一种气井排液方法以及装置
技术领域
本申请涉及石油天然气开发技术领域,具体为一种气井排液方法以及装置。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展,石油天然气的使用需求越来越大。我国的石油天然气开采技术也在不断地提高,探明的石油天然气的储存量就非常的巨大,随着国家可持续发展的战略规划部署落实,我国的石油天然气开发面临一个新的局面。
在石油天然气的开发中,会出现气田地层含水的情况,伴随着天然气的生产,地层水聚集于井底而形成积液,对于地层能量较足,井底积水严重将造成天然气产能大幅降低,导致气井无法正常地生产,现有技术中的诸如螺杆泵、同步回转气液混输泵以及摆动转子气液混输泵等设备能够用来将气井内的积液排出,对于积液的排出量较大,现有的混输泵均需要电机提供运转动力,这将提高使用混输泵排出积液的成本,进而提高天然气的开采成本。
发明内容
本申请的目的是提供一种能够排出气井中的积液并降低天然气开采成本的方法以及装置。
为了实现上述目的,本申请提供一种气井排液方法,用于气井排液装置,所述气井排液装置包括三角转子压缩机,所述三角转子压缩机的缸体上开设有介质进口、进气口和排出口,所述缸体内设置的三角转子正向旋转且反向锁止,所述介质进口与油管的低压介质出口连通,所述进气口与套管的高压气出口连通,所述排出口与外输管线连通;
所述方法包括下述步骤:
步骤S1:所述油管中的低压介质由三角转子压缩机的介质进口进入第一腔室,套管中的高压气由三角转子压缩机的进气口进入第二腔室,三角转子压缩机的介质进口处的低压与进气口处的高压形成的压力差驱使三角转子正向旋转;
步骤S2:所述三角转子压缩机的三角转子旋转使得第一腔室与进气口连通,高压气由进气口进入第一腔室与低压介质混合形成混合介质;
步骤S3:所述三角转子压缩机的三角转子旋转压缩第一腔室中的混合介质;
步骤S4:所述三角转子压缩机的三角转子旋转使得第一腔室与排出口连通,所述混合介质由所述排出口输送至外输管线。
可选地,所述排出口与分离器的进液口连通,所述分离器的出气口与外输管线连通,所述分离器的出油口与介质进口连通;
所述步骤S4还包括:
所述混合介质由所述排出口向分离器的进液口输送,所述分离器输出的油液经过定压和冷却后输送至三角转子压缩机的介质进口,所述分离器分离出的气体经出气口排出至外输管线。
本申请还提供一种气井排液装置,包括三角转子压缩机,所述三角转子压缩机的缸体上开设有介质进口、进气口和排出口,所述缸体内设置的三角转子正向旋转且反向锁止,所述介质进口与油管的低压介质出口连通,所述进气口与套管的高压气出口连通,所述排出口与外输管线连通;
所述油管中的低压介质进入三角转子压缩机的介质进口,套管中的高压气进入三角转子压缩机的进气口,三角转子压缩机的介质进口处的低压与进气口处的高压形成的压力差驱使三角转子正向旋转,所述三角转子压缩机对低压介质进行抽吸后与套管中的高压气混合形成混合介质,所述混合介质压缩后经排出口排出至外输管线。
可选地,所述排出口与分离器的进液口连通,所述分离器的出气口与外输管线连通,所述分离器的出油口与介质进口连通。
可选地,所述分离器的出油口与介质进口连通的管路上设置有定压阀。
可选地,所述分离器的出油口与介质进口连通的管路上设置有冷却单元。
可选地,所述气井排液装置还包括第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀,所述第一截止阀的一端通过管道与所述分离器的出油口相连接,第一截止阀的另一端通过管道与所述定压阀的一端相连接,所述第二截止阀的一端通过管道与所述定压阀的另一端相连接,所述第二截止阀的另一端通过管道与所述冷却单元相连接,所述第三截止阀的两端通过管道分别与所述分离器的出油口和所述冷却单元相连接从而形成所述定压阀的旁通支路。
可选地,所述分离器的溢流口与外输管线连通。
可选地,所述分离器内布置有溢流管道,所述溢流管道的外端口位于分离器外侧形成溢流口,所述溢流管道的内端口位于所述溢流口的下方且与所述进液口平齐。
可选地,所述分离器顶部的侧壁上设有出口通过管道与所述安全阀相连,所述分离器的底部的出液口与排污管线相连接,所述排污管线上设置有闸阀。
可选地,所述油管的低压介质出口和介质进口连通的管路与分离器的气体输送管路之间设置有单向阀,所述单向阀的导通方向为由油管的低压介质出口向外输管路方向导通。
可选地,所述油管的低压介质出口与所述介质进口连通的管路上设置有过滤器,所述过滤器与所述介质进口连通的管路上设置流量计。
