CN102635341A - 煤层气井循环自动补水排采设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层气井循环自动排水采气工艺和设备，可实现煤层气排采循环自动补水排水采气的目的。从井下抽排至地面的产出液，通过产出液管路系统经产出液流量计后，进入综合处理罐，在综合处理罐中，将产出液中的固型颗粒进行分离，固性部分被置于下部的特殊装置内，集中排放；被净化的产出液按照需要，一部分经补液流量计计量后，通过补液通道和补液专用井口，补充到井筒环空中，实现了采出液的稳定，多余的经过净化的采出液，通过产出液管路阀排放，达到净化排放的目的。补液的数量按照排采设备的能力和进入井筒的煤粉排出的条件，由计算机控制系统，通过信号调理系统控制补液控制阀自动实现。通过补入清洗剂，可实现对井底设备的定时清洗。

Description

煤层气井循环自动补水排采设备

技术领域：

本发明涉及一种新型煤层气井排水采气工艺和相应设备，主要应用于煤层气开发排水采气技术领域，特别适用排水量较少的煤层气井和煤层出煤粉、煤焦较多的煤层气井开发中使用。

背景技术：

煤层气(俗称瓦斯)作为一种非常规天然气资源，已经成为我国能源接替战略的重要资源，目前，煤层气开发分为地面抽排和井下抽排两种方式。煤层气地面抽排，不仅可以获得国内急需的清洁能源，而且可以解决煤层开采时水和瓦斯突出、瓦斯排放造成污染的问题，是一件既利国利民有利于环保和煤矿安全的事业，因此，我国将煤层气地面抽排开发，作为国家优先发展的能源领域。

煤层气是吸附在煤层上的气源，属于产层和储层共生气藏，实现煤层气的开发，必须将煤层中的水排出地面，实现煤层降压，煤层气从吸附的煤中解析出来，从产气通道进入井筒，形成工业气源，达到产气的目的。目前，我国煤层气开发多采用排水采气工艺和相应设备，且常用地面抽排方式，所使用的排水采气工艺和设备，基本上是从油田采油中移植来的有杆三抽系统、螺杆泵排采系统和潜油电泵排采系统，采用油管中排水，油套环空中产气的排采工艺。由于煤层的结构特征和煤层气储层特征决定，煤层气排采过程中，产水量小且极度不稳定，不断有煤粉、煤焦、地层砂(或压裂砂)排出，这些固性颗粒或黏性物质较难排出地面，将会在井筒中沉积，造成卡泵、堵泵、埋泵，损坏游动凡尔或固定凡尔，使得泵工作失效，造成煤层气排采的中断，就必须进行检泵作业，从而严重影响了煤层气井的正常生产，增加了作业费用，缩短了煤层气井高产周期。

发明内容：

本发明的目的是针对现有排采工艺和设备不能适应排水量小、进入井筒的煤粉不能排出地面、排采设备无故障运行时间短等缺点，对现有排采工艺进行改进和优化，并设计了相应的排采设备，提出了一种煤层气井循环自动补水排采设备。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：抽排系统将产出液从井下抽排至地面，经产出液管路系统和产出液流量计，进入产出液调理稳定罐进行液、气初步分离后，进入综合处理罐，在综合处理罐的下层进行固-液沉降分离，通过单向阀将沉降后的清水输送到综合处理罐的上层，在上层经过静止作用，进行液-气分离，从而实现固-液-气分离，将分离后的液体，一部分通过补液管路通道和补液控制阀经补液流量计计量后，通过补液调理稳定罐、补液流量计补充到井下，补液量的大小，通过计算机控制系统自动控制并通过信号调理系统操控补液控制阀自动完成，多余的产出液，经过分离后，从溢流阀排出到净化水池中，分离出来的固性颗粒沉积于综合处理罐的下层，待积累到一定数量时，通过固性颗粒排出阀定时集中排放。

为实现上述技术方案，所提出的煤层气井循环自动补水排采设备由抽排系统、产出液管路系统、产出液流量计、补液管路控制阀、稳压阀、溢流阀、综合处理罐、固性物分离排出阀、补液流量计、补液管路通道和补液井口、产出液调理稳定罐、计算控制系统和信号调理系统、补液调理稳定罐等部分组成。抽排设备将井下液体采出地面，产出液管路按照产出液量的大小选择，一般选用1.5～2.5时的地面管线。在产出液管路上安装产出液流量计和产出液控制阀，该阀的作用是防止产出液回流。如果产出液中含有较多的气相成分，可使用产出液调理稳定系统，进行气体的分离。产出液经气液分离后，进入综合处理罐，在罐内进行液固分离，经沉降后的液体一部分依次通过补液管路、补液控制阀和补液井口补充到井下；另一部分通过排放管道，进行排放。综合处理罐具有上下两层结构，两层之间安装单向阀和滤网结构，罐底设计了煤粉自动排放阀，固相沉寂在下层，排出固相颗粒时，不影响罐的正常工作。补液井口应该满足补入的液体沿着套管壁下行的原则，避免产出气体的湿润。

