CN105507860A - 一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，包括高压进气系统、低压进气系统、等熵增压机本体、中压外输系统及旁通系统；高压进气系统进气端与高压单井来气联接，其出气端联接等熵增压机本体的高压气进口一及高压气进口二；低压进气系统进气端与低压单井来气联接，其出气端联接等熵增压机本体的低压气进口一和低压气进口二；中压外输系进气端联接熵增压机本体的高压气出口一和高压气出口二，其出气端联接等熵增压机本体的低压气出口一和低压气出口二；旁通系统进气端与低压单井来气联接，其出气端联接中压外输系统的输往管网中压气出口。本发明的增压过程无需任何外部能量消耗，具有显著的节能降耗效果和低压井增压效果。
Description
技术领域
本发明涉及气田单井增压装置技术领域，特别是一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置。
背景技术
长庆气田经过多年的滚动开发和产能建设，气藏资源和地层能量迅速衰竭，单井压力持续下降，部分气井井口流动压力已低于天然气集输管网压力。
例如，截止2014年底，靖边气田平均气藏地层压力已降至约10MPa，约300口间歇生产井，占总井数的38.9％；榆林气田平均气藏地层压力已降至约8～10MPa，间歇井累计达到60口，占生产井的35.29％，影响气田产能发挥。预计2017年，榆林气田南区单井将因井口压力下降至(4.9～5.3MPa)系统压力(5.8MPa)以下，间歇井进一步增多，低压井无法正常生产，严重影响气田的生产能力。
2006年和2008年靖边气田先后分别在南-3站和西1站进行了增压开采试验，2010年正式开始采用“区域增压为主、部分集气站单站增压为辅”的气田整体增压方式，截止2014年底，已建设增压集气站17座。
同时，2010年为能够顺利输送中、低压天然气，增加气田的经济效益和提高气田的采收率，还在站内进行了低压稳产井或间歇井的喷射引流试验。
现场试验表明：
1)喷射引流装置变工况性能与装置本身结构参数有关，对于不同的喷射装置需要进行独立的变工况性能分析来指导现场生产。
2)喷射引流装置低压气流量与高压气压力非单调关系，现场应用并不是高压井进气压力越高越好，需要选择合适的高压气工作压力。
3)喷射引流装置设计过程中，要充分考虑现场应用井的稳压能力等因素，选择合理的设计工作压力，以延长喷射装置的应用时间。
尽管利用喷射装置可使混合后气体压力达到外输压力要求，实现气井连续生产，但是由于一方面目前气田地层压力不断下降，现场应用井的稳压能力较差，使得喷射引流装置在初期效果良好，随着井口压力不断下降，装置效果变差；其次已经试验的喷射引流装置，经现场试验，引射率平均为27.8％，高压压力能的利用较低。
随着气田的不断开发，地层压力会继续降低，会有更多的气井低于系统压力而不能生产，不得不采取间歇方式或增压方式生产。为了能够顺利输送中、低压天然气，增加气田的经济效益和提高气田的采收率，可以通过开展增压装置，作为气田整体增压的一种补充手段，同时降低增压能耗，科学、合理地解决靖边气田中后期开发面临低压井生产问题，对实现气田的继续稳产和长庆油田持续发展提供可靠的资源基础具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种利用高压井压力能实现低压井高效增压的等熵增压一体化集成装置，增压过程无需任何外部能量消耗，达到显著的节能降耗效果和低压井增压效果。
为此，本发明提供了一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，其技术方案是：一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，包括高压进气系统、低压进气系统、等熵增压机本体、中压外输系统以及旁通系统；
所述高压进气系统的进气端与高压单井来气联接，高压进气系统的出气端分为两路，分别联接等熵增压机本体的高压气进口一以及高压气进口二；所述低压进气系统的进气端与低压单井来气联接，低压进气系统的出气端分为两路，分别联接等熵增压机本体的低压气进口一和低压气进口二；
所述中压外输系统的进气端分两路，分别联接熵增压机本体的高压气出口一和高压气出口二，中压外输系统的出气端分两路，分别联接等熵增压机本体的低压气出口一和低压气出口二；所述旁通系统的进气端与低压单井来气联接，旁通系统的出气端联接中压外输系统的输往管网中压气出口。
