CN110360077A - 一种天然气井用的辅助排液装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气井用的辅助排液装置，包括天然气压缩装置，还包括液压油泵、液压油箱和排液泵，所述液压油泵的进油管与液压油箱连通，液压油泵通过天然气压缩装置驱动，且液压油泵为排液泵提供动力，所述排液泵用于将液体抽入增压并排液。本发明能利用天然气压缩装置为动力而不需要耗电、具有大排量、工作效率高、经济性高的排液装置。

Description

一种天然气井用的辅助排液装置

技术领域

本发明涉及于油气田开发技术领域，具体涉及一种天然气井用的辅助排液装置。

背景技术

在天然气的开采中，气井产物中除了天然气还包括由大量的液体，这些液体一般包括气田水和液烃。现有的开采技术中，井场不具备处理液体的能力，需要将液体集输至处理站处理，一般在井口周边设置气液分离罐，气井产物经气液分离罐实现气液分离，再分别对天然气、液体增压后通入管网中集输至处理站处理。井场天然气增压一般采用天然气发动机驱动天然气压缩机压缩增压。对于液体增压而言，由于随着天然气出来的液体本身压力不足以进入管道内，所以要实现液体的集输，液体就必须加压至高压后才能通入管道，而现有常用的水泵无法满足高压输出的要求，现有部分天然气压缩机虽具有利用天然气对液体增压的辅助排液功能，但排液的能力较小，难以满足生产需求。此外，现有的柱塞泵可以达到输出的压力要求，但是柱塞泵一般费用较高，且通常需要供电，井场大都处于偏远地区，没有通电，需要额外使用发电机供电，经济性较差。

发明内容

本发明所要解决的是在天然气井场中，现有部分天然气压缩机通过工艺手段实现排液，但是排液能力较小，液量较大难以满足生产需求；或者使用柱塞泵需要供电，且成本高，经济性差的技术问题，目的在于提供一种利用天然气压缩装置为动力而不需要耗电、具有大排量、工作效率高、经济性高的排液装置。

本发明通过下述技术方案实现：一种天然气井用的辅助排液装置，包括天然气压缩装置，还包括液压油泵、液压油箱和排液泵，所述液压油泵的进油管与液压油箱连通，液压油泵通过天然气压缩装置驱动，且液压油泵为排液泵提供动力，所述排液泵用于将液体抽入增压并排液。

为了实现天然气井场高效率、高经济性的排液，本发明采用天然气压缩装置驱动液压油泵，通过液压油泵将液压油箱中的液压油加压后驱动排液泵，而排液泵与储存液体的装置连通，如储液罐、气液分离罐等，排液泵将储存液体的装置中的液体抽入排液泵中加压后再排如管网中，集输至处理站处理。本发明中的天然气压缩装置包括整体式天然气压缩机和分体式天然气压缩机，而且天然气压缩装置上都自带有控制装置。整体式天然气压缩机是发动机部分与压缩机部分集成为一体的天然气压缩机，分体式天然气压缩机是各自独立的发动机与压缩机组合在一起的天然气压缩机，而且无论是采用整体式天然气压缩机还是采用分体式天然气压缩机驱动液压油泵，均是将发动机部分或发动机输出的动力通过皮带传动驱动液压油泵。在天然气井场中，天然气增压一般采用天然气压缩设备压缩增压，本发明中的天然气压缩装置也同样用于对天然气压缩增压。与现有技术相比，本发明采用天然气压缩装置作为动力源，合理利用天然气压缩装置输出的动力，替代电能的使用，也无需额外增加发电机，节省了生产成本，经济性高；同时利用液压油泵、液压油箱和排液泵将气井产出的液体加压排出，根据生产实际需要，在制造排液泵时控制排液泵尺寸的大小、第二液压油接口的尺寸，仅用一个排液泵就能满足液体集输的增压需求和排量要求，与使用柱塞泵相比，大大节省了成本，而且排液泵的输出压力可调节范围大，具有更高的经济性；与现有具有辅助排液能力的部分天然气压缩机相比，排液泵的功能就是排液，大大提高了排液效率。

进一步的，所述排液泵包括外壳、密封件和活塞杆，外壳包括大径段和小径段，密封件设置在大径段和小径段连接处，小径段与密封件构成油压腔，大径段与密封件构成排液腔；活塞杆上设置在密封件上，活塞杆的两端设置有小活塞和大活塞，所述小活塞可在油压腔内自由滑动，大活塞可在排液腔内自由滑动；

