CN110617049A - 一种用于井口天然气的脱水降温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于井口天然气的脱水降温系统。所述系统包括第一气液分离装置、涡流降温装置、节流降温装置和第二气液分离装置，第一气液分离装置能够将页岩气井产出的高温流体进行第一次气液分离，并得到第一高温天然气；涡流降温装置能够将所述第一高温天然气进行降温处理，并得到第二高温天然气和第一低温含水天然气；节流降温装置能够将所述第二高温天然气进行节流降温，并得到第二低温含水天然气；第二气液分离装置能够将第一、第二低温含水天然气进行第二次气液分离，并得到深度脱水的天然气。本发明的有益效果包括：对气井产出的页岩气进行有效降温和脱水，实现页岩气气藏高效、安全的生产。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气试采领域，具体地涉及一种用于井口天然气的脱水降 温系统。
背景技术
页岩气试采作业是页岩气开发的关键作业环节，它是页岩气井压裂施工 结束之后进行的页岩气井临时生产作业，其目的是对页岩气产气大小、长期 生产潜力进行评估，为气田整体正式生产方案提供决策依据。页岩气井单井 可采储量相对较少，页岩气开发要求“见气进网”，试采作业作为气井的临时 生产，气井产出的天然气也需进入气田的天然气输送管网外输进行销售。
众所周知，页岩气的开发为了提高单井产量，采用大规模的水力压裂施 工在页岩储层形成复杂的人工缝网。单井需往气藏泵注几万方的水。在试采 期间这些大量注入液体又将随产出的天然气返排出地面。四川川南地区页岩 气井气藏温度高，井垂深较浅(平均垂深3038m、平均测井温度115℃)。试 采作业期间井筒排出大量水、每小时数十立方，气藏中的大量热量被产出流 体带到地面，气井产出流体温度高，井口达到了100℃。使得天然气饱和水 含量高，部分地层水成为水蒸汽和天然气混合，富含水分的天然气在试采作 业时通过试采流程后进入气田的长输管网，由于长输管网大部分埋在地表以 下泥土中，工作环境温度为地面以下泥土的温度，温度低。高温富含大量水 汽的页岩气在输气管网中温度降低，析出大量的自由水。析出的地层水给气 田输气管网生产带来了很大的危害：管线内积液会增加管线输气的阻力，降 低管线天然气输送效率；输气管线中存在水，为一些腐蚀菌类，如硫酸盐还 原菌生长提供合适的环境，加快管线细菌腐蚀，造成管网的腐蚀，天然气泄露，造成很大的安全风险。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存 在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种用于井口天然 气的脱水降温系统，以对气井产出的天然气进行有效降温和脱水。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于井口天然气的脱水降温系统。
所述系统可包括第一气液分离装置、涡流降温装置、节流降温装置和第 二气液分离装置，其中，
第一气液分离装置能够将页岩气井产出的高温流体进行第一次气液分离， 并得到第一高温天然气；涡流降温装置能够将所述第一高温天然气进行降温 处理，并得到第二高温天然气和第一低温含水天然气；节流降温装置能够将 所述第二高温天然气进行节流降温，并得到第二低温含水天然气；第二气液 分离装置能够将第一、第二低温含水天然气进行第二次气液分离，并得到深 度脱水的天然气；
其中，所述涡流降温装置可包括按照天然气流动方向依次连接的进气端、 降压单元、涡流单元、第一管段、调节单元，以及与涡流单元连接的第二管 段，第一、第二管段分别设置在涡流单元的两侧，其中，
