CN106437654B - 智能式气井排采增产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气井排采增产装置及系统，该装置包括横截面为圆形或椭圆形的容置罐，进水管沿该容置罐内侧壁切向插入到容置罐内，以使排采水沿容置罐的内侧壁流入；在容置罐上还设置有排出排采水的出水管；在进水管或出水管上设置压力调节控制阀，用于调节进水或出水的水压；在容置罐上端设置排气阀，用于排出排采水中的气体。该装置通过加装在天然气井的排采水系统中，可实现协调天然气及排采水压力，将混合在排采水中的天然气分离出，输入到采气管道中，防止天然气从排采水系统中排出而进入到大气层中，降低排放污染；同时通过在进水管或出水管上设置压力调节控制阀，可以增加排采水量，提高气井的采气量。
Description
技术领域
本发明涉及地下气井开采技术领域，具体涉及一种气井排采增产装置及系统。
背景技术
随着不可再生资源的不断开采，人们可以利用的不可再生资源越来越少。
在天然气井的排采过程中，一部分天然气会混合在排采水中，随着排采水被排放到大气中。含在排采水中的天然气成分不但会造成对大气环境的污染，还会使混合在排采水中的天然气被白白的浪费流失掉。
发明内容
本发明提供一种气井排采增产装置及系统，该装置通过加装在天然气井的排采水系统中，可实现协调天然气及排采水压力，将混合在排采水中的天然气分离出，输入到采气管道中，防止天然气从排采水系统中排出而进入到大气层中，降低排放污染。
本发明提供一种气井排采增产装置，包括：容置罐、进水管、出水管、压力调节控制阀、排气阀；
所述进水管沿所述容置罐内侧壁切向插入所述容置罐内，以使进入所述容置罐的排采水沿所述容置罐内侧壁流动；
所述容置罐内侧壁的第一横截面与第二横截面之间区域的横截面为圆形或椭圆形；所述第一横截面为所述进水管插入点所在的容置罐内侧壁的横截面；所述第二横截面为位于所述第一横截面下方的所述内侧壁的横截面；
所述出水管设置在所述容置罐上，以使所述容置罐内的排采水由所述出水管排出所述容置罐；
所述进水管或所述出水管上设置有所述压力调节控制阀；
所述排气阀设置在所述容置罐上部，用于排出排采水中的气体。
本发明还提供一种气井排采增产系统，包括：如上述所述的气井排采增产装置；还包括：气体收集装置，所述气体收集装置与所述气井排采增产装置的所述排气阀通过管路连接；排采水收集装置，所述排采水收集装置与所述气井排采增产装置的所述出水管通过管路连接；气体流量计，所述气体流量计设置在所述气体收集装置与所述气井排采增产装置的所述排气阀之间的管路上。
本发明的气井排采增产装置及系统，该装置包括横截面为圆形或椭圆形的容置罐，进水管沿该容置罐内侧壁切向插入到容置罐内，以使排采水沿容置罐的内侧壁流入；在容置罐上还设置有排出排采水的出水管；在进水管或出水管上设置压力调节控制阀，用于调节进水或出水的水压；在容置罐上端设置排气阀，用于排出排采水中的气体。该装置通过加装在天然气井的排采水系统中，可实现协调天然气及排采水压力，将混合在排采水中的天然气分离出，输入到采气管道中，防止天然气从排采水系统中排出而进入到大气层中，降低排放污染；同时通过在进水管或出水管上设置压力调节控制阀，可以增加排采水量，提高气井的采气量。
附图说明
图1为本发明气井排采增产装置的实施例一的结构示意图；
图2为本发明气井排采增产装置的实施例二的结构示意图；
图3为本发明气井排采增产装置的实施例三的结构示意图；
图4a~图4b为本发明气井排采增产装置的实施例四的结构示意图；
图5为本发明气井排采增产系统的实施例一的结构示意图；
附图标记说明：
1、容置罐；1A、第一横截面；1B、第二横截面；101、内罐；1011、气管进口；1012、气体管路；102、外罐；2、进水管；3、出水管；4、压力调节控制阀；5、排气阀；6、排水口管路；7、压力传感器；8、控制器；9、液位传感器；10、电动控制排水阀；11、振荡器；12、旁路阀；13、气井排采增产装置；14、气体收集装置；15、排采水收集装置；16、气体流量计。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。
