CN109611042B - 一种煤层气井自动洗井装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤层气井清洗技术领域，涉及一种在煤层气井生产过程中注水洗井的系统装置，特别提供了一种煤层气井自动控制注水和排水并循环利用的洗井装置，适用于直井、定向斜井和水平井等场合，解决洗井车洗井时受进水量调节不及时和自动补水不及时等条件限制及工人劳动强度大的问题，该装置安装在井场内与井组通过管道和阀门密封连接，通过远传系统与外设的上位计算机系统电信系通讯，实现持续供水‑注水洗井‑自动控制系统的闭路循环；其装置主体结构简单，组装工艺方便，自动化程度高，一次对多口并联结构的煤层气井进行洗井，可控性好，系统装置便于拆卸，操作简单，应用环境友好。

Description

一种煤层气井自动洗井装置

技术领域:

本发明属于煤层气井清洗技术领域，涉及一种在煤层气井生产过程中注水洗井的系统装置，特别提供了一种煤层气井自动控制注水和排水并循环利用的洗井装置，适用于井型有直井、定向斜井和水平井等场合。

背景技术：

煤层气是一种在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自生、自储式非常规的天然气，俗称瓦斯气。煤层气在煤层中生成，并以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。因此，煤层气井在排采设备开发煤层气过程中，随着煤层井产水的减少，煤层气井采出水越来越少，导致水对煤粉的携带能力减弱，泵筒煤粉积聚增多。另外，煤层气井生产井在检泵压裂作业后，也会出现煤粉含量高，油管内的细煤粒(砂)在自重的作用下，在油管不断沉积下来，造成泵阀堵塞或卡泵等现象；目前只有通过频繁修井作业检泵的措施来解决，增加了修井的成本。而在煤层气井正常生产过程中，预防卡泵只有通过大的采出水量，才能携带大量煤粉，煤层气井正常生产。所以本发明寻求设计一种可随时进行注水洗井作业，防止煤粉堵塞泵阀或卡泵现象的发生，减少检泵周期的洗井系统很有应用价值，该系统能够实现远程自动启停设备，控制进水量的洗井，克服目前洗井车洗井技术是将洗井泵与附近抽油机井用高压软管连接，洗井液通过套管注入，油管排出时存储成本的缺点。而现有的水罐车供水，根据排量需要多台次罐车，几个操作人员配合调节水量，工人劳动强度大、生产费用高，还存在使用罐车洗井时排量不够，洗井质量较差等问题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，解决洗井车洗井时受进水量调节不及时和自动补水不及时等条件限制及工人劳动强度大的问题，提供一种煤层气井用的自动控制洗井装置，该装置安装在井场内，与井组通过管道和阀门密封连接，通过远传系统与外设的上位计算机系统电信系通讯，实现持续供水-注水洗井-自动控制系统的闭路循环，无需活动设备拖动，只需2人安装，无需现场值守。

为了实现上述目的，本发明的煤层气井自动化洗井装置的主体结构包括蓄水池、真空引水罐、控制柜、离心泵、调节阀、变频器、泵前阀、电源、控制盘、电机、控制器、远传系统、风扇、直流电源、变流接触器、风扇开关、保险器、总控开关、24伏供电线缆、220伏供电线缆、380伏供电线缆、接地线缆、井口、泵后阀和总控制阀；控制柜中的远传系统与控制器电信息连接，用于把数据远程传输至外设的计算机终端的客户端，变频器与控制器连接，由控制器下发命令而变频器执行，调节电机的转速；直流电源与控制器电连接，保障24V电源供给，供控制器持续工作；所述真空引水罐采用水泵结构的吸水设备，是一个密封的罐体结构，串联在泵前吸水管道上，使离心泵吸水口由负压吸水变为正压吸水；采用真空引水罐能够节省真空泵、汽水分离罐和吸水管底阀，在真空引水罐内的工况水泵启动之前，先向真空引水罐内充水至设定断面，设定断面以上的罐内空间和真空引水罐的吸水管道为常压空气；离心泵启动后，真空引水罐内的水位逐渐下降，使真空引水罐内空气压力逐渐降低而形成负压，蓄水池的水则通过吸水管道逐渐上升，当蓄水池内水位降至设计的断面时，真空吸水罐内则完全充满了水，继而使吸水系统进入运转状态，真空引水罐内的空气随着运行时间的延续，以气泡形式被水带到真空引水罐外，而达到正常运转状态，将离心泵的负压吸水变成了正压吸水；所述真空引水罐上侧口处与蓄水池管道式连接，真空引水罐的下侧口处与离心泵管道连接；离心泵分别与真空引水罐通过管道结构连接,中间安装有泵前阀；离心泵是利用叶轮旋转而使水产生的离心力实现吸水工作的；离心泵在启动前，应使泵腔内和管道内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水在离心力的作用下，经蜗形泵壳的流道流入离心泵的压水管路；离心泵的叶轮中心处，由于水在离心力的作用下被甩出后形成真空，蓄水池中的水便在大气压力的作用下被压进泵腔内，离心泵的叶轮通过不停地转动，使得水在吸力的作用下不断流入和流出，达到了输送水的目的；离心泵与井口之间串联式分别接有总控制阀、泵后阀和调节阀；井口与离心泵之间通过高压钢丝增强软管式的管道连接，调节阀为针型阀结构，泵后阀为单流阀结构；真空引水罐与蓄水池通过PE管道法兰结构配合连接，真空引水罐的左右两侧分别有高低法兰接口，真空引水罐的下方设计有排污结构并安装控制阀门，真空引水罐的上方有法兰盲板形式的注水结构；控制柜和离心泵采用撬装一体化形式固定，并依次按控制柜、离心泵、井口的排列顺序等距离分布；井口并联为4-10条支路，每条支路上均设置有球阀结构的调节阀，调节阀的后面或安装有单流结构的阀；控制柜能够与外设的上位计算机通过远传系统通讯，实现系统的自动控制；各管道连接处采用法兰和螺纹结构实现密封连接。

