防止石油經(jīng)由密封處泄露，石油泄露會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成危害，同時(shí)造成資源的浪費(fèi)，而排水產(chǎn)氣裝置抽取和排放的是水，即使泄露也不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染，也不會(huì)造成資源浪費(fèi)，故此時(shí)采用特殊結(jié)構(gòu)的柔性桿以及密封裝置并無(wú)必要，會(huì)導(dǎo)致成本的提高；(2)由于膨脹套20通常采用聚氨酯材質(zhì)制作，該材質(zhì)本身耐磨性能較差，在長(zhǎng)時(shí)間的工作過程中由于與泵筒13內(nèi)壁存在摩擦而容易損壞失效，此時(shí)必須定時(shí)對(duì)膨脹套20進(jìn)行更換，而對(duì)于上述深入地下的彈性活塞來說，膨脹套20的更換是十分繁瑣不便的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低的自動(dòng)間歇煤層氣排水產(chǎn)氣裝置。
[0015]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種自動(dòng)間歇煤層氣排水產(chǎn)氣裝置包括安裝在煤層氣井井口的地面平臺(tái)，在地面平臺(tái)上設(shè)有用于排水和排氣的閥門以及管道，還設(shè)有密封裝置，在煤層氣井的套管內(nèi)設(shè)有水管；在水管的下端通過上變扣連接有泵筒，在泵筒的下端通過下變扣安裝有凡爾篩網(wǎng)絲堵組件；還包括由牽引裝置牽引卷放的柔性桿，柔性桿經(jīng)由密封裝置穿入泵筒的內(nèi)腔，在柔性桿的底端安裝有抽水活塞；所述柔性桿的至少一部分為鋼絲繩。
[0016]優(yōu)選地:抽水活塞包括串聯(lián)連接的多個(gè)活塞單元，在柔性桿的下端固接有吊接端頭，最上方的活塞單元掛接連接在吊接端頭上。
[0017]優(yōu)選地:活塞單元包括上端和下端分別帶有上扶正器和下扶正器的中心桿，在上扶正器的上端設(shè)有上連接頭，在下扶正器的下端設(shè)有下連接頭；在中心桿的桿體上套設(shè)有上端和下端分別帶有上夾套和下夾套的套筒，在套筒的外壁上環(huán)抱有多個(gè)抱片，抱片的上下兩端均收縮并分別嵌入上夾套與套筒之間的空間以及下夾套與套筒之間的空間；在抱片上下兩端的外緣均設(shè)有凸棱，在上夾套和下夾套的內(nèi)壁上均設(shè)有環(huán)形槽，凸棱嵌入環(huán)形槽內(nèi)；在上夾套的頂部圓周設(shè)有多個(gè)缺口。
[0018]優(yōu)選地:上連接頭包括與上扶正器固接的桿體以及成型在桿體頂部的球體，下連接頭包括與下扶正器固接的柱體，在柱體的底部開設(shè)有供上連接頭的球體落入的球室以及供上連接頭的桿體橫向嵌入的槽口。
[0019]優(yōu)選地:所述抱片為聚四氟乙烯材質(zhì)。
[0020]優(yōu)選地:在套筒的中部還套設(shè)有將各抱片撐開的O型圈，在各抱片內(nèi)內(nèi)壁的中部設(shè)有一體成型的凸臺(tái)，在凸臺(tái)的中部設(shè)有環(huán)形槽，O型圈嵌入該環(huán)形槽內(nèi)。
[0021 ] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0022]本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理的自動(dòng)間歇煤層氣排水產(chǎn)氣裝置，本技術(shù)方案針對(duì)地面平臺(tái)少量泄露煤層氣井承壓水不會(huì)破壞周圍環(huán)境以及不會(huì)造成資源浪費(fèi)的特點(diǎn)，通過設(shè)置柔性桿至少一部分為鋼絲繩材質(zhì)，與外包橡膠層的柔性桿相比，降低了系統(tǒng)成本。
[0023]將活塞單元中部的活動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為由套筒、上夾套、下夾套以及多個(gè)抱片組成，與現(xiàn)有的排水產(chǎn)氣裝置采用膨脹套部件相比，實(shí)現(xiàn)了通過抱片之間的間隙式脹縮配合達(dá)到與泵筒內(nèi)壁之間近似密封的技術(shù)效果。
[0024]與抽油裝置要求活塞單元與泵筒之間全密封的要求不同，煤層氣排水產(chǎn)氣裝置的活塞單元容許少量承壓水經(jīng)由活塞單元重新下泄到下方，故采用上述間隙式抱片的結(jié)構(gòu)是合理的。間隙脹縮的動(dòng)作模式與脹封的動(dòng)作模式相比，上述抱片可以具備更大的剛度以及選用耐磨特性更強(qiáng)的材料制作，這樣在活塞單元長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，抱片更能承受住泵筒內(nèi)壁的摩擦作用，使用壽命延長(zhǎng)，無(wú)需進(jìn)行頻繁的部件更換和養(yǎng)護(hù)，因此運(yùn)行和維護(hù)的成本也降低了。
[0025]通過采用多級(jí)活塞單元串聯(lián)連接，能夠有效降低在每次提拉抽水的過程中經(jīng)由活塞單元下泄漏失的承壓水量。
[0026]通過設(shè)置上連接頭和下連接頭為桿體頂部帶有球體以及柱體底部帶有球室和槽口的結(jié)構(gòu)形式，提升了多級(jí)活塞單元逐級(jí)串聯(lián)掛接操作的便捷性，十分容易進(jìn)行抽水活塞的拆裝。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的主視剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是圖1中活塞單元的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是圖2中活塞單元中部的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中彈性活塞的主視半剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中:1、牽引裝置；2、柔性桿；3、密封裝置；4、閥門；5、地面平臺(tái)；6、套管；7、水管；8、吊接端頭；9