图1为本发明气井排采增产装置的实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例的装置包括：容置罐1、进水管2、出水管3、压力调节控制阀4、排气阀5。其中，进水管2沿容置罐1内侧壁切向插入容置罐1内，以使进入容置罐1的排采水沿容置罐1内侧壁流动；容置罐1内侧壁的第一横截面1A与第二横截面1B之间区域的横截面为圆形或椭圆形；第一横截面1A为进水管2插入点所在的容置罐内侧壁的横截面；第二横截面1B为位于第一横截面1A下方的容置罐内侧壁的横截面；出水管3设置在容置罐1上，以使容置罐1内的排采水由出水管3排出容置罐1；进水管2或出水管3上设置有压力调节控制阀4；排气阀5设置在容置罐1上部，用于排出排采水中的气体。
在天然气井的抽水排水系统中，天然气中的主要成分甲烷是不溶解于水的物质，本实施例的排采增产装置用于将天然气从天然气井的排采水中分离出来，以增加天然气的产气量。具体通过容置罐1、进水管2、出水管3、压力调节控制阀4、排气阀5等组合而成的气井排采增产装置实现，下面以在进水管2上设置压力调节控制阀4为例进行说明：
首先排采水是通过气井水泵将煤层天然气井和/或页岩气井中油管里的水提升到气井的排水口，再经过排水口管路6连接到本实施例装置的进水管2的一端，由于进水管2是沿着容置罐1内侧壁切向插入容置罐1内，且容置罐1内侧壁的第一横截面1A与第二横截面1B之间区域的横截面为圆形或椭圆形，致使排采水在流入容置罐1的瞬间，冲击容置罐1的内侧壁，沿圆形或椭圆形的内侧壁旋转流动，使排采水中的天然气充分分离；之后，排采水下旋到容置罐1底部，由于排采水是沿容置罐1内侧壁的切向进入容置罐1，排采水在容置罐1的底部会形成漩涡，在重力和离心力的作用下，使天然气充分分离，分离出的天然气上升集聚到容置罐1内的上部，再经过与容置罐1上端通过管路连接的排气阀5，将分离出的天然气排出。但是，由于天然气中的主要成分甲烷不溶解于水，且气体具有可压缩性，其含在水中的气泡的大小会随着压力发生改变。压力越大气泡所占的体积比例则越小；反之，压力越小气泡所占的体积比例则越大。当气泡所占的体积变大时，即压力值较小时，天然气井的排采水能力也较低，致使流入气井排采增产装置的容置罐1内的水流微弱、缓慢，很难使排采水中的天然气被提取分离出。因此，在进水管2上设置压力调节控制阀4，对排采水进行持压、加压及调节压力，在整个排水，降压，解吸，渗流过程中起到稳产增产作用。当进水管2内的水压达不到压力调节控制阀4的压力设定值，压力调节控制阀4不开启，则排采水无法流入容置罐1；当水压达到压力设定值，此时的排采水中的天然气气泡较小，且一旦压力调节控制阀4打开后，排采水具备一定的冲击速度，这就使得排采水进入容置罐1后具备了沿容置罐1的内壁旋转流动的初速度，使得排采水以漩涡形式流动，离心力作用强，有利于增加水气分离的效果。
同理，压力调节控制阀4设置在出水管3上时，其通过控制排采水出水水压而间接控制排采水进水水压，起到上述增强排采水进水速度，从而提高水气分离效果的作用，原理同上，在此不再赘述。
本实施例的气井排采增产装置，该装置包括横截面为圆形或椭圆形的容置罐，进水管沿该容置罐的内侧壁流入；在容置罐上还设置有排出排采水的出水管；在进水管或出水管上设置压力调节控制阀，用于调节进水或出水的水压；在容置罐上端设置排气阀，用于排出排采水中的气体。该装置通过加装在天然气井的排采水系统中，可实现协调天然气及排采水压力，将混合在排采水中的天然气分离出，输入到采气管道中，防止天然气从排采水系统中排出而进入到大气层中，降低排放污染；同时通过在进水管或出水管上设置压力调节控制阀，可以增加排采水量，提高气井的采气量。
图2为本发明气井排采增产装置的实施例二的结构示意图，如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步地，该装置还包括：压力传感器7、控制器8；压力传感器7设置在容置罐1上，压力传感器7与控制器8电连接，用于向控制器8传送容置罐1内的压力值；进水管2上设置有压力调节控制阀4；控制器8与排气阀5电连接；控制器8用于根据压力传感器7传送的压力值控制排气阀5的开度。