进气端与所述第一气液分离装置的气出口连接并通入第一高温天然气； 降压单元能够将第一高温天然气进行降压处理；涡流单元能够使所述降压后 的第一高温天然气形成涡流；第一管段能够流通所述形成涡流的天然气，第 一管段未与涡流单元连接的一端可形成第一出气口；调节单元可设置在所述 第一出气口处并能够使到达第一出气口的部分天然气反向以形成逆向涡流， 形成逆向涡流的天然气能够流经第一管段、涡流单元并进入第二管段，未形 成逆向涡流的天然气为第二高温天然气，第二高温天然气能够从第一出气口 输出并进入节流降温装置；第二管段未与涡流单元连接的一端可形成第二出 气口，所述第二出气口可与第二液气分离装置的进气口连接，所述形成逆向 涡流的天然气在流出第一管段后能够形成第二低温含水天然气，第二低温含 水天然气能够从第二出气口输出并进入第二气液分离装置。
在本发明的一个示例性实施例中，所述高温流体可包括地层水和天然气， 所述高温流体的温度可为30～100℃，压力可为10～50MPa。
在本发明的一个示例性实施例中，所述第一、第二低温含水的天然气的 温度可都低于30℃，压力可为5～10MPa。
在本发明的一个示例性实施例中，所述系统还可包括含水检测装置，所 述含水检测装置能够检测所述深度脱水的天然气的含水量。
在本发明的一个示例性实施例中，所述含水检测装置可通过第一管道与 天然气外输管线连接，所述含水检测装置可通过第二管道与节流降温装置连 接，第一管道上可设置有截止阀、第二管道上可设置有调节阀；
所述系统还可包括控制装置，所述控制装置可分别与含水检测装置、截 止阀和调节阀连接，
在所述含水检测装置检测到所述深度脱水的天然气的含水量满足外输要 求的情况下，所述控制装置能够通过控制截止阀和调节阀来使第一管道呈开 通的状态、第二管道呈关闭的状态，以使所述深度脱水天然气能够输送至天 然气外输管线，
在所述含水检测装置检测到所述深度脱水的天然气的含水量不能满足外 输要求的情况下，所述控制装置能够通过控制截止阀和调节阀来使第一管道 呈关闭状态、第二管道呈开通状态，以使所述深度脱水天然气能够输送至节 流降温装置，并进行节流降温和第二次气液分离。
在本发明的一个示例性实施例中，所述控制装置还可与第一气液分离装 置、涡流降温装置、节流降温装置和第二气液分离装置中的至少一个连接， 并能够对所连接的装置进行控制。
在本发明的一个示例性实施例中，所述外输要求可包括含水量不高于 1g/m3。
在本发明的一个示例性实施例中，所述降压单元可包括至少一个降压喷 嘴，降压喷嘴可竖直设置在涡流单元上方。
在本发明的一个示例性实施例中，所述调节单元还能够调整所述形成逆 向涡流的天然气和所述从第一出气口排出天然气之间的比例。
在本发明的一个示例性实施例中，所述系统还可包括设置在涡流降温装 置和节流降温装置之间的换热器，在所述节流降温装置对第一高温天然气进 行降温处理之前，所述换热器能够预先对第一高温天然气进行降温处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：本发明提供的脱水降温系 统能够对气井产出的天然进行有效地脱水和降温，实现页岩气气藏高效、安 全的生产。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变 得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施中的用于井口天然气的脱水降温系统 的一个结构示意图；
图2示出了本发明一个示例性实施例中的涡流降温装置的一个结构示意 图；
主要附图标记说明：
1、进气端，2、涡流单元，3、降压单元，4、第二管段，5、第一管段， 6、调节单元，7、第二出气口，8、第一出气口。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的用于井口天 然气的脱水降温系统，本发明中出现的第一和第二不表示先后顺序，仅用于 相互区别。
本发明提供了一种用于井口天然气的脱水降温系统。
