CN111502620A - 排水采气用泡排球智能投放装置 - Google Patents

排水采气用泡排球智能投放装置 Download PDF

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郭鸣
张文华
冯强
杨晓勇
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Abstract

本发明公开了一种排水采气用泡排球智能投放装置，其包括料仓、插管总成和控制平台；料仓包括料筒、转盘、固定盘、驱动机构和泄压阀；插管总成包括内插管、外插管、电动推杆、锁块、电动闸阀、固体流量计、压力传感器一和压力传感器二；控制平台分别与驱动机构、电动推杆、固体流量计、电动闸阀、压力传感器一和压力传感器二连接。该投放装置能够满足一次井筒改造所需的泡排球的总剂量并且能够在限定时间内完成投放，保障了施工的连续性，同时在投放完成后能快速地拆除该装置，实现快速关井的目的。

Description

排水采气用泡排球智能投放装置
技术领域
本发明涉及天然气开采领域，尤其是一种排水采气用泡排球智能投放装置。
背景技术
气藏在开发过程中，随着气体产出，地层压力不断下降，产气量也会逐渐下降，最终导致气体将不能够把液体从井筒中带出，从而造成井底积液。目前广泛采用的泡沫排水采气工艺，即通过地面的设备向井筒内注入泡沫助采剂，降低井内积液的表、界面张力，使其呈低表面张力和高表面粘度的状态，利用井内自生气体或注入外部气源产生泡沫。由于气体与液体的密度相差很大，液体中的气泡很快上升至液面，使液体以泡沫的方式被带出，达到排出井内积液的目的。另外，泡排剂采用的性状及形状是现场投放的技术关键，针对不同的药剂形式确定不同的投放工艺，满足不同井况需求，都具有一定的局限性，并且制约了泡排剂的进一步推广应用，是现阶段排水采气工艺需要解决的主要技术问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种排水采气用泡排球智能投放装置，该投放装置能够满足一次井筒改造所需的泡排球的总剂量并且能够在限定时间内完成投放，保障了施工的连续性，同时在投放完成后能快速地拆除该装置，实现快速关井的目的。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种排水采气用泡排球智能投放装置，包括料仓、插管总成和控制平台；
所述料仓包括料筒、转盘、固定盘、驱动机构和泄压阀，其中料筒包括筒体和筒盖，筒盖可拆卸地密封安装在筒体上端的开口处，筒体的内腔底部向下突出形成有一圆锥面，圆锥面的中部朝下竖向设有一连接口，且连接口一次仅能允许一个泡排球通过；转盘和固定盘的外径与筒体的内径相匹配，固定盘固接在筒体的内腔下部，转盘在驱动机构的带