进一步地，该装置还包括：液位传感器9；电动控制排水阀10；液位传感器9设置在容置罐1内部，液位传感器9与控制器8电连接，用于向控制器8传送容置罐1内的排采水的液位值；电动控制排水阀10设置在出水管3上，且与控制器8电连接；当排采水的液位值达到第一液位预设值A时，控制器8用于控制电动控制排水阀10到打开状态；当排采水的液位值达到第二液位预设值B时，控制器8用于控制电动控制排水阀10到关闭状态，第一液位预设值A大于第二液位预设值B。
具体的，压力调节控制阀4设置在进水管2上，该气井排采增产装置在连续运行的过程中，压力调节控制阀4控制调节进入该容置罐1前的管路水压，即与该装置连接的气井抽水排水系统管路内的压力。当气井抽水排水系统管路内的排采水的压力达到该压力调节控制阀4的预设压力值，压力调节控制阀4开启，排采水经压力调节控制阀4进入容置罐1，当压力传感器7监测到容置罐1内的压力逐渐上升到一定数值（预设的排气压力值）时，控制器8控制排气阀5开启，通过排气管路将天然气排出到天然气的管路系统中。同时，控制器8还可以根据天然气的流速及容置罐1内的压力变化率实时调节排气阀5的开度，以控制天然气的流速。通过压力传感器7、控制器8、排气阀5的联合作用，有效将气井排采增产装置内的压力维持在设定值范围之内，保证气井排采增产的效果；同时，避免由于容置罐1内外压力差大使得天然气爆炸式喷出，流速过快造成无法对排出的天然气产量进行计量，严重时还有可能出现安全事故。
在压力传感器7控制排气的过程中，容置罐1内的排采水液位会发生变化，液位的变化由液位传感器9进行监测，当液位传感器9检测到水面液位上升达到第一液位预设值A时，控制器8控制电动控制排水阀10到打开状态，进行排水；当排采水的液位值下降达到第二液位预设值B时，控制器8控制电动控制排水阀10到关闭状态，继续进行汇集天然气。其中第一液位预设值A高于/大于第二液位预设值B；进一步地，在第一液位预设值A之上（即大于第一液位预设值A）和/或第二液位预设值B之下（即小于第二液位预设值B）还可以设置警戒液位预设值A’、B’，当液位到达该警戒液位预设值时，发出报警，并开启/关闭相应阀门，以保证装置的安全性。其中，控制器8可以采用可编程逻辑控制器（Programmable LogicController，简称“PLC”）或远程终端单元RTU（Remote Terminal Unit，简称“RTU”）等。
图3为本发明气井排采增产装置的实施例三的结构示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，该装置还包括：压力传感器7、控制器8；压力传感器7设置在容置罐1上，压力传感器7与控制器8电连接，用于向控制器8传送容置罐1内的压力值；出水管3上设置有压力调节控制阀4；控制器8与压力调节控制阀4电连接；控制器8用于根据压力传感器7传送的压力值控制压力调节控制阀4的开度。
进一步地，该装置还包括：液位传感器9；液位传感器9设置在容置罐1内部，液位传感器9与控制器8电连接，用于向控制器8传送容置罐1内的排采水的液位值；排气阀5与控制器8电连接；当排采水的液位值达到第三液位预设值C时，控制器8用于控制排气阀5到关闭状态；当排采水的液位值达到第四液位预设值D时，控制器8用于控制排气阀5到打开状态，第三液位预设值C大于第四液位预设值D。
具体的，汇集在容置罐1内部上端的天然气的输出过程为：随着天然气在容置罐1内汇集的越来越多，容置罐1内的水面液位会逐渐下降，当液位传感器9检测到水面液位达到第四液位预设值D时，控制器8控制排气阀5到打开状态，将天然气排出到天然气的管路系统中。其中，液位传感器9可以选择浮子液位传感器或其他数字型智能传感器；控制器8可以采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称“PLC”）或远程终端单元RTU（Remote Terminal Unit，简称“RTU”）等；液位传感器9及控制器8的选择可以由本领域的技术人员根据工况需要自行确定，本发明对此不作限制。排气过程中，当液位传感器9检测到水面液位上升达到第三液位预设值C时，控制器8控制排气阀5到关闭状态，停止排气，继续汇集天然气。