所述外壳上还设置有第一液压油接口、第二液压油接口和进液口、排液口，所述第一液压油接口、第二液压油接口设置在油压腔上，并分别位于小活塞的两侧，所述进液口、排液口设置在排液腔上，并分别位于大活塞的两侧。

进一步的，所述进液口包括第一进液口、第二进液口，所述排液口包括第一出液口和第二出液口，所述第一进液口和第一出液口位于大活塞的一侧，所述第二进液口和第二出液口位于大活塞的另一侧。

进一步的，还包括进液单向阀和出液单向阀，所述进液单向阀设置在第一进液口、第二进液口的管道上，用于限制液体只能单向流入排液腔中，所述出液单向阀设置在第一出液口和第二出液口的管道上，用于限制液体只能单向流出排液腔。

为了能实现排液，本技术方案设置排液泵，排液泵上的第一液压油接口、第二液压油接口都可进出油液，当液压油泵将液压油从第一液压油接口通入油压腔中，推动小活塞向左移动，小活塞连带活塞杆、大活塞一起向左移动，在排液腔中且大活塞的右侧形成负压区，由于第一进液口、第二进液口的管道上设置有进液单向阀，用于限制液体只能单向流入排液腔中，第一出液口和第二出液口的管道上上设置有出液单向阀，用于限制液体只能单向流出排液腔，储液罐或气液分离罐中的液体经第二进液口被吸入排液腔中。当液压油泵将液压油从第二液压油接口通入油压腔中，推动小活塞向右移动，小活塞连带活塞杆、大活塞一起向右移动，油压腔中的液压油经第一液压油接口回流入液压油箱中，排液腔中被吸入的液体在大活塞的挤压下从第一出液口以高压状态流出；在大活塞向右移动并排液的过程中，大活塞的左侧也形成了负压区，同时将储液罐或气液分离罐中的液体经第一进液口被吸入排液腔中，当大活塞向左移动时，重复上述过程。所以自大活塞第一次动作吸入液体开始，大活塞每次移动都同时进行吸液和排液。与柱塞泵相比，本技术方案中的排液泵结构简单，成本低，活塞每次动作都同时进行吸液和排液，工作效率高，而且利用液压驱动，无需耗电，经济性高，排液泵还能输出高压状态的液体以满足集输要求。此外，本技术方案中的排液泵不仅仅适用于天然气井场的排液，也适用于其他要求液体输出压力较高的排液场合，在其它场合使用时，可用其他动力设备代替天然气发动机作为动力源。

进一步的，还包括气液分离罐，所述气液分离罐用于分离气井产出的气体和液体并储存液压，同时与第一进液口、第二进液口连通；所述天然气压缩装置与气液分离罐连通，并用于将气液分离罐中的气体吸入加压后排出。

为了将气井产出的气体、液体分离，进而对气体、液体增压后通入管网中集输至处理站处理，本技术方案设置气液分离罐，气液分离罐与气井中的油管连通，当从油管流出的气体、液体进入气液分离罐后，气体积存在气液分离罐的上方，液体积存在气液分离罐的下方，然后天然气压缩装置将气液分离罐中的气体抽出加压后通入管网中集输至处理站。在本技术方案中，气液分离罐起到分离气相和液相的作用，同时起到储存液体的作用。

此处所述油管为现有技术中气举排水采气中用的套管、油管，套管套在油管外部，当气井中积液液面低于油管低端时，套管、油管处于连通状态，当气井中积液液面高于油管低端时，套管、油管各自处于内外封闭独立的状态。在采用气举法时，在套管中通入高压气体，将气井中的液体从油管中挤出，以实现排水采气的目的。

进一步的，还包括高液位开关、低液位开关和液压阀组，所述高液位开关、低液位开关设置在气液分离罐上，用于检测气液分离罐中液面的高度；所述液压阀组与液压油泵的出油管连通，液压阀组还与液压油箱连通，同时与第一液压油接口、第二液压油接口连通。

为了避免气液分离罐中液体积满，及时将液体集输至处理站处理，本技术方案中设置高液位开关、低液位开关，用于检测气液分离罐中液体的液面高度，同时本技术方案中设置液压阀组，液压阀组与液压油箱连通并用于控制液压油通入排液泵的进出流向，本技术方案中将天然气压缩装置自身的控制装置连接并高液位开关、低液位开关和液压阀组。正常状态下，高液位开关和低液位开关都是常开状态，当液面达到低液位开关时，低液位开关处于闭合状态，控制装置控制液压阀组不动作，使排液泵不工作，同时液压油在液压泵与液压油箱之间循环；直到液面达到高液位开关时，高液位开关处于闭合状态，控制装置控制液压阀组动作，排液泵开始工作；当液面重新至低液位开关下方时，低液位开关恢复断开状态时候，控制装置控制液压阀组动作使液压阀组恢复排液之前的状态，排液停止，同时液压油在液压泵与液压油箱之间循环。