在本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，所述系统可以包括第一 气液分离装置、涡流降温装置、节流降温装置和第二气液分离装置，其中，
第一气液分离装置能够将页岩气井产出的高温流体进行第一次气液分离， 并得到第一高温天然气。从页岩气井产出的高温流体可以包括地层水和天然 气，其中，地层水每天最大产量1000m3、天然气每天最大产量15×104m3，高 温流体的温度可以为30～100℃、压力可以为10～50MPa。所述含高饱和水 的高温天然气的温度可以为30～100℃、压力可以为10～50MPa，由于天然 气的压力不变所以天然气的水的饱和度维持不变。
在本实施例中，第一气液分离装置可以包括高温高压液气分离器，通过 高温高压液气分离器将高温流体中的自由水和天然气进行分离，此时，液气 分离器的压力不得低于高温流体的最高压力，高温高压液气分离器的水出口 可以通过管路与液体存储罐相连接，气出口可以通过管路与涡流降温装置的 进气端连接。高温高压液气分离器的分离罐的顶部还可以设置有雷达液位计 监测分离器分离罐中的液位高度、可以与分离器水出口的液位调节阀建立通 讯联动，分离器顶端可以设置有压力传感器与分离器气出口压力调节阀建立 通讯实现联动，通过调节高温高压液气分离器气出口的压力调节阀的开度大 小，实现对高温高压液气分离器分离罐压力的控制，确保高温高压液气分离 器的分离高效。
涡流降温装置能够将所述第一高温天然气进行降温处理，并得到第二高 温天然气和第一低温含水天然气。如图2所示，涡流降温装置可以包括按照 天然气流动方向依次连接的进气端1、降压单元3、涡流单元2、第一管段5、 调节单元6，以及与涡流单元2连接的第二管段4，第一、第二管段分别设置 在涡流单元2的两侧，其中，
进气端1与所述第一气液分离装置的气出口连接并通入第一高温天然气。
降压单元3能够将第一高温天然气进行降压处理，其中，降压单元3可 以包括至少一个降压喷嘴，进一步地，可以包括6～8个降压喷嘴，并且所述 降压喷嘴可以都竖直设置在涡流单元2的入口处以便于降压后的天然气能够 沿切线方向进入涡流单元2。
涡流单元2能够使所述降压后的第一高温天然气形成涡流。
第一管段5能够流通所述形成涡流的天然气，第一管段5未与涡流单元 2连接的一端形成第一出气口8。
调节单元6设置在所述第一出气口8处并能够使到达第一出气口8的部 分天然气反向以形成逆向涡流，形成逆向涡流的天然气能够流经第一管段5、 涡流单元2并进入第二管段4，未形成逆向涡流的天然气为第二高温天然气， 第二高温天然气能够从第一出气口8输出并进入节流降温装置，其中，调节 单元可以包括调节阀。
第二管段4未与涡流单元2连接的一端形成第二出气口7，所述第二出 气口7与第二液气分离装置的进气口连接，所述形成逆向涡流的天然气在流 出第一管段5后能够形成第二低温含水天然气，第二低温含水天然气能够从 第二出气口7输出并进入第二气液分离装置。
在本实施例中，当形成涡流的天然气进入第一管段5后一直向第一出气 口8方向运动，在到达第一出气口8后，可以通过调节阀的控制，使一部分 天然气从第一出气口8排出进入到节流降温装置，而没有排出的天然气，在 原天然气涡流的内部形成反向的逆向的涡流，并且内部的逆向涡流作减速运 动、外部的天然气作加速运动，从而发生热交换，内侧的逆向涡流天然气温 度降低，外侧天然气温度变高，以实现基于自身能量分配的天然气降温，降 温后的天然气可以运动到第二出气口7输出进入第二气液分离装置。同时， 可以根据现场的实际情况，通过调节阀的开度来调整第一出口天然气的输出 以达到调整装置内部冷、热天然气的比例，以得到现场较佳的天然气的降温 效果。
节流降温装置能够将所述第二高温天然气进行节流降温，并得到第二低 温含水天然气。第二高温天然气经过节流降温后，温度大幅度下降，由于天 然气的温度降低，其含水饱和度就随之降低，天然气中的水分析出成为自由 水，节流降温后得到的低温含水的天然气的温度可以小于30℃、压力可以为 5～10MPa、含自由水的量可以为天然气提及的0.02～0.06％，例如，当每天 天然气的产量为15×104m3时，含自由水的量可以为3～5m3。