上述等熵增压机本体其结构为横向腔体，该横向腔体的中部设有隔板，隔板两侧的腔体内均设有活塞，活塞与腔体之间滑动密封；隔板的中部设有通孔，通孔中穿过有连接两个活塞的连杆；所述低压气进口一开设于隔板左侧的腔体上壁上；所述低压气进口二开设于隔板右侧的腔体上壁上；所述低压气出口一开设于隔板左侧的腔体下壁上；所述低压气出口二开设于隔板右侧的腔体下壁上；所述高压气进口一、高压气出口一均开设于横向腔体的左壁上；所述高压气进口二、高压气出口二均开设于横向腔体的右壁上；同时，所述低压气进口一、低压气进口二、低压气出口一以及低压气出口二的位置位于两个活塞之间的腔体壁上。
上述高压进气系统从高压单井来气一端的管线上依次设置有高低压紧急截断阀、闸阀一、高密封取样截止阀一、过滤器、安全阀、高密封取样截止阀二、天然气流量计一、闸阀二；所述闸阀二通过经管线分为两路，一路经电磁阀一与高压气进口一联接，另一路经电磁阀二与高压气进口二联接；所述高密封取样截止阀一还联接有压力表一；所述高密封取样截止阀二还联接有压力表二。
上述低压进气系统从低压单井来气一端的管线上依次设置有高密封取样截止阀三、闸阀三、过滤器、天然气流量计二、闸阀四；所述闸阀四通过经管线分为两路，一路经止回阀一与低压气进口二联接，另一路经止回阀二与低压气进口一联接；所述高密封取样截止阀三还联接有压力表三。
上述中压外输系统的进气端管线分两路，一路通过电磁阀三与高压气出口一联接，另一路通过电磁阀四与高压气出口二联接；中压外输系统的出气端管线分两路，一路通过止回阀三与低压气出口一联接，另一路通过止回阀四与低压气出口二联接；联接中压外输系统的进、出气端之间的管路与输往管网中压气出口之间的管线上从左至右依次设有高密封取样截止阀四、节流阀以及闸阀五；所述高密封取样截止阀四上还联接有压力表四。
上述旁通系统的出气端与节流阀和闸阀五之间的管线联接；旁通系统从进气端开始的管线上依次设置有止回阀五、天然气流量计三。
本发明的有益效果：本发明可以避免喷射引流装置的严格选井要求，利用高、低压气推动活塞运动，将腔内气体压入管网的过程几乎没有机械能与气体内能的转化，接近于等熵过程，几乎最大限度地利用了高压气体的压力能，其增压过程无需任何外部能量消耗，具有显著的节能降耗效果和低压井增压效果。本发明采用工厂预制，在工厂预制完成后，送至集气站和单井管网连接即可投入运行，整个过程方便快捷。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的等熵增压机本体结构示意图。
附图标记说明：1、高压进气系统；2、低压进气系统；3、中压外输系统；4、旁通系统；5、等熵增压机本体；101、高低压紧急截断阀；102、闸阀一；103、高密封取样截止阀一；104、压力表一；105、过滤器一；106、安全阀；107、高密封取样截止阀二；108、压力表二；109、天然气流量计一；110、闸阀二；111、电磁阀一；112、电磁阀二；201、高密封取样截止阀三；202、压力表三；203、闸阀三；204、过滤器二；205、天然气流量计二；206、闸阀四；207、止回阀一；208、止回阀二；301、止回阀三；302、止回阀四；303、电磁阀三；304、电磁阀四；305、高密封取样截止阀四；306、压力表四；307、节流阀；308、闸阀五；401、止回阀五；402、天然气流量计三；501、高压气进口一；502、高压气进口二；503、低压气进口一；504、低压气进口二；505、高压气出口一；506、高压气出口二；507、低压气出口一；508、低压气出口二；509、隔板；510、活塞；511、连杆；512、腔一；513、腔二；514、腔三；515、腔四。
具体实施方式
实施例1：
本发明是针对低渗气田中后期井口压力大幅降低至系统压力，生产困难的工况而提供一种通过等熵增压机利用高压气井的压力能实现对低压气井的抽吸，实现低压井正常产量的一种新型气田单井等熵增压工艺方法。如图1所示，本发明提供的橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，包括高压进气系统1、低压进气系统2、等熵增压机本体5、中压外输系统3以及旁通系统4；所述高压进气系统1的进气端与高压单井来气联接，高压进气系统1的出气端分为两路，分别联接等熵增压机本体5的高压气进口一501以及高压气进口二502；所述低压进气系统2的进气端与低压单井来气联接，低压进气系统2的出气端分为两路，分别联接等熵增压机本体5的低压气进口一503和低压气进口二504；所述中压外输系统3的进气端分两路，分别联接熵增压机本体5的高压气出口一505和高压气出口二506，中压外输系统3的出气端分两路，分别联接等熵增压机本体5的低压气出口一507和低压气出口二508；所述旁通系统4的进气端与低压单井来气联接，旁通系统4的出气端联接中压外输系统3的输往管网中压气出口。
