CN108952633A - 一种煤层气井增产系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层气井增产系统及方法，属于天然气开采领域。该煤层气井增产系统包括：螺杆压缩机、进气管线、抽排管线、抽排阀、排气管线、外输管线、集气管线、集气阀。其中，煤层气井口、集气管线、外输管线顺次连接，构成第一排采通道。煤层气井口、抽排管线、进气管线、螺杆压缩机、排气管线、外输管线顺次连接，构成第二排采通道。抽排管线上设置有抽排阀，集气管线上设置有集气阀。本发明提供的煤层气井增产系统，能够提高煤层气产量、且使用方便，适于规模化推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开采领域，特别涉及一种煤层气井增产系统及方法。
背景技术
煤层气是以甲烷为主要成分的非常规天然气，其主要吸附在煤颗粒表面，也有部分煤层气游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中。在煤层气的开采过程中，为了提高煤层气产量，需要降低井筒中的压力，使井筒与煤层之间产生压力差，从而使煤层气从煤颗粒表面解吸出来，进而被开采至地面。因此，提供一种能够降低井筒压力，从而提高煤层气产量的装置是十分必要的。
现有技术提供了一种煤层气降压排采装置，包括：顺次连接的冷却水箱、水环真空泵、气液分离器，冷却水箱用于为水环真空泵提供水源。使用时，将水环真空泵连接至井口，通过水环真空泵将井筒内的气体抽出，使井筒内处于微负压状态，以使煤层气从煤颗粒表面解吸出来并进入井筒。在水环真空泵的抽吸作用下，煤层气和水被共同输送至气液分离器中，气液分离器分离出的水流回冷却水箱中进行循环使用，分离出的煤层气可以直接收集利用。使用该煤层气降压排采装置后，煤层气井的开采量会有大幅度提升。
发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：
现有技术提供的煤层气降压排采装置中，设备较多，工艺复杂。而且，气液分离器中的煤层气和水难以彻底分开，一方面，操作人员需要定期向冷却水箱中补充水源，工作负担较重，另一方面，利用该煤层气降压排采装置收集到的煤层气中含水率较高，不利于煤层气输送设备和管线的运行和维护。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种能够提高煤层气产量、且使用方便的煤层气井增产系统及方法，具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种煤层气井增产系统，所述系统包括：螺杆压缩机、进气管线、抽排管线、抽排阀、排气管线、外输管线、集气管线、集气阀。
煤层气井口、所述集气管线、所述外输管线顺次连接，构成第一排采通道。所述煤层气井口、所述抽排管线、所述进气管线、所述螺杆压缩机、所述排气管线、所述外输管线顺次连接，构成第二排采通道。所述抽排管线上设置有所述抽排阀，所述集气管线上设置有所述集气阀。
具体地，作为优选，所述系统包括多根所述抽排管线，每根所述抽排管线的一端分别连接至一个所述煤层气井口，多根所述抽排管线的另一端汇集成抽排汇管，所述抽排汇管与所述进气管线连通。每根所述抽排管线上均设置有一个所述抽排阀。
具体地，作为优选，所述系统包括多根所述集气管线，每根所述集气管线的一端分别连接至一个所述煤层气井口，多根所述集气管线的另一端汇集成集气汇管，所述集气汇管与所述外输管线连通。每根所述集气管线上均设置有一个所述集气阀。
具体地，作为优选，所述系统还包括放空管线，所述放空管线与所述抽排汇管连接，并位于所述螺杆压缩机的上游；所述放空管线上沿煤层气的流动方向顺次设置有止回阀和放空阀。
具体地，作为优选，所述进气管线上设置有压缩机进气阀；所述排气管线上设置有压缩机排气阀。
具体地，作为优选，所述外输管线上设置有集气总阀。