进一步地，在第三液位预设值C之上（即大于第三液位预设值C）和/或在第四液位预设值D之下（即小于第四液位预设值D）还可以设置警戒液位预设值C’、D’，当液位到达该警戒液位预设值时，发出报警，并开启/关闭相应阀门，以保证装置的安全性。例如：当排采水的液位值达到第三液位预设值C后，继续上升到警戒液位预设值C’，立即开启出水管3上的压力调节控制阀4，不管此刻压力传感器7监测到容置罐1内的压力值是否达到一定数值（预设压力调节值）；此外，在排气管路上还可以增设安全排气保护阀，用于当容置罐1内的液位过高时，控制器8控制该安全排气保护阀关闭，防止排采水进入到排气管路内；同理，当排采水的液位值达到第四液位预设值D后，继续下降到警戒液位预设值D’，也要有相应的阀门控制，预防天然气进入排采水排出管路内。
在上述排气、汇集气的往复过程中，压力传感器7、控制器8始终监控容置罐1内的压力值，当压力传感器7监测到容置罐1内的压力逐渐上升到一定数值（预设压力调节值）时，控制器8控制出水管3上的压力调节控制阀4开启，通过排水管路将排采水排入到该装置外的排采水处理系统中。同时，控制器8还可以根据压力值的变化实时调节压力调节控制阀4的开度，以控制排采水的流速及容置罐1内的压力变化率。通过压力传感器7、控制器8、压力调节控制阀4的联合作用，将气井排采增产装置内的压力维持在设定值范围之内，保证气井排采增产的效果。
在上述实施例的基础上，进一步地，容置罐1的侧壁内侧周向设置有凸棱（图中未示出），以使进入容置罐1的排采水沿凸棱流入容置罐1；和/或，该装置还包括：振荡器11，振荡器11设置在容置罐1的内部底端。通过凸棱和/或振荡器11可以加强水气分离的气体滤出率，实现气量增产。
进一步地，出水管3设置在容置罐1底部末端。如图2~3中E点所示的位置。从井下几百米深的地方排出的排采水未经过过滤处理，里面含有较多的杂质、泥沙，长时间沉淀在该容置罐1的底部，因此，将出水管3由容置罐1底部末端引出，可以有效将沉积在容置罐1底部的污垢排出，保障该气井排采增产装置的使用寿命。
进一步地，进水管2与出水管3通过管路连通，在连通的管路上设置有旁路阀12。旁路阀12用于当该气井排采增产装置发生故障或维修的情况下，排采水可以不流经该装置，而直接由进水管2流经旁路阀12再通过出水管3排出。
进一步地，第二横截面1B为容置罐1罐底的内侧壁横截面，也就是说，从第一横截面1A向下直到容置罐1罐底的区域均为利于排采水离心式流动的圆形或椭圆形横截面结构，以增强气液分离效果。
进一步地，图4a~图4b为本发明气井排采增产装置的实施例四的结构示意图，如图4a~图4b所示容置罐1包括：内罐101和外罐102；容置罐1内侧壁为外罐102内侧壁；内罐101嵌套在外罐102的内部，内罐101的上部伸出于外罐102顶端；内罐101与外罐102连接处为一体设置；内罐101底端开口，内罐101上端与排气阀5连接。
进一步地，内罐101侧壁开设有至少一个气孔（图中未示出）；或者，在位于内罐101与外罐102连接处的内罐101侧壁上开设气管进口1011，由气管进口1011向内罐101上端设置有气体管路1012。气孔或气体管路1012都可以更加有效的将分离出的天然气尽快的汇聚到容置罐1的顶端，加强水气分离效果。
图5为本发明气井排采增产系统的实施例一的结构示意图，如图5所示，本实施例的系统包括：上述实施例中任一所述的气井排采增产装置13；还包括：气体收集装置14，气体收集装置14与气井排采增产装置13的排气阀5通过管路连接；排采水收集装置15，排采水收集装置15与气井排采增产装置13的出水管3通过管路连接；气体流量计16，气体流量计16设置在气体收集装置14与气井排采增产装置13的排气阀5之间的管路上。
具体的，气体收集装置14，用于收集从该气井排采增产装置13中排出的天然气；排采水收集装置15，用于收集从该气井排采增产装置13排出的排采水；气体流量计16，用于测量从气井排采增产装置13中排出的天然气的容量，该气井排采增产装置13内的压力传感器7所监控到的压力值应该在该气体流量计16的量程范围内，以使排出的天然气的流量可以被准确的测量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种气井排采增产装置，其特征在于，包括：容置罐、进水管、出水管、压力调节控制阀、排气阀；