本发明充分利用高压井的压力能，采用等熵增压机应用于气田单井低压井的增压，具有鞋带系数高，可气液混输，增压过程无需任何外部能量消耗，具有显著的节能降耗效果。装置具有占地面积小，操作方便、易于维护、投资低等特点。本发明采用工厂预制，在工厂预制完成后，送至集气站和单井管网连接即可投入运行，整个过程方便快捷。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述等熵增压机本体5其结构为横向腔体，该横向腔体的中部设有隔板509，隔板509两侧的腔体内均设有活塞510，活塞510与腔体之间滑动密封；隔板509的中部设有通孔，通孔中穿过有连接两个活塞510的连杆511；所述低压气进口一503开设于隔板509左侧的腔体上壁上；所述低压气进口二504开设于隔板右侧的腔体上壁上；所述低压气出口一507开设于隔板左侧的腔体下壁上；所述低压气出口二508开设于隔板右侧的腔体下壁上；所述高压气进口一501、高压气出口一505均开设于横向腔体的左壁上；所述高压气进口二505、高压气出口二506均开设于横向腔体的右壁上；同时，所述低压气进口一503、低压气进口二504、低压气出口一507以及低压气出口二508的位置位于两个活塞510之间的腔体壁上。
所述高压进气系统1从高压单井来气一端的管线上依次设置有高低压紧急截断阀101、闸阀一102、高密封取样截止阀一103、过滤器一105、安全阀106、高密封取样截止阀二107、天然气流量计一109、闸阀二110；所述闸阀二110通过经管线分为两路，一路经电磁阀一111与高压气进口一501联接，另一路经电磁阀二112与高压气进口二502联接；所述高密封取样截止阀一103还联接有压力表一104；所述高密封取样截止阀二107还联接有压力表二108。高压气进气系统设置有高低压紧急切断阀，在高压井来气超过设定压力时可自动关闭进口，同时设置有安全阀，保护高压气系统；设置流量计，可实时记录高压气和低压气的流量。高压气进气系统通过电磁阀反复的开关控制分别切换进入等熵增压机本体的不同高压腔。当活塞运动至端部时，系统通过自动检测，控制高压进气系统的电磁阀关闭，来控制高压井的流程切换。
所述低压进气系统2从低压单井来气一端的管线上依次设置有高密封取样截止阀三201、闸阀三203、过滤器二204、天然气流量计二205、闸阀四206；所述闸阀四206通过经管线分为两路，一路经止回阀一207与低压气进口二504联接，另一路经止回阀二208与低压气进口一503联接；所述高密封取样截止阀三201还联接有压力表三202。低压进气系统设有流量计，可实时记录高压气和低压气的流量。在正常生产流程为防止混输低压天然气回流，在低压气进气口和出气口分别设置止回阀。
所述中压外输系统3的进气端管线分两路，一路通过电磁阀三303与高压气出口一505联接，另一路通过电磁阀四304与高压气出口二506联接；中压外输系统3的出气端管线分两路，一路通过止回阀三301与低压气出口一507联接，另一路通过止回阀四302与低压气出口二508联接；联接中压外输系统3的进、出气端之间的管路与输往管网中压气出口之间的管线上从左至右依次设有高密封取样截止阀四305、节流阀307以及闸阀五308；所述高密封取样截止阀四305上还联接有压力表四306。
所述旁通系统4的出气端与节流阀307和闸阀五308之间的管线联接；旁通系统4包括以管线连接的止回阀五401和天然气流量计三402；旁通系统4具体结构是从进气端开始的管线上依次设置止回阀五401、天然气流量计三402。旁通系统设有流量计，可实时记录高压气和低压气的流量。当低压气来气压力超过管网外输压力时，旁通系统设置的止回阀自动开启，低压气走旁通系统进入管网，此时高压气不对低压气增压，当低压气压力低于管网压力时，旁通止回阀自动关闭，走正常生产流程。