第二方面，本发明实施例提供了一种利用上述系统进行煤层气井降压抽排增产的方法，所述方法包括：
利用第一排采通道对煤层气井进行正常采气作业，包括：打开单井集气阀，关闭单井抽排阀，使所述煤层气井内的煤层气经集气管线进入外输管线。
当所述煤层气井的产气量稳定或下降时，通过第二排采通道对所述煤层气井进行降压抽排增产作业，包括：关闭所述单井集气阀，打开所述单井抽排阀，通过螺杆压缩机抽吸所述煤层气井内的煤层气，使所述煤层气顺次流经抽排管线、进气管线、所述螺杆压缩机、排气管线，进入所述外输管线。
具体地，作为优选，通过所述螺杆压缩机抽吸所述煤层气井内的煤层气时，使所述煤层气井内的压力降至微正压以下。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的煤层气井增产系统，通过螺杆压缩机代替现有技术中的水环真空泵，由于螺杆压缩机无需使用水源，因而省去了冷却水箱和气液分离器，螺杆压缩机在实现降低煤层气井筒中压力的基础上，使煤层气井增产系统的搭建和使用更加方便，节省人力物力。通过打开第一排采通道，关闭第二排采通道，从而利用第一排采通道使煤层气井内的煤层气经集气管线进入外输管线，实现煤层气的正常开采。当煤层气井的产气量稳定或下降时，关闭第一排采通道，并打开第二排采通道，通过螺杆压缩机抽吸煤层气井内的煤层气，使煤层气井筒内处于微正压状态，从而使煤层气从煤颗粒表面解吸出来，并顺次流经抽排管线、进气管线、螺杆压缩机、排气管线进入外输管线，提高煤层气的产量。可见，本发明实施例提供的煤层气井增产系统，能够提高煤层气产量、且使用方便，适于规模化推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的煤层气井增产系统的结构图。
附图标记分别表示：
1 螺杆压缩机，
2 进气管线，
3 抽排管线，
4 井口，
5 抽排阀，
6 排气管线，
7 外输管线，
8 集气管线，
9 集气阀，
10 抽排汇管，
11 集气汇管，
12 放空管线，
13 止回阀，
14 放空阀，
15 压缩机进气阀，
16 压缩机排气阀，
17 集气总阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种煤层气井增产系统，如附图1所示，该系统包括：螺杆压缩机1、进气管线2、抽排管线3、抽排阀5、排气管线6、外输管线7、集气管线8、集气阀9。
其中，煤层气井口4、集气管线8、外输管线7顺次连接，构成第一排采通道。煤层气井口4、抽排管线3、进气管线2、螺杆压缩机1、排气管线6、外输管线7顺次连接，构成第二排采通道。抽排管线3上设置有抽排阀5，集气管线8上设置有集气阀9。
本发明实施例提供的煤层气井增产系统的工作原理如下：
利用第一排采通道对煤层气井进行正常采气作业，打开集气阀9，关闭抽排阀5，煤层气井内的煤层气经集气管线8进入外输管线7。
当煤层气井的产气量稳定或下降时，通过第二排采通道对煤层气井进行降压抽排增产作业，关闭集气阀9，打开抽排阀5，通过螺杆压缩机1抽吸煤层气井内的煤层气，使煤层气顺次流经抽排管线3、进气管线2、螺杆压缩机1、排气管线6，进入外输管线7。
本发明实施例提供的煤层气井增产系统，通过螺杆压缩机1代替现有技术中的水环真空泵，由于螺杆压缩机1无需使用水源，因而省去了冷却水箱和气液分离器，螺杆压缩机1在实现降低煤层气井筒中压力的基础上，使煤层气井增产系统的搭建和使用更加方便，节省人力物力。通过打开第一排采通道，关闭第二排采通道，从而利用第一排采通道使煤层气井内的煤层气经集气管线8进入外输管线7，实现煤层气的正常开采。当煤层气井的产气量稳定在某一水平或有所下降时，关闭第一排采通道，并打开第二排采通道，通过螺杆压缩机1抽吸煤层气井内的煤层气，使煤层气井筒内处于微正压状态，从而使煤层气从煤颗粒表面解吸出来，并顺次流经抽排管线3、进气管线2、螺杆压缩机1、排气管线6进入外输管线7，提高煤层气的产量。可见，本发明实施例提供的煤层气井增产系统，能够提高煤层气产量、且使用方便，适于规模化推广应用。