具体的，本发明还公开了一种利用天然气发动机辅助排液装置排水采气的方法，当气井开采处于中后期，积液较多，积液液面已淹没油管时，将气液分离罐与气井中的油管连通，启动天然气压缩装置，利用天然气压缩装置抽出气液分离罐中的气体并加压后排出，在气液分离罐中形成负压区，由于气液分离罐与气井中的油管连通，油管中的压强低于套管中的压强，气井中的液体在压差的作用下沿油管被吸入气液分离罐中，实现排水采气的目的。与现有技术中的气举法相比，本方法省去了向油管中注入高压气体的工序和相关设备，简单易操作，成本低，能达到提高气井产量。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明采用天然气压缩装置作为动力源，合理利用天然气压缩装置输出的动力，替代电能的使用，也无需额外增加发电机，节省了生产成本，经济性高；同时利用液压油泵、液压油箱和排液泵将气井产出的液体加压排出，根据生产实际需要，在制造排液泵时控制排液泵尺寸的大小、第二液压油接口的尺寸，仅用一个排液泵就能满足液体集输的增压需求和排量要求，与使用柱塞泵相比，大大节省了成本，而且排液泵的输出压力远高于柱塞泵，具有更高的经济性；而且排液泵的功能就是排液，大大提高了排液效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的示意图；

图2为排液泵的结构示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1天然气压缩装置，2液压油泵，3液压阀组，4液压油箱，5气液分离罐，6高液位开关，7低液位开关，8排液泵，9进液单向阀，10第一液压油接口，11油压腔，12小活塞，13活塞杆，14密封件，15第一进液口，16排液腔，17第二进液口，18第一出液口，19第二出液口，22外壳，23大活塞，24第二液压油接口，25出液单向阀。

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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1～2所示，一种天然气井用的辅助排液装置，包括天然气压缩装置1，还包括液压油泵2、液压油箱4和排液泵8，所述液压油泵2的进油管与液压油箱4连通，液压油泵2通过天然气压缩装置1驱动，且液压油泵2为排液泵8提供动力，所述排液泵8用于将液体抽入增压并排液。

为了实现天然气井场高效率、高经济性的排液，本发明采用天然气压缩装置1驱动液压油泵2，通过液压油泵2将液压油箱4中的液压油加压后驱动排液泵8，而排液泵8与储存液体的装置连通，如储液罐、气液分离罐等，排液泵8将储存液体的装置中的液体抽入排液泵8中加压后再排如管网中，集输至处理站处理。本发明中的天然气压缩装置1包括整体式天然气压缩机和分体式天然气压缩机，而且天然气压缩装置1上都自带有控制装置。整体式天然气压缩机是发动机部分与压缩机部分集成为一体的天然气压缩机，分体式天然气压缩机是各自独立的发动机与压缩机组合在一起的天然气压缩机，而且无论是采用整体式天然气压缩机还是采用分体式天然气压缩机驱动液压油泵2，均是将发动机部分或发动机输出的动力通过皮带传动驱动液压油泵2。在天然气井场中，天然气增压一般采用天然气压缩设备压缩增压，本发明中的天然气压缩装置1也同样用于天然气压缩增压。与现有技术相比，本发明采用天然气压缩装置1作为动力源，合理利用天然气压缩装置1输出的动力，替代电能的使用，也无需额外增加发电机，节省了生产成本，经济性高；同时利用液压油泵2、液压油箱4和排液泵8将气井产出的液体加压排出，根据生产实际需要，在制造排液泵8时控制排液泵8尺寸的大小、液压油接口的尺寸、排液口尺寸等，仅用一个排液泵8就能满足液体集输的增压需求和排量要求，与使用柱塞泵相比，大大节省了成本，而且排液泵8的输出压力远高于柱塞泵，具有更高的经济性；与现有具有辅助排液能力的部分天然气压缩机相比，排液泵8的功能就是排液，大大提高了排液效率。