为了实现井底煤焦等黏性物质的清洗，可以通过在综合处理罐内定时加入清洁药品的方法实现对井底颗粒的冲洗，加入方法是按综合处理罐内每升产出液添加1～5ml工业清洗剂的剂量。

为了完成上述排采工艺，所述的排采井内液体的抽排系统，可以是目前广泛使用的抽油机-抽油杆-抽油泵组成的三抽系统，也可以是螺杆泵、潜油电泵等能够实现将井内液体抽排到地面的抽排设备系统。

上述工艺可扩展为通过空心抽油杆构成补液通道；省略计算机控制系统与信号调理系统，而通过人工控制补水量；省略补液调理稳定系统或采出液调理稳定系统或两者等多种工艺形式和相应的设备形式等设计方案。

通过详细的设计和力学分析之后，设计的综合处理罐容积在3～10m³。除抽排系统和排液池外整个装置的其他部分都橇装在一个可以用拖车运输的整体橇上，便于井场快速安装与维护。

本发明的有益效果是：克服了现有的抽排设备不能实现在极小采水量下稳定长寿命运转、采水量过小，不能将进入井底的固性物质排出井筒、采出液不能净化，排放达不到环保要求、不能用化学清洗剂清洗井底等问题，通过有效、可控补充采出液，实现了采出液排量的精准控制，可有效解决上述问题，实现煤层气排采设备的高效、稳定长期运转。通过对井底的清洗和井液的补充，可解决煤粉堵泵、煤焦黏泵、煤矸卡泵等难题。通过采出液的综合处理，解决采出液排出固性颗粒含量过高，不能实现净化排放的问题，从而显著延长煤层气井的无故障运行时间。

附图说明：

图1是以三抽排采系统为抽排系统的煤层气井循环自动补水排采设备的基本结构示意图。

图2是以三抽排采系统为抽排系统的煤层气井循环自动补水排采设备的简化结构示意图。

图3是以空心抽油杆构成补液通道的煤层气井循环自动补水排采设备的结构示意图。

图4是本发明所提出的煤层气井循环自动补水排采设备的计算机控制系统的程序框图。

图5是本发明典型的地面设备布局图。

图6是本发明典型的井口结构设计图。

图中，1-产气通道，2-抽排系统，3-产出液管路系统，4-产出液流量计，5-补液控制阀，6-稳压阀，7-溢流阀，8-综合处理罐，9-固性颗粒排出阀，10-产出液调理稳定罐，11-补液流量计，12-补液管路通道，13-计算控制系统和信号调理系统，14-补液调理稳定罐。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明所提供的煤层气井循环自动补水排采设备不改变原有产出气和产出液通道，只是将常规井口改装为煤层气补水专用井口(如图6所示)，井口产出液三通外接截止阀，通过稳流管路与产出液流量计4相连，通过管线依次连接产出液调理稳定罐10和综合处理罐8。稳压阀6位于综合处理罐8的顶部，综合处理罐8靠近顶部右侧安装溢流阀7，左侧安装补液控制阀5，通过净化水回注管线依次与补液流量计11和补液调理稳定罐14相连，最后接煤层气补水专用井口四通的补液旁通，形成产出液净化、回注循环系统。如图1所示，由抽排系统采出的井液，经过产出液管路系统3导向产出液流量计4计量后，通过产出液调理稳定罐10进行液、气初步分离后，导入综合处理罐8，在综合处理罐8内进行固、液、气分离，将分离后的液体，一部分通过补液管路通道12和补液控制阀5经补液流量计11计量后，通过补液调理稳定罐14、补液流量计11补充到井下，补液量的大小，通过计算机控制系统13自动控制并通过信号调理系统操控补液控制阀5自动完成。多余的产出液，经过分离后，从溢流阀7排出到净化水池中，分离出的固性颗粒，通过固性颗粒排出阀9定时排出。