本发明实施例提供的煤层气井增产系统中的螺杆压缩机1为撬装螺杆压缩机1，以节省空间，便于搬运和放置。螺杆压缩机1可以对单井进行降压抽排增产作业，也可以对多口煤层气井同时进行降压抽排增产作业。煤层气井的个数应与所选螺杆压缩机1的功率等相匹配，一般为1-15个。
在对多口煤层气井同时进行降压抽排增产作业时，煤层气井增产系统包括多根抽排管线3，每根抽排管线3的一端分别连接至一个煤层气井口4，多根抽排管线3的另一端汇集成抽排汇管10，抽排汇管10与进气管线2连通。其中，每根抽排管线3上均设置有一个抽排阀5。
通过多根抽排管线3对多口煤层气井进行抽吸，通过控制不同抽排管线3上抽排阀5的打开与关闭，可以使不同的煤层气井进行不同的作业。需要对哪口井进行降压抽排增产作业，就打开哪根抽排管线3上的抽排阀5，控制灵活方便。多根抽排管线3汇集成抽排汇管10，煤层气进入抽排管线3后再进入抽排汇管10，抽排汇管10再与进气管线2连通，以实现螺杆压缩机1对多口井内煤层气的抽吸，保证降压抽排增产作业的进行。
将本发明实施例提供的煤层气井增产系统用于多口煤层气井时，为了便于对每口井的正常采气过程进行单独控制，煤层气井增产系统包括多根集气管线8，每根集气管线8的一端分别连接至一个煤层气井口4，多根集气管线8的另一端汇集成集气汇管11，集气汇管11与外输管线7连通。其中，每根集气管线8上均设置有一个集气阀9。
多根集气管线8与多根抽排管线3对应设置，以便于控制每口井的正常采气作业和降压抽排增产作业。多根集气管线8汇集成集气汇管11，煤层气进入集气管线8后再进入集气汇管11，集气汇管11与外输管线7连通，以通过外输管线7将煤层气输出。集气管线8、排气管线6、外输管线7互相连通，形成三通结构，这样集气管线8和排气管线6中的气体就不会出现流向冲突，便于集气管线8和排气管线6内的气体流向外输管线7，以进行后续利用。
为了便于煤层气井的维护和检修，煤层气井增产系统还包括放空管线12，如附图1所示，放空管线12与抽排汇管10连接，并位于螺杆压缩机1的上游，放空管线12上沿煤层气的流动方向顺次设置有止回阀13和放空阀14。
抽排汇管10或抽排管线3(即当煤层气井增产系统应用于多个煤层气井时，指抽排汇管10，当煤层气井增产系统应用于单一煤层气井时，指抽排管线3)、进气管线2、放空管线12相连通，并形成三通结构。煤层气井进行正常采气作业或降压抽排增产作业时，关闭放空阀14，放空管线12处于封堵状态。煤层气井进行检修时，需要将井内的煤层气放空，以避免检修过程中出现危险事故，此时，需要打开放空阀14，通过放空管线12将煤层气井内的煤层气放空。放空管线12的另一端连接至火炬，通过火炬将放出的煤层气燃烧掉，避免泄漏的煤层气造成安全隐患。
为了避免外界空气通过放空管线12进入进气管线2，与煤层气混合后出现爆炸的现象，放空管线12上设置有止回阀13，阻止外界空气向进气管线2方向流动，保证煤层气井增产系统的安全使用。
为了进一步保证煤层气井增产系统的使用安全，进气管线2上设置有压缩机进气阀15，排气管线6上设置有压缩机排气阀16。压缩机进气阀15和压缩机排气阀16均为球阀，通过压缩机进气阀15和压缩机排气阀16对进入或流出螺杆压缩机1的气体进行控制，以便于螺杆压缩机1的维护和检修。
进气管线2选用SDR11(Standard dimension ratio of a fitting，标准尺寸比)系列的PE100管，聚乙烯材质的管线便于放空管线12、抽排管线3或抽排汇管10的接入。进气管线2与放空管线12之间的连接可以通过带压开孔工艺来实现，以避免对正常采气作业造成影响。进气管线2与压缩机进气阀15之间通过钢塑转换接头连接，以保证连接的密封性，避免进气管线2中的气体泄漏。
由于经过螺杆压缩机1后，气体的压力较大，流速较快，因而需要使用强度更高的排气管线6，例如选用20#无缝钢管，以保证使用安全。排气管线6与集气管线8或集气汇管11(即当煤层气井增产系统应用于多个煤层气井时，指集气汇管11，当煤层气井增产系统应用于单一煤层气井时，指集气管线8)之间的连接也可以通过带压开孔工艺来实现，以避免对正常采气作业造成影响。