在本实施例中，调节节流降温装置节流阀的开度，天然气的压力降低， 这个过程为绝热等焓膨胀过程，节流后天然气温度下降，根据节流前后天然 气的压力变化，利用天然气节流过程中压降和温度变化关系可以计算出节流 后天然气的温度。例如，节流前天然气温度T1为80℃、压力P1＝35MPa、节 流后压力P2为7MPa，则压降△P＝28MPa，查图得知温度降△T55℃，节流 后天然气的温度T2为25℃。
第二气液分离装置能够将第一、第二低温含水天然气进行第二次气液分 离，并得到深度脱水的天然气。
在本实施例中，第二气液分离单元可以包括气液聚结器，经过节流后的 天然气温度降低，含水饱和度降低，天然气中的水析出成为自由水，再经过 气液聚结器时，自由水聚结成水滴下沉积，从聚结器的水出口排出，气液聚 结器的水出口还可以设置有排液阀，通过管路与贮液罐连接。
在本实施例中，气液聚结器的出口还可以设置有含水检测装置，所述含 水检测装置可以包括含水测定仪，能够检测所述深度脱水的天然气的含水量， 所述含水测定仪可以通过第一管道与天然气外输管线连接、通过第二管道与 节流降温单元连接，如果检测到聚结器气出口的天然气含水量达到外输的要 求，则可以将天然气直接外输到天然气外输管线，当检测到含水量达不到外 输要求时，则通过管路将天然气输送至节流降温装置继续进行节流降温和第 二次气液分离，所述第一管道上可以设置有截止阀、第二管道上可以设置有 调节阀。所述天然气外输的要求可以包括含水量不高于1g/m3。
在本实施例中，所述系统还可以包括控制装置，所述控制装置可以通过 信号线分别与天然气含水测定仪、高温高压液气分离器、节流降温装置、气 液聚结器连接，建立信息通讯。所述控制装置还可以通过信号线分别与高温 高压液气分离器气出口的压力调节阀、气液聚结器液出口的排液阀、节流降 温装置的节流阀、涡流装置的第一出气口的调节阀、第一管道上的截止阀、 第二管道上的调节阀建立控制通讯。同时，所述控制装置还可以通过信号线 与本装置内设置的温度传感器和压力传感器建立通讯连接。采用控制装置来 控制整个系统的运行，能够实现系统的自动工作，使得页岩气井试采作业产 出的天然气中的含水量达到管网外输的指标。所述控制装置还能够通过控制 所述第一管道上的截止阀和第二管道上的调节阀来使第一管道呈开通、第二 管道呈关闭的状态，以使达到外输要求的天然气能够输送至天然气外输管线。
在本实施例中，所述系统还可以包括换热器，所述换热器可以位于涡流 降温装置和节流降温装置之间，在所述涡流降温装置对第一高温天然气进行 降温处理之前，所述换热器能够预先对第一高温天然气进行降温处理。其中， 预降温处理可以将所述高温天然气的温度降低10～20℃。当检测到深度脱水 的天然气的含水量没有达到外输要求时，也可以通过管理将天然气输送至换 热器中作为冷媒介质使用，然后再通过节流降温装置和第二气液分离装置进 行节流降温和第二次气液分离。
综上所述，本发明的用于井口天然气的脱水降温系统优点可包括：本发 明的系统在页岩气试采作业中，通过多级分离、节流降温，利用页岩气井产 出的水、天然气的自身能量，对产出的页岩气进行有效降温和深度脱水，实 现了页岩气气藏高效、安全的生产。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人 员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明 的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (10)
1.一种用于井口天然气的脱水降温系统，其特征在于，所述系统包括第一气液分离装置、涡流降温装置、节流降温装置和第二气液分离装置，其中，