本实施例涉及的控制柜由多个电器元件构成一个整体控制系统单元，单独安装于井口的远程可实现范围内，控制柜由变频器、电机、控制器、远传系统、风扇、直流电源、变流接触器、风扇开关、保险器和总控开关通过线缆并按照电学原理电信息连通组合构成；变频器的输出端通过380伏供电线缆与变频式的离心泵电连接，变频器的一端与控制器通过24伏供电线缆电连接，变频器还有一端与保险器通过220伏供电线缆电连接，变频器的另一端与总控开关通过380伏供电线缆电连通，变频器与交流接触器通过220伏供电线缆电连通；控制盘上设置有若干控制按钮，控制盘分别与380伏供电的电源、电机、变流接触器、总控开关通过380伏供电线缆电连接；直流电源通过24伏供电线缆分别与控制器和远程系统电信息连接，总控开关的一端分别串联结构与保险器、风扇开关和风扇通过220伏供电线缆电连通；总控开关与变流接触器通过380伏供电线缆电连通，变流接触器与变频器通过220伏供电线缆电连通；各电学器件电连通构成一体式结构的控制柜电路系统。

本发明在实施自动控制的洗井使用时，先将各管道密封连接后，再将控制柜3的电路连接贯通，然后打开真空引水罐上方的法兰盲板，将清水注入真空引水罐内，打开真空引水罐的侧面上的溢水机构，待溢水流出水后再关闭并停止供水，盖好法兰盲板并紧固，使其不得漏气，确认无漏水后，让离心泵腔内灌满水，关闭离心泵的出口处的泵后阀，打开离心泵泵体上的排空机构，启动电机，观察调节阀的出口处有水喷射时，关闭调节阀，观察压力表，压力上升后迅速打开调节阀实现对井口的高压喷水而达到自动控制洗井的功效。

本发明与现有技术相比，其装置主体结构简单，组装工艺方便，设计自动化程度高，可一次对多口并联结构的煤层气井进行洗井，同时保持多口煤层气井的压力平稳，有利于提高工作效率，其控制器电路结构简单，设计构思巧妙，具有实用可控性，且其主体系统装置便于拆卸，操作简单，成本较低，应用环境友好，市场前景广阔。

附图说明:

图1为本发明装置的主体组装结构原理示意框图。

图2为本发明装置的主体组装结构涉及的控制柜电路结构原理示意图。

具体实施方式:

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1：

本实施例的煤层气井自动化洗井装置的主体结构包括蓄水池1、真空引水罐2、控制柜3、离心泵4、调节阀5、变频器6、泵前阀7、电源8、控制盘9、电机10、控制器11、远传系统12、风扇13、直流电源14、变流接触器15、风扇开关16、保险器17、总控开关18、24伏供电线缆19、220伏供电线缆20、380伏供电线缆21、接地线缆22、井口23、泵后阀24和总控制阀25；控制柜3中的远传系统12与控制器11电信息连接，用于把数据远程传输至外设的计算机终端的客户端，变频器6与控制器11连接，由控制器11下发命令而变频器6执行，调节电机10的转速；直流电源14与控制器11电连接，保障24V电源供给，供控制器11持续工作；所述真空引水罐2采用水泵结构的吸水设备，是一个密封的罐体结构，串联在泵前吸水管道上，使离心泵4吸水口由负压吸水变为正压吸水；采用真空引水罐2能够节省真空泵、汽水分离罐和吸水管底阀，在真空引水罐2内的工况水泵启动之前，先向真空引水罐2内充水至设定断面，设定断面以上的罐内空间和真空引水罐2的吸水管道为常压空气；离心泵4启动后，真空引水罐2内的水位逐渐下降，使真空引水罐2内空气压力逐渐降低而形成负压，蓄水池1的水则通过吸水管道逐渐上升，当蓄水池1内水位降至设计的断面时，真空吸水罐2内则完全充满了水，继而使吸水系统进入运转状态，真空引水罐2内的空气随着运行时间的延续，以气泡形式被水带到真空引水罐2外，而达到正常运转状态，将离心泵4的负压吸水变成了正压吸水；所述真空引水罐2上侧口处与蓄水池1管道式连接，真空引水罐2的下侧口处与离心泵4管道连接；离心泵4分别与真空引水罐2通过管道结构连接,中间安装有泵前阀7；离心泵4是利用叶轮旋转而使水产生的离心力实现吸水工作的；离心泵4在启动前，应使泵腔内和管道内充满水，然后启动电机10，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水在离心力的作用下，经蜗形泵壳的流道流入离心泵4的压水管路；离心泵4的叶轮中心处，由于水在离心力的作用下被甩出后形成真空，蓄水池1中的水便在大气压力的作用下被压进泵腔内，离心泵4的叶轮通过不停地转动，使得水在吸力的作用下不断流入和流出，达到了输送水的目的；离心泵4与井口23之间串联式分别接有总控制阀25、泵后阀24和调节阀5；井口23与离心泵24之间通过高压钢丝增强软管式的管道连接，调节阀5为针型阀结构，泵后阀24为单流阀结构；真空引水罐2与蓄水池1通过PE管道法兰结构配合连接，真空引水罐2的左右两侧分别有高低法兰接口，真空引水罐2的下方设计有排污结构并安装控制阀门，真空引水罐2的上方有法兰盲板形式的注水结构；控制柜13和离心泵4采用撬装一体化形式固定，并依次按控制柜3、离心泵4、井口23的排列顺序等距离分布；井口23并联为4-10条支路，每条支路上均设置有球阀结构的调节阀5，调节阀5的后面或安装有单流结构的阀；控制柜3能够与外设的上位计算机通过远传系统12通讯，实现系统的自动控制；各管道连接处采用法兰和螺纹结构实现密封连接。

本实施例涉及的控制柜3由多个电器元件构成一个整体控制系统单元，单独安装于井口23的远程可实现范围内，控制柜3由变频器6、电机10、控制器11、远传系统12、风扇13、直流电源14、变流接触器15、风扇开关16、保险器17和总控开关18通过线缆并按照电学原理电信息连通组合构成；变频器6的输出端通过380伏供电线缆21与变频式的离心泵4电连接，变频器6的一端与控制器1通过24伏供电线缆19电连接，变频器6还有一端与保险器17通过220伏供电线缆20电连接，变频器的另一端与总控开关18通过380伏供电线缆21电连通，变频器6与交流接触器15通过220伏供电线缆20电连通；控制盘9上设置有若干控制按钮，控制盘9分别与380伏供电的电源8、电机10、变流接触器15、总控开关18通过380伏供电线缆21电连接；直流电源14通过24伏供电线缆19分别与控制器11和远程系统12电信息连接，总控开关18的一端分别串联结构与保险器17、风扇开关16和风扇13通过220伏供电线缆20电连通；总控开关18与变流接触器15通过380伏供电线缆21电连通，变流接触器15与变频器6通过220伏供电线缆20电连通；各电学器件电连通构成一体式结构的控制柜电路系统。

本实施例在实施自动控制的洗井使用时，先将各管道密封连接后，再将控制柜3的电路连接贯通，然后打开真空引水罐2上方的法兰盲板，将清水注入真空引水罐2内，打开真空引水罐2的侧面上的溢水机构，待溢水流出水后再关闭并停止供水，盖好法兰盲板并紧固，使其不得漏气，确认无漏水后，让离心泵4腔内灌满水，关闭离心泵4的出口处的泵后阀24，打开离心泵4泵体上的排空机构，启动电机10，观察调节阀5的出口处有水喷射时，关闭调节阀5，观察压力表，压力上升后迅速打开调节阀5实现对井口23的高压喷水而达到自动控制洗井的功效。

Claims (2)