所述进水管沿所述容置罐内侧壁切向插入所述容置罐内，以使进入所述容置罐的排采水沿所述容置罐内侧壁流动；
所述容置罐内侧壁的第一横截面与第二横截面之间区域的横截面为圆形或椭圆形；所述第一横截面为所述进水管插入点所在的容置罐内侧壁的横截面；所述第二横截面为所述容置罐罐底的内侧壁横截面；
所述出水管设置在所述容置罐底部末端，以使所述容置罐内的排采水由所述出水管排出所述容置罐；
所述进水管或所述出水管上设置有所述压力调节控制阀；
所述排气阀设置在所述容置罐上部，用于排出排采水中的气体。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：压力传感器、控制器；
所述压力传感器设置在所述容置罐上，所述压力传感器与所述控制器电连接，用于向所述控制器传送所述容置罐内的压力值；
所述进水管上设置有所述压力调节控制阀；所述控制器与所述排气阀电连接；
所述控制器用于根据所述压力传感器传送的压力值控制所述排气阀的开度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：压力传感器、控制器；
所述压力传感器设置在所述容置罐上，所述压力传感器与所述控制器电连接，用于向所述控制器传送所述容置罐内的压力值；
所述出水管上设置有所述压力调节控制阀；所述控制器与所述压力调节控制阀电连接；
所述控制器用于根据所述压力传感器传送的压力值控制所述压力调节控制阀的开度。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：液位传感器；电动控制排水阀；
所述液位传感器设置在所述容置罐内部，所述液位传感器与所述控制器电连接，用于向所述控制器传送所述容置罐内的排采水的液位值；
所述电动控制排水阀设置在所述出水管上，且与所述控制器电连接；当所述排采水的液位值达到第一液位预设值时，所述控制器用于控制所述电动控制排水阀到打开状态；当所述排采水的液位值达到第二液位预设值时，所述控制器用于控制所述电动控制排水阀到关闭状态，所述第一液位预设值大于所述第二液位预设值。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：液位传感器；所述液位传感器设置在所述容置罐内部，所述液位传感器与所述控制器电连接，用于向所述控制器传送所述容置罐内的排采水的液位值；
所述排气阀与所述控制器电连接；当所述排采水的液位值达到第三液位预设值时，所述控制器用于控制所述排气阀到关闭状态；当所述排采水的液位值达到第四液位预设值时，所述控制器用于控制所述排气阀到打开状态，所述第三液位预设值大于所述第四液位预设值。
6.根据权利要求1～5任一所述的装置，其特征在于，所述容置罐的侧壁内侧周向设置有凸棱，以使进入所述容置罐的排采水沿所述凸棱流入所述容置罐；和/或，所述装置还包括：振荡器，所述振荡器设置在所述容置罐的内部底端。
7.根据权利要求1～5任一所述的装置，其特征在于，所述进水管与所述出水管通过管路连通，在连通的管路上设置有旁路阀。
8.根据权利要求1～5任一所述的装置，其特征在于，所述容置罐包括：内罐和外罐；所述容置罐内侧壁为所述外罐内侧壁；所述内罐嵌套在所述外罐的内部，所述内罐的上部伸出于所述外罐顶端；所述内罐与所述外罐连接处为一体设置；所述内罐底端开口，所述内罐上端与所述排气阀连接。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述内罐侧壁开设有至少一个气孔；或者，在位于所述内罐与所述外罐连接处的所述内罐侧壁上开设气管进口，由所述气管进口向所述内罐上端设置有气体管路。
10.一种气井排采增产系统，其特征在于，包括：如权利要求1～9任一项所述的气井排采增产装置；还包括：气体收集装置，所述气体收集装置与所述气井排采增产装置的所述排气阀通过管路连接；排采水收集装置，所述排采水收集装置与所述气井排采增产装置的所述出水管通过管路连接；气体流量计，所述气体流量计设置在所述气体收集装置与所述气井排采增产装置的所述排气阀之间的管路上。
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