可选地,所述高压气出口与进气口连通的管路上间隔布置有两个第一球阀,两个第一球阀之间设置有第一软管;所述低压介质出口与所述介质进口连通的管路上间隔布置有两个第二球阀,两个第二球阀之间设置有第二软管;所述出气口与外输管线上连通的管路上间隔布置有两个第三球阀,两个第三球阀之间设置有第三软管,所述低压介质出口与外输管线连通的管道上设置有第四球阀。
可选地,所述介质进口和排出口邻近布置且位于缸体的一侧,所述进气口位于缸体的一侧,所述三角转子压缩机的缸体的腔室内设置有三角转子,所述三角转子与缸体配合形成独立的第一、二、三腔室。
与现有技术相比,本申请的技术效果为:利用套管中的气压与油管中的压力差,能够实现三角转子压缩机的三角转子无动力运转,无需额外提供对气井中积液进行排出的动力,就能够完成气井中积液的排出,保证气井能够正常地进行天然气的生产,延长了天然气井的生产周期,提高了天然气井的天然气采收率,降低天然气的开采成本。
附图说明
图1为本申请三角转子压缩机排液过程的示意图;
图2为气井排液初始状态的示意图;
图3为气井排液状态的示意图;
图4a、4b、4c、4d和4e为三角转子压缩机的工作过程示意图。
附图标记中,10-三角转子压缩机,11-缸体,12-三角转子,111-介质进口,112-进气口,113-排出口;20-套管,21-高压气出口;30-油管,31-低压介质出口;40-单向阀;50-分离器,51-出气口,52-出油口,53-溢流口,54-安全阀,55-排污管线,551-闸阀,56-溢流管道,57-进液口;60-定压阀,61-第一截止阀,62-第二截止阀,63-第三截止阀;70-冷却单元;81-第一球阀,82-第二球阀,83-第三球阀,84-第四球阀,85-第一软管,86-第二软管,87-第三软管;90-外输管线。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式进行描述。
在本文中,“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系,而非限定这些相关部分的绝对位置。
在本文中,“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分,而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
在本文中,“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制,还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。
除非另有说明,本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围,也包括含于其中的若干子范围。
本申请提供一种气井排液装置,包括三角转子压缩机10,所述三角转子压缩机10的缸体11上开设有介质进口111、进气口112和排出口113,所述缸体11内设置的三角转子12正向旋转且反向锁止,所述介质进口111与油管30的低压介质出口31连通,所述进气口112与套管20的高压气出口21连通,所述排出口113与外输管线90连通。
所述油管30中的低压介质进入三角转子压缩机10的介质进口111,套管20中的高压气进入三角转子压缩机10的进气口112,三角转子压缩机10的介质进口111处的低压与进气口112处的高压形成的压力差驱使三角转子12正向旋转,所述三角转子压缩机10对低压介质进行抽吸后与套管20中的高压气混合形成混合介质,所述混合介质压缩后经排出口113排出至外输管线90。
图1示出了三角转子压缩机排液过程的示意图,地层水聚集于井底形成积液,影响气井的正常采气,套管20中的气压为P1,油管30中的压力为P2,套管20中的气压P1大于油管30中的压力为P2,通过设置三角转子压缩机10,将套管20的高压气出口21与三角转子压缩机10的进气口112连通,将油管30的低压介质出口31与三角转子压缩机10的介质进口111连通,由于所述缸体11内设置的三角转子12正向旋转且反向锁止,利用套管20中的气压P1与油管30中的压力P2的压力差,这样进气口112处的高压将驱动三角转子12沿着缸室体积增大的方向旋转,以实现所述三角转子12的正向旋转。