1.一种煤层气井自动化洗井装置，其特征在于主体结构包括蓄水池、真空引水罐、控制柜、离心泵、调节阀、变频器、泵前阀、电源、控制盘、电机、控制器、远传系统、风扇、直流电源、变流接触器、风扇开关、保险器、总控开关、24伏供电线缆、220伏供电线缆、380伏供电线缆、接地线缆、井口、泵后阀和总控制阀；控制柜中的远传系统与控制器电信息连接，用于把数据远程传输至外设的计算机终端的客户端，变频器与控制器连接，由控制器下发命令而变频器执行，调节电机的转速；直流电源与控制器电连接，保障24V电源供给，供控制器持续工作；真空引水罐采用水泵结构的吸水设备，是一个密封的罐体结构，串联在泵前吸水管道上，使离心泵吸水口由负压吸水变为正压吸水；采用真空引水罐能够节省真空泵、汽水分离罐和吸水管底阀，在真空引水罐内的工况水泵启动之前，先向真空引水罐内充水至设定断面，设定断面以上的罐内空间和真空引水罐的吸水管道为常压空气；离心泵启动后，真空引水罐内的水位逐渐下降，使真空引水罐内空气压力逐渐降低而形成负压，蓄水池的水则通过吸水管道逐渐上升，当蓄水池内水位降至设计的断面时，真空吸水罐内则完全充满了水，继而使吸水系统进入运转状态，真空引水罐内的空气随着运行时间的延续，以气泡形式被水带到真空引水罐外，而达到正常运转状态，将离心泵的负压吸水变成了正压吸水；所述真空引水罐上侧口处与蓄水池管道式连接，真空引水罐的下侧口处与离心泵管道连接；离心泵分别与真空引水罐通过管道结构连接,中间安装有泵前阀；离心泵是利用叶轮旋转而使水产生的离心力实现吸水工作的；离心泵在启动前，应使泵腔内和管道内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水在离心力的作用下，经蜗形泵壳的流道流入离心泵的压水管路；离心泵的叶轮中心处，由于水在离心力的作用下被甩出后形成真空，蓄水池中的水便在大气压力的作用下被压进泵腔内，离心泵的叶轮通过不停地转动，使得水在吸力的作用下不断流入和流出，达到了输送水的目的；离心泵与井口之间串联式分别接有总控制阀、泵后阀和调节阀；井口与离心泵之间通过高压钢丝增强软管式的管道连接，调节阀为针型阀结构，泵后阀为单流阀结构；真空引水罐与蓄水池通过PE管道法兰结构配合连接，真空引水罐的左右两侧分别有高低法兰接口，真空引水罐的下方设计有排污结构并安装控制阀门，真空引水罐的上方有法兰盲板形式的注水结构；控制柜和离心泵采用撬装一体化形式固定，并依次按控制柜、离心泵、井口的排列顺序等距离分布；井口并联为4-10条支路，每条支路上均设置有球阀结构的调节阀，调节阀的后面或安装有单流结构的阀；控制柜能够与外设的上位计算机通过远传系统通讯，实现系统的自动控制；各管道连接处采用法兰和螺纹结构实现密封连接。

2.根据权利要求1所述的煤层气井自动化洗井装置，其特征在于涉及的控制柜由多个电器元件构成一个整体控制系统单元，单独安装于井口的远程可实现范围内，控制柜由变频器、电机、控制器、远传系统、风扇、直流电源、变流接触器、风扇开关、保险器和总控开关通过线缆并按照电学原理电信息连通组合构成；变频器的输出端通过380伏供电线缆与变频式的离心泵电连接，变频器的一端与控制器通过24伏供电线缆电连接，变频器还有一端与保险器通过220伏供电线缆电连接，变频器的另一端与总控开关通过380伏供电线缆电连通，变频器与交流接触器通过220伏供电线缆电连通；控制盘上设置有若干控制按钮，控制盘分别与380伏供电的电源、电机、变流接触器、总控开关通过380伏供电线缆电连接；直流电源通过24伏供电线缆分别与控制器和远程系统电信息连接，总控开关的一端分别串联结构与保险器、风扇开关和风扇通过220伏供电线缆电连通；总控开关与变流接触器通过380伏供电线缆电连通，变流接触器与变频器通过220伏供电线缆电连通；各电学器件电连通构成一体式结构的控制柜电路系统；自动控制洗井时，先将各管道密封连接后，再将控制柜的电路连接贯通，然后打开真空引水罐上方的法兰盲板，将清水注入真空引水罐内，打开真空引水罐的侧面上的溢水机构，待溢水流出水后再关闭并停止供水，盖好法兰盲板并紧固，使其不得漏气，确认无漏水后，让离心泵腔内灌满水，关闭离心泵的出口处的泵后阀，打开离心泵泵体上的排空机构，启动电机，观察调节阀的出口处有水喷射时，关闭调节阀，观察压力表，压力上升后迅速打开调节阀实现对井口的高压喷水而达到自动控制洗井的功效。

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