此外，外输管线7上还设置有集气总阀17。集气总阀17是煤层气井增产系统向外输送气体的最后一道阀门，如果需要紧急停止气体的外输，关闭集气总阀17即可。
第二方面，本发明实施例提供了一种利用上述系统进行煤层气井降压抽排增产的方法，该方法包括：
利用第一排采通道对煤层气井进行正常采气作业，包括：打开单井集气阀9，关闭单井抽排阀5，使煤层气井内的煤层气经集气管线8进入外输管线7。
当煤层气井的产气量稳定或下降时，通过第二排采通道对煤层气井进行降压抽排增产作业，包括：关闭单井集气阀9，打开单井抽排阀5，通过螺杆压缩机1抽吸煤层气井内的煤层气，使煤层气顺次流经抽排管线3、进气管线2、螺杆压缩机1、排气管线6，进入外输管线7。
上述煤层气井降压抽排增产的方法是针对单井来说的，当煤层气井增产装置用于多口煤层气井时，打开某口井或某几口井的集气阀9，关闭相应的抽排阀5，即可进行这几口井的正常采气作业。同理，关闭某口井或某几口井的集气阀9，打开相应的抽排阀5，即可进行这几口井的降压抽排增产作业。通过一台螺杆压缩机1实现多口井降压抽排增产作业的控制，降低多口井降压抽排增产作业的成本，提高煤层气井的开采效益。
煤层气井进行降压抽排增产作业时，降压抽排初期，在螺杆压缩机1的抽排作用下，井筒内和井底附近的压力快速降低，井筒内外压差增大，原有的供采平衡被打破，产气量上升幅度较大。而随着降压抽排增产作业的进行，井筒内外压差逐渐缩小并趋于平稳，煤层气井内建立了新的供采平衡关系，煤层气的产出量保持稳定，并处于较高的水平。
在通过螺杆压缩机1抽吸煤层气井内的煤层气时，需要使煤层气井内的压力降至微正压以下。微正压一般指低于0.1MPa的正压力，通过使煤层气井内的压力降至微正压甚至微负压(即高于-0.1MPa的负压力)，从而降低煤层气井底流压，增加解吸半径，使吸附在煤层中的煤层气解吸出来，提高煤层气的产量和最终采收率。
以下将通过具体实施例进行详细阐述：
实施例1
本实施例提供了一种煤层气井增产系统，如附图1所示，该系统用于对四口煤层气井进行降压抽排增产作业。
该煤层气井增产系统包括：螺杆压缩机1、进气管线2、抽排管线3、抽排阀5、排气管线6、外输管线7、集气管线8、集气阀9、抽排汇管10、集气汇管11。
四根集气管线8的一端分别连接至煤层气井口4，另一端汇集成集气汇管11，煤层气井口4、集气管线8、集气汇管11、外输管线7顺次连接，构成第一排采通道。
四根抽排管线3的一端分别连接至煤层气井口4，另一端汇集成抽排汇管10，煤层气井口4、抽排管线3、抽排汇管10、进气管线2、螺杆压缩机1、排气管线6、外输管线7顺次连接，构成第二排采通道。
每根抽排管线3上均设置有一个抽排阀5，每根集气管线8上设置有一个集气阀9。
其中，螺杆压缩机1的型号为Q47Y DN100，集气汇管11为20#-D219×6型钢管，抽排汇管10为20#-D114×5型钢管。
抽排汇管10的下游延伸出一段独立的放空管线12，放空管线12上沿煤层气的流动方向顺次设置有止回阀13和放空阀14。
进气管线2为PE100-D110×10型聚乙烯管，排气管线3为20#-D114×5型钢管。进气管线2上设置有压缩机进气阀15，排气管线3上设置有压缩机排气阀16，外输管线7上设置有集气总阀17。
实施例2
将四口煤层气井分别记为单井1、单井2、单井3、单井4，本实施例提供了一种利用实施例1中的系统对单井2和单井4进行煤层气井降压抽排增产的方法，该方法包括：
利用第一排采通道对煤层气井进行正常采气作业，包括：打开单井1-4的集气阀9，关闭相应的抽排阀5，使煤层气井内的煤层气经集气管线8和集气汇管11进入外输管线7。