所述三角转子压缩机10对油管30中的介质进行抽吸直至图2示出的状态,油管30的压力P2降低,油管30内的液柱高度增加,套管20内液面高度下降,当套管20的液面下降到油管30底部时,参见图3所示,套管20内气体进入油管30,并携液升举至地面,向外排出一定量的积液后,油管30中的积液降低到一定程度,套管20内的高压气会大量向油管30涌入,达到气液喷发的状态,加快气井中积液的排出,当气井喷发排液到一定程度,则套管20与油管30的压力几乎相等,三角转子压缩机10的三角转子12停止运转,完成气井中积液的排出,恢复天然气的生产,延长了气井的生产周期,提高气井的天然气产量。
本申请上述技术方案中,利用套管20中的气压与油管30中的压力差,能够实现三角转子压缩机10的三角转子12无动力运转,无需额外提供对气井中积液进行排出的动力,就能够完成气井中积液的排出,保证气井能够正常地进行天然气的生产,降低天然气的开采成本。
所述排出口113与分离器50的进液口57连通,所述分离器50的出气口51与外输管线90连通,所述分离器50的出油口52与介质进口111连通。
通过设置分离器50,实现排出口113排出混合介质中的气液分离,分离器50可以预先充装轻质油,分离器50的出油口52与介质进口111连通,轻质油输送至三角转子压缩机10的腔室中,分离器50输送的轻质油能够对三角转子压缩机10进行润滑和冷却,确保三角转子压缩机10能够稳定地运转,减轻三角转子压缩机10的磨损,进而延长三角转子压缩机10的使用寿命。
所述分离器50的出油口52与介质进口111连通的管路上设置有定压阀60。
分离器50的运行压力即外输管线90的管网压力,因此,从分离器50输送出的轻质油首经过定压阀60,对轻质油的压力进行调节,最终喷入三角转子压缩机10的介质进口111,确保三角转子压缩机10稳定地运行。
所述分离器50的出油口52与介质进口111连通的管路上设置有冷却单元70。
所述冷却单元70即为热交换装置,对分离器50输出的油液进行冷却,这样降温后的油液进入三角转子压缩机10的腔室中,提高三角转子压缩机10的冷却效果,进一步延长三角转子压缩机10的使用寿命。
所述冷却单元70具体可以为列管式冷却器、板式冷却器或风冷式冷却器,可以根据实际的工况,对冷却单元70的类型进行选择。
所述气井排液装置还包括第一截止阀61、第二截止阀62和第三截止阀63,所述第一截止阀61的一端通过管道与所述分离器50的出油口52相连接,第一截止阀61的另一端通过管道与所述定压阀60的一端相连接,所述第二截止阀62的一端通过管道与所述定压阀60的另一端相连接,所述第二截止阀62的另一端通过管道与所述冷却单元70相连接,所述第三截止阀63的两端通过管道分别与所述分离器50的出油口52和所述冷却单元70相连接从而形成所述定压阀60的旁通支路。
所述分离器50的溢流口53与外输管线90连通。
所述分离器50内布置有溢流管道56,所述溢流管道56的外端口位于分离器50外侧形成溢流口53,所述溢流管道56的内端口位于所述溢流口53的下方且与所述进液口57平齐。
所述分离器50可以为立式分离器,通过三角转子压缩机10的排出口113将增压后的天然气、过饱和液滴的混合介质输送至分离器50中,混合介质中的天然气形成气泡自下往上运动,此过程会将携带的油及过饱和液滴截流,其中水会沉降到分离器50底部,而油浮于水面,截流后积存在分离器50中多余液体将自分离器50的溢流口53混入气体输送管路中,从而维持分离器50内液位恒定。
所述分离器50顶部的侧壁上设有出口通过管道与所述安全阀54相连,所述分离器50的底部的出液口与排污管线55相连接,所述排污管线55上设置有闸阀551。
通过设置安全阀54,确保所述分离器50中的压力始终处于安全值的范围内内。
所述油管30的低压介质出口31和介质进口111连通的管路与分离器50的气体输送管路53之间设置有单向阀40,所述单向阀40的导通方向为由油管30的低压介质出口31向外输管路90方向导通。
外输管线90的管网压力高于气井中油管30压力,单向阀40阻止外输管线90中的介质倒流,利用三角转子压缩机10使得气井排液的快速进行。当气井喷发排液直至所述套管20与油管30的压力差无法推动三角转子12运转,三角转子压缩机10的三角转子12停止运转,气井中油管30压力高于外输管线90的管网压力,所述油管30中的天然气携液自低压介质出口31通过单向阀40进入外输管线90,确保气井排液的进行,以延长了天然气井的生产周期,降低天然气的开采成本。
所述油管30的低压介质出口31与所述介质进口111连通的管路上设置有过滤器32。