本发明在国内外首次采用等熵增压机应用于气田高压单井对低压气井的增压，技术性能优势大，且装置运行维护工作量小，无需任何外部能量消耗，具有显著的节能降耗效果。
本发明等熵增压机增压运行原理为：
设高压气压力为P1，低压气压力为P2，管网压力为P3，活塞面积为S，连杆横截面积为0.1S。则增压机运行的条件为：
高压气压力进装置为P1，低压气压力进装置为P2，管网外输压力为P3，活塞面积为S，连杆横截面积为0.1S。则等熵增压机运行的条件为：
P1S+P2×(0.9S)＞P3S+P3×(0.9S)
即P1+0.9P2＞1.9P3
等熵增压机可运行。
根据以上公式可以得出：
(1)如果高压气进装置压力P1和管网外输P3确定的情况下，低压井进装置压力为：P2＞(1.9P3-P1)/0.9
(2)如果低压气进装置压力P2和管网外输P3确定的情况下，高压井进装置压力为：P1＞1.9P3-0.9P2
(3)如果压气进装置压力P1和低压气进装置压力P2确定的情况下，管网外输压力：P3＜(P1+0.9P2)/1.9
本发明在不同高压井压力、不同外输压力工况条件低压井最低引射压力见表1；本发明在不同压力、不同冲程下所需气源气量及引射比理论计算见表2。
表1高压井不同压力下低压井最低引射压力理论计算表
表2不同压力、不同冲程所需气源气量及引射比理论计算统计表
本橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置适用气田高压井对低压井的增压，其有正常生产流程和旁通流程两种生产流程。
如图1所示，正常生产流程：
高压气井来气经高低压紧急切断阀101、过滤器一105、天然气流量计一109、电磁阀一111、电磁阀二112等分别由高压气进口一501和高压气进口二502轮换进入等熵增压机本体的腔一512和腔四515；低压气井来气经过滤器二204、天然气流量计二205、止回阀等分别由低压气进口一503和低压气进口二504轮换进入等熵增压机本体的腔二513和腔三514，在高压气及低压气共同推动下，左右两活塞机连杆先后向右和向左运动先后将腔二513和腔四515、腔三514和腔一512内的气体压入管网。
活塞在第一个周期内向右运动时，腔二513和腔四515均与外管网相通，两腔内的压力均为管网压力(中压)。随后活塞在第一个周期内向左运动时，腔三514内为上周期进入的低压气，腔一512内为上周起进入的高压气。此时因两腔均与外管网相通，两腔内的压力均为管网压力(中压)。
当活塞向右运动至端点时，四个电磁阀同时旋转切换进气方位。高压气由高压气进口二502进入腔四515，低压气由低压气进口一503进入腔二513，活塞向左运动，将腔一512、腔三514内气体压入管网。如此反复循环。
高压气进气系统设置有高低压紧急切断阀，在高压井来气超过设定压力时可自动关闭进口，同时设置有安全阀，保护高压气系统。高低压系统均设有流量计，可随着观察记录高压气和低压气的流量。
如图1所示，旁通系统：
当低压气来气压力超过管网外输压力时，旁通流程设置的止回阀自动开启，低压气走旁通系统进入管网，旁通系统设置有流量计，可对旁通系统低压井流量进行适时计量，此时高压气不对低压气增压，当低压气压力低于管网压力时，旁通止回阀自动关闭，走正常生产流程。
本发明装置相对于已经试验的喷射引流装置最大的特点就是可以最大限度的利用高压气体的压力能，平均引射率可以提高20％以上(见表3)，具有适应范围更宽，工况适应性更强，更高的压力能利用率的特点。
表3等熵增压机和喷射引流装置平均引射率对比表
本发明提供的橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置进一步提高了高压压力能的利用率和引射率，该装置可以避免喷射引流装置的严格选井要求，利用高、低压气推动活塞运动，将腔内气体压入管网的过程几乎没有机械能与气体内能的转化，接近于等熵过程，几乎最大限度地利用了高压气体的压力能，其增压过程无需任何外部能量消耗，具有显著的节能降耗效果和低压井增压效果。本发明采用工厂预制，在工厂预制完成后，送至集气站和单井管网连接即可投入运行，整个过程方便快捷。
本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，其特征是：包括高压进气系统(1)、低压进气系统(2)、等熵增压机本体(5)、中压外输系统(3)以及旁通系统(4)；