在上面所述的自动循环补水系统中，视实际需要可以省略或添加补液调理稳定系统、采出液调理稳定系统、计算机控制和信号调理系统、稳压阀等部件和装置，成为图2所示的简化形式，或图1、图2之间的一种形式或其他使用该原理的结构形式。

图2是本发明的简化工艺流程图，与图1所示的系统相比，其仍以三抽排采系统为抽排系统示例，包含采出液稳定系统与注入液稳定系统、从油套环空通过特殊注入井口实现井液自动按照需要注入的工艺系统和相关主要设备，简化了计算机控制与数据调理系统，通过人工控制阀门的流量，实现补水量的控制。在该系统中，同样抽排系统也可以为螺杆泵抽排系统或潜油电泵等其他能够将井液抽排到地面的抽排系统。

在上面所述的自动循环补水系统中，可以用空心抽油杆组成补水通道，成为图3所示的结构形式或类似形式。采用空心抽油杆组成补水通道的自动循环系统原理与工艺流程与图1所示方式类似，结构比图1方式略简单，不用安装专用井口，净化回注水经过补液流量计11和补液管路12，进空心抽油杆内部空间，补液井下。

该工艺设备为撬装结构，占地面积小、生产成本小、结构简单安装方便、能够实现集中控制和管理，能有效地将进入井筒的煤粉、煤泥等固性颗粒排出地面，且能实现煤层气采出水的净化排放，满足我国煤层气大规模高效、清洁开发的需要。大幅度延长排采设备的无故障运行时间和煤层气井的检泵周期，进而解决我国煤层气开采阶段存在的排采工艺与设备问题，为煤层气井的稳产、高产奠定基础。

Claims (6)

1.一种煤层气井循环自动补水排采设备，包括抽排系统(2)、产出液管路系统(3)、产出液流量计(4)、补液控制阀(5)、稳压阀(6)、溢流阀(7)、综合处理罐(8)、固性物分离排出阀(9)、补液流量计(11)、补液管路通道(12)和补液井口、产出液调理稳定罐(10)、计算控制系统和信号调理系统(13)、补液调理稳定罐(14)，其特征在于：井口产出液三通外接截止阀，通过稳流管路与产出液流量计(4)相连，再用管线依次连接产出液调理稳定罐(10)和综合处理罐(8)，稳压阀(6)位于综合处理罐(8)顶部，综合处理罐(8)靠近顶部右侧安装溢流阀(7)，左侧安装补液控制阀(5)，通过净化水回注管线依次与补液流量计(11)和补液调理稳定罐(14)相连，最后接煤层气补水井口四通的补液旁通，形成产出液净化、回注循环系统。

2.根据权利要求1所述的煤层气井循环自动补水排采设备，其特征在于，抽排系统(2)是抽油机-抽油杆-抽油泵组成的三抽系统，或者是以螺杆泵或潜油电泵为举升动力的抽排设备系统。

3.根据权利要求1所述的煤层气井循环自动补水排采设备，其特征在于，补液通道由空心抽油杆构成。

4.根据权利要求1所述的煤层气井循环自动补水排采设备，其特征在于，综合处理罐(8)由上下两层构成，两层之间安装了单向阀和滤网结构，罐底设计了煤粉自动排放阀。

5.一种利用权利要求1-4之任一项所述煤层气井循环自动补水排采设备的自动补水排采工艺，其特征在于：由抽排系统(2)采出的井液，经过产出液管路系统(3)导向产出液流量计(4)计量后，进入产出液调理稳定罐(10)进行液、气初步分离后，导入综合处理罐(8)，在综合处理罐(8)的下层进行固-液沉降分离，通过单向阀将沉降后的清水输送到综合处理罐(8)的上层，通过静止作用，进行液-气分离，从而实现固-液-气分离，将分离后的液体，一部分通过补液管路通道(12)和补液控制阀(5)经补液流量计(11)计量后，通过补液调理稳定罐(14)、补液流量计(11)补充到井下，补液量的大小，通过计算机控制系统(13)自动控制并通过信号调理系统操控补液控制阀(5)自动完成，多余的产出液，经过分离后，从溢流阀(7)排出到净化水池中，分离出的固性颗粒，通过固性颗粒排出阀(9)定时排出。

6.根据权利要求5所述的煤层气井循环自动补水排采工艺，其特征在于：按综合处理罐内每升产出液添加1～5ml工业清洗剂的剂量往综合处理罐(8)中加入工业清洗剂，达到清洗井底的目的。

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