进一步的，所述排液泵8包括外壳22、密封件14和活塞杆13，外壳22包括大径段和小径段，密封件14设置在大径段和小径段连接处，小径段与密封件14构成油压腔11，大径段与密封件14构成排液腔16；活塞杆13上设置在密封件14上，活塞杆13的两端设置有小活塞12和大活塞23，所述小活塞12可在油压腔11内自由滑动，大活塞23可在排液腔16内自由滑动；

所述外壳22上还设置有第一液压油接口10、第二液压油接口24和进液口、排液口，所述第一液压油接口10、第二液压油接口24设置在油压腔11上，并分别位于小活塞12的两侧，所述进液口、排液口设置在排液腔16上，并分别位于大活塞23的两侧。

进一步的，所述进液口包括第一进液口15、第二进液口17，所述排液口包括第一出液口18和第二出液口19，所述第一进液口15和第一出液口18位于大活塞23的一侧，所述第二进液口17和第二出液口19位于大活塞23的另一侧。

进一步的，还包括进液单向阀9和出液单向阀25，所述进液单向阀9设置在第一进液口15、第二进液口17的管道上，用于限制液体只能单向流入排液腔16中，所述出液单向阀25设置在第一出液口18和第二出液口19的管道上，用于限制液体只能单向流出排液腔16。

为了能实现排液，本技术方案设置排液泵8，当液压油泵2将液压油从第一液压油接口10通入油压腔11中，推动小活塞12向左移动，小活塞12连带活塞杆13、大活塞23一起向左移动，在排液腔16中且大活塞23的右侧形成负压区，由于第一进液口15、第二进液口17的管道上设置有进液单向阀9，用于限制液体只能单向流入排液腔16中，第一出液口18和第二出液口19的管道上上设置有出液单向阀25，用于限制液体只能单向流出排液腔16，储液罐或气液分离罐中的液体经第二进液口17被吸入排液腔16中。当液压油泵2将液压油从第二液压油接口24通入油压腔11中，推动小活塞12向右移动，小活塞12连带活塞杆13、大活塞23一起向右移动，油压腔11中的液压油经第一液压油接口10回流如液压油箱4中，排液腔16中被吸入的液体在大活塞23的挤压下从第一出液口18以高压状态流出；在大活塞23向右移动并排液的过程中，大活塞23的左侧也形成了负压区，同时将储液罐或气液分离罐中的液体经第一进液口15被吸入排液腔16中，当大活塞23向左移动时，重复上述过程。所以自大活塞23第一次动作吸入液体开始，大活塞23每次移动都同时进行吸液和排液。与柱塞泵相比，本技术方案中的排液泵8结构简单，成本低，活塞每次动作都同时进行吸液和排液，工作效率高，而且利用液压驱动，无需耗电，经济性高，排液泵8还能输出高压状态的液体以满足集输要求。

进一步的，还包括气液分离罐5，所述气液分离罐5用于分离气井产出的气体和液体并储存液压，同时与第一进液口15、第二进液口17连通；所述天然气压缩装置1与气液分离罐5连通，并用于将气液分离罐5中的气体吸入加压后排出。

为了将气井产出的气体、液体分离，进而对气体、液体增压后通入管网中集输至处理站处理，本技术方案设置气液分离罐5，气液分离罐5与气井中的套管连通，当从套管流出的气体、液体进入气液分离罐5后，气体积存在气液分离罐5的上方，液体积存在气液分离罐5的下方，然后天然气压缩装置1将气液分离罐5中的气体抽出加压后通入管网中集输至处理站。在本技术方案中，气液分离罐5起到分离气相和液相的作用，同时起到储存液体的作用。

此处所述套管为现有技术中气举排水采气中用的套管、油管，套管套在油管外部，当气井中积液液面低于油管、套管低端时，套管、油管处于连通状态，当气井中积液液面高于油管管低端时，套管、油管各自处于内外封闭独立的状态。在采用气举法时，在套管中通入高压气体，将气井中的液体从油管中挤出，以实现排水采气的目的。

进一步的，还包括高液位开关6、低液位开关7和液压阀组3，所述高液位开关6、低液位开关7设置在气液分离罐5上，用于检测气液分离罐5中液面的高度；所述液压油泵2的进油管与液压油箱4连通，液压油泵2的出油管设置有液压阀组3，所述液压阀组3与液压油箱4连通，同时与第一液压油接口10、第二液压油接口24连通。