所述高压进气系统(1)的进气端与高压单井来气联接，高压进气系统(1)的出气端分为两路，分别联接等熵增压机本体(5)的高压气进口一(501)以及高压气进口二(502)；
所述低压进气系统(2)的进气端与低压单井来气联接，低压进气系统(2)的出气端分为两路，分别联接等熵增压机本体(5)的低压气进口一(503)和低压气进口二(504)；
所述中压外输系统(3)的进气端分两路，分别联接熵增压机本体(5)的高压气出口一(505)和高压气出口二(506)，中压外输系统(3)的出气端分两路，分别联接等熵增压机本体(5)的低压气出口一(507)和低压气出口二(508)；
所述旁通系统(4)的进气端与低压单井来气联接，旁通系统(4)的出气端联接中压外输系统(3)的输往管网中压气出口。
2.如权利要求1所述的一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，其特征是：所述等熵增压机本体(5)其结构为横向腔体，该横向腔体的中部设有隔板(509)，隔板(509)两侧的腔体内均设有活塞(510)，活塞(510)与腔体之间滑动密封；隔板(509)的中部设有通孔，通孔中穿过有连接两个活塞(510)的连杆(511)；所述低压气进口一(503)开设于隔板(509)左侧的腔体上壁上；所述低压气进口二(504)开设于隔板右侧的腔体上壁上；所述低压气出口一(507)开设于隔板左侧的腔体下壁上；所述低压气出口二(508)开设于隔板右侧的腔体下壁上；所述高压气进口一(501)、高压气出口一(505)均开设于横向腔体的左壁上；所述高压气进口二(505)、高压气出口二(506)均开设于横向腔体的右壁上；同时，所述低压气进口一(503)、低压气进口二(504)、低压气出口一(507)以及低压气出口二(508)的位置位于两个活塞(510)之间的腔体壁上。
3.如权利要求1所述的一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，其特征是：所述高压进气系统(1)从高压单井来气一端的管线上依次设置有高低压紧急截断阀(101)、闸阀一(102)、高密封取样截止阀一(103)、过滤器一(105)、安全阀(106)、高密封取样截止阀二(107)、天然气流量计一(109)、闸阀二(110)；所述闸阀二(110)通过经管线分为两路，一路经电磁阀一(111)与高压气进口一(501)联接，另一路经电磁阀二(112)与高压气进口二(502)联接；所述高密封取样截止阀一(103)还联接有压力表一(104)；所述高密封取样截止阀二(107)还联接有压力表二(108)。
4.如权利要求1所述的一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，其特征是：所述低压进气系统(2)从低压单井来气一端的管线上依次设置有高密封取样截止阀三(201)、闸阀三(203)、过滤器二(204)、天然气流量计二(205)、闸阀四(206)；所述闸阀四(206)通过经管线分为两路，一路经止回阀一(207)与低压气进口二(504)联接，另一路经止回阀二(208)与低压气进口一(503)联接；所述高密封取样截止阀三(201)还联接有压力表三(202)。
5.如权利要求1所述的一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，其特征是：所述中压外输系统(3)的进气端管线分两路，一路通过电磁阀三(303)与高压气出口一(505)联接，另一路通过电磁阀四(304)与高压气出口二(506)联接；中压外输系统(3)的出气端管线分两路，一路通过止回阀三(301)与低压气出口一(507)联接，另一路通过止回阀四(302)与低压气出口二(508)联接；联接中压外输系统(3)的进、出气端之间的管路与输往管网中压气出口之间的管线上从左至右依次设有高密封取样截止阀四(305)、节流阀(307)以及闸阀五(308)；所述高密封取样截止阀四(305)上还联接有压力表四(306)。
6.如权利要求1所述的一种橇装式气田单井等熵增压一体化集成装置，其特征是：所述旁通系统(4)的出气端与节流阀(307)和闸阀五(308)之间的管线联接；旁通系统(4)从进气端开始的管线上依次设置有止回阀五(401)、天然气流量计三(402)。
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