第一气液分离装置能够将页岩气井产出的高温流体进行第一次气液分离，并得到第一高温天然气；
涡流降温装置能够将所述第一高温天然气进行降温处理，并得到第二高温天然气和第一低温含水天然气；
节流降温装置能够将所述第二高温天然气进行节流降温，并得到第二低温含水天然气；
第二气液分离装置能够将第一、第二低温含水天然气进行第二次气液分离，并得到深度脱水的天然气；
其中，所述涡流降温装置包括按照天然气流动方向依次连接的进气端、降压单元、涡流单元、第一管段、调节单元，以及与涡流单元连接的第二管段，第一、第二管段分别设置在涡流单元的两侧，其中，
进气端与所述第一气液分离装置的气出口连接并通入第一高温天然气；
降压单元能够将第一高温天然气进行降压处理；
涡流单元能够使所述降压后的第一高温天然气形成涡流；
第一管段能够流通所述形成涡流的天然气，第一管段未与涡流单元连接的一端形成第一出气口；
调节单元设置在所述第一出气口处并能够使到达第一出气口的部分天然气反向以形成逆向涡流，形成逆向涡流的天然气能够流经第一管段、涡流单元并进入第二管段，未形成逆向涡流的天然气为第二高温天然气，第二高温天然气能够从第一出气口输出并进入节流降温装置；
第二管段未与涡流单元连接的一端形成第二出气口，所述第二出气口与第二液气分离装置的进气口连接，所述形成逆向涡流的天然气在流出第一管段后能够形成第二低温含水天然气，第二低温含水天然气能够从第二出气口输出并进入第二气液分离装置。
2.根据权利要求1所述的用于井口天然气的脱水降温系统，其特征在于，所述高温流体包括地层水和天然气，所述高温流体的温度为30～100℃，压力为10～50MPa。
3.根据权利要求1所述的用于井口天然气的脱水降温系统，其特征在于，所述第一、第二低温含水的天然气的温度都低于30℃，压力为5～10MPa。
4.根据权利要求1所述的用于井口天然气的降温和脱水系统，其特征在于，所述系统还包括含水检测装置，所述含水检测装置能够检测所述深度脱水的天然气的含水量。
5.根据权利要求4所述的用于井口天然气的脱水降温系统，其特征在于，所述含水检测装置通过第一管道与天然气外输管线连接，所述含水检测装置通过第二管道与节流降温装置连接，第一管道上设置有截止阀、第二管道上设置有调节阀；
所述系统还包括控制装置，所述控制装置分别与含水检测装置、截止阀和调节阀连接，
在所述含水检测装置检测到所述深度脱水的天然气的含水量满足外输要求的情况下，所述控制装置能够通过控制截止阀和调节阀来使第一管道呈开通的状态、第二管道呈关闭的状态，以使所述深度脱水天然气能够输送至天然气外输管线，
在所述含水检测装置检测到所述深度脱水的天然气的含水量不能满足外输要求的情况下，所述控制装置能够通过控制截止阀和调节阀来使第一管道呈关闭状态、第二管道呈开通状态，以使所述深度脱水天然气能够输送至节流降温装置，并进行节流降温和第二次气液分离。
6.根据权利要求5所述的用于井口天然气的脱水降温系统，其特征在于，所述控制装置还与第一气液分离装置、涡流降温装置、节流降温装置和第二气液分离装置中的至少一个连接，并能够对所连接的装置进行控制。
7.根据权利要求5所述的用于井口天然气的降温和脱水系统，其特征在于，所述外输要求包括含水量不高于1g/m3。
8.根据权利要求1所述的用于井口天然气的脱水降温系统，其特征在于，所述降压单元包括至少一个降压喷嘴，降压喷嘴竖直设置在涡流单元上方。
9.根据权利要求1所述的用于井口天然气的脱水降温系统，其特征在于，所述调节单元还能够调整所述形成逆向涡流的天然气和所述从第一出气口排出天然气之间的比例。
10.根据权利要求1所述的用于井口天然气的脱水降温系统，其特征在于，所述系统还包括设置在涡流降温装置和节流降温装置之间的换热器，在所述节流降温装置对第一高温天然气进行降温处理之前，所述换热器能够预先对第一高温天然气进行降温处理。
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