为了避免气液分离罐5中液体积满，及时将液体集输至处理站处理，本技术方案中设置高液位开关6、低液位开关7，用于检测气液分离罐5中液体的液面高度，同时本技术方案中设置液压阀组3，液压阀组3与液压油箱4连通并用于控制液压油通入排液泵8的进出流向，本技术方案中将天然气压缩装置1自身的控制装置连接并高液位开关6、低液位开关7和液压阀组3。正常状态下，高液位开关6和低液位开关7都是常开状态，当液面达到低液位开关7时，低液位开关7处于闭合状态，控制装置控制液压阀组3不动作，使排液泵8不工作，同时液压油在液压泵2与液压油箱4之间循环；直到液面达到高液位开关时6，高液位开关6处于闭合状态，控制装置控制液压阀组3动作，排液泵8开始工作；当液面重新至低液位开关7下方时，低液位开关7恢复断开状态时候，控制装置控制液压阀组3动作使液压阀组3恢复排液之前的状态，使排液停止，同时液压油在液压泵2与液压油箱4之间循环。

具体的，本发明还公开了一种利用天然气发动机辅助排液装置排水采气的方法，当气井开采处于中后期，积液较多，积液液面已淹没油管时，将气液分离罐5与气井中的油管连通，启动天然气压缩装置1，利用天然气压缩装置1抽出气液分离罐5中的气体并加压后排出，在气液分离罐5中形成负压区，由于气液分离罐5与气井中的油管连通，油管中的压强低于套管中的压强，气井中的液体在压差的作用下沿油管被吸入气液分离罐5中，实现排水采气的目的。与现有技术中的气举法相比，本方法省去了向套管中注入高压气体的工序和相关设备，简单易操作，成本低，能达到提高气井产量。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种天然气井用的辅助排液装置，包括天然气压缩装置(1)，其特征在于：还包括液压油泵(2)、液压油箱(4)和排液泵(8)，所述液压油泵(2)的进油管与液压油箱(4)连通，液压油泵(2)通过天然气压缩装置(1)驱动，且液压油泵(2)为排液泵(8)提供动力，所述排液泵(8)用于将液体抽入增压并排液。

2.根据权利要求1所述的一种天然气井用的辅助排液装置，其特征在于：所述排液泵(8)包括外壳(22)、密封件(14)和活塞杆(13)，外壳(22)包括大径段和小径段，密封件(14)设置在大径段和小径段连接处，小径段与密封件(14)构成油压腔(11)，大径段与密封件(14)构成排液腔(16)；活塞杆(13)上设置在密封件(14)上，活塞杆(13)的两端设置有小活塞(12)和大活塞(23)，所述小活塞(12)可在油压腔(11)内自由滑动，大活塞(23)可在排液腔(16)内自由滑动；

所述外壳(22)上还设置有第一液压油接口(10)、第二液压油接口(24)和进液口、排液口，所述第一液压油接口(10)、第二液压油接口(24)设置在油压腔(11)上，并分别位于小活塞(12)的两侧，所述进液口、排液口设置在排液腔(16)上，并分别位于大活塞(23)的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种天然气井用的辅助排液装置，其特征在于：所述进液口包括第一进液口(15)、第二进液口(17)，所述排液口包括第一出液口(18)和第二出液口(19)，所述第一进液口(15)和第一出液口(18)位于大活塞(23)的一侧，所述第二进液口(17)和第二出液口(19)位于大活塞(23)的另一侧。

4.根据权利要求3所述的一种天然气井用的辅助排液装置，其特征在于：还包括进液单向阀(9)和出液单向阀(25)，所述进液单向阀(9)设置在第一进液口(15)、第二进液口(17)的管道上，用于限制液体只能单向流入排液腔(16)中，所述出液单向阀(25)设置在第一出液口(18)和第二出液口(19)的管道上，用于限制液体只能单向流出排液腔(16)。

5.根据权利要求1所述的一种天然气井用的辅助排液装置，其特征在于：还包括气液分离罐(5)，所述气液分离罐(5)用于分离气井产出的气体和液体并储存液压，同时与第一进液口(15)、第二进液口(17)连通；所述天然气压缩装置(1)与气液分离罐(5)连通，并用于将气液分离罐(5)中的气体吸入加压后排出。

6.根据权利要求1所述的一种天然气井用的辅助排液装置，其特征在于：还包括高液位开关(6)、低液位开关(7)和液压阀组(3)，所述高液位开关(6)、低液位开关(7)设置在气液分离罐(5)上，用于检测气液分离罐(5)中液面的高度；所述液压阀组(3)与液压油泵(2)的出油管连通，液压阀组(3)还与液压油箱(4)连通，同时与第一液压油接口(10)、第二液压油接口(24)连通。