所述过滤器32为管道过滤器,所述过滤器32过滤对天然气或原油里的井底携砂进行过滤,防止井底携砂进入三角转子压缩机10中,避免井底携砂对缸体11和三角转子12磨损,确保三角转子压缩机10能够稳定地运转,并且延长三角转子压缩机10的使用寿命。
所述过滤器32与所述介质进口111连通的管路上设置流量计33。
所述流量计33对过滤后的天然气或原油进行计量。
所述高压气出口21与进气口112连通的管路上间隔布置有两个第一球阀81,两个第一球阀81之间设置有第一软管85;所述低压介质出口31与所述介质进口111连通的管路上间隔布置有两个第二球阀82,两个第二球阀82之间设置有第二软管86;所述出气口51与外输管线90上连通的管路上间隔布置有两个第三球阀83,两个第三球阀83之间设置有第三软管87,所述低压介质出口31与外输管线90连通的管道上设置有第四球阀84,所述第四球阀84为常闭。
所述介质进口111和排出口113邻近布置且位于缸体11的一侧,所述进气口112位于缸体11的一侧,所述三角转子压缩机10的缸体11的腔室内设置有三角转子12,所述三角转子12与缸体11配合形成独立的第一、二、三腔室。
下面对三角转子压缩机10的具体工作过程作具体说明。
图4a中油管30中的低压介质由介质进口111进入第一腔室a中,套管20中的高压气由进气口112进入第二腔室b,排出口113与第三腔室c连通,第一腔室a中的低压与第二腔室b中的高压形成压力差。
图4b中所述第二腔室b中的高压将驱动三角转子12沿着第二腔室b体积增大的方向旋转,由于三角转子12正向旋转且反向锁止,所述三角转子12将正向旋转,三角转子12旋转使得第一腔室a形成封闭的腔室。
图4c中套管20中高压气进入三角转子压缩机10的第一腔室a并与低压介质混合形成混合介质。
图4d中三角转子12正向旋转,第一腔室a的体积减小,第一腔室a中的混合介质被压缩。
图4e中第一腔室a中的高压气与低压介质的混合介质被增压后排出至分离器50。
本申请还提供一种气井排液方法,用于气井排液装置,所述气井排液装置包括三角转子压缩机10,所述三角转子压缩机10的缸体11上开设有介质进口111、进气口112和排出口113,所述缸体11内设置的三角转子12正向旋转且反向锁止,所述介质进口111与油管30的低压介质出口31连通,所述进气口112与套管20的高压气出口21连通,所述排出口113与外输管线90连通;
所述方法包括下述步骤:
步骤S1:所述油管30中的低压介质由三角转子压缩机10的介质进口111进入第一腔室,套管20中的高压气由三角转子压缩机10的进气口112进入第二腔室,三角转子压缩机10的介质进口111处的低压与进气口112处的高压形成的压力差驱使三角转子12正向旋转;
步骤S2:所述三角转子压缩机10的三角转子12旋转使得第一腔室与进气口112连通,高压气由进气口112进入第一腔室与低压介质混合形成混合介质;
步骤S3:所述三角转子压缩机10的三角转子12旋转压缩第一腔室中的混合介质;
步骤S4:所述三角转子压缩机10的三角转子12旋转使得第一腔室与排出口113连通,所述混合介质由所述排出口113输送至外输管线90。
本申请上述技术方案中,利用介质进口111处与进气口112处的压力差,能够实现三角转子压缩机10的三角转子12无动力运转,无需额外提供对气井中积液进行排出的动力,就能够完成气井中积液的排出,保证气井能够正常地进行天然气的生产,降低天然气的开采成本。
所述排出口113与分离器50的进液口57连通,所述分离器50的出气口51与外输管线90连通,所述分离器50的出油口52与介质进口111连通;
所述步骤S4还包括:
所述混合介质由所述排出口113向分离器50的进液口57输送,所述分离器50输出的油液经过定压和冷却后输送至三角转子压缩机10的介质进口111,所述分离器50分离出的气体经出气口51排出至外输管线90。
通过将油液经过定压和冷却后再输送至三角转子压缩机10的介质进口111,对轻质油的压力进行调节,最终喷入三角转子压缩机10的介质进口111对三角转子压缩机10进行润滑,并且对分离器50输出的油液进行冷却,这样降温后的油液进入三角转子压缩机10的腔室中,提高三角转子压缩机10的冷却效果,确保三角转子压缩机10运行的稳定性,大幅延长三角转子压缩机10的使用寿命。
上面结合附图对本申请优选的具体实施方式和实施例作了详细说明,但是本申请并不限于上述实施方式和实施例,在本领域技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本申请构思的前提下做出各种变化。