当煤层气井的产气量稳定或下降时，通过第二排采通道对对单井2和单井4进行降压抽排增产作业，关闭单井2和单井4的集气阀9，打开相应的抽排阀5，通过螺杆压缩机1抽吸煤层气井内的煤层气，并使煤层气井内的压力降至微正压，使煤层气顺次流经抽排管线3、抽排汇管10、进气管线2、螺杆压缩机1、排气管线6输送至外输管线7。
降压抽排增产作业后，单井2中的管压从0.07MPa下降到0.02MPa，产气量从3200m3/d上升至4100m3/d。单井4中的管压从0.06MPa下降到0.015MPa，产气量从2000m3/d上升至2400m3/d。可见，本发明实施例提供的煤层气井降压抽排增产方法，能够降低单井的管压，提高煤层气的产量，且效果明显。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种煤层气井增产系统，其特征在于，所述系统包括：螺杆压缩机(1)、进气管线(2)、抽排管线(3)、抽排阀(5)、排气管线(6)、外输管线(7)、集气管线(8)、集气阀(9)；
煤层气井口(4)、所述集气管线(8)、所述外输管线(7)顺次连接，构成第一排采通道；
所述煤层气井口(4)、所述抽排管线(3)、所述进气管线(2)、所述螺杆压缩机(1)、所述排气管线(6)、所述外输管线(7)顺次连接，构成第二排采通道；
所述抽排管线(3)上设置有所述抽排阀(5)，所述集气管线(8)上设置有所述集气阀(9)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括多根所述抽排管线(3)，每根所述抽排管线(3)的一端分别连接至一个所述煤层气井口(4)，多根所述抽排管线(3)的另一端汇集成抽排汇管(10)，所述抽排汇管(10)与所述进气管线(2)连通；
每根所述抽排管线(3)上均设置有一个所述抽排阀(5)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统包括多根所述集气管线(8)，每根所述集气管线(8)的一端分别连接至一个所述煤层气井口(4)，多根所述集气管线(8)的另一端汇集成集气汇管(11)，所述集气汇管(11)与所述外输管线(7)连通；
每根所述集气管线(8)上均设置有一个所述集气阀(9)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括放空管线(12)，所述放空管线(12)与所述抽排汇管(10)连接，并位于所述螺杆压缩机(1)的上游；
所述放空管线(12)上沿煤层气的流动方向顺次设置有止回阀(13)和放空阀(14)。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述进气管线(2)上设置有压缩机进气阀(15)；
所述排气管线(6)上设置有压缩机排气阀(16)。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述外输管线(7)上设置有集气总阀(17)。
7.利用权利要求1所述的系统进行煤层气井降压抽排增产的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用第一排采通道对煤层气井进行正常采气作业，包括：打开单井集气阀(9)，关闭单井抽排阀(5)，使所述煤层气井内的煤层气经集气管线(8)进入外输管线(7)；
当所述煤层气井的产气量稳定或下降时，通过第二排采通道对所述煤层气井进行降压抽排增产作业，包括：关闭所述单井集气阀(9)，打开所述单井抽排阀(5)，通过螺杆压缩机(1)抽吸所述煤层气井内的煤层气，使所述煤层气顺次流经抽排管线(3)、进气管线(2)、所述螺杆压缩机(1)、排气管线(6)，进入所述外输管线(7)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述螺杆压缩机(1)抽吸所述煤层气井内的煤层气时，使所述煤层气井内的压力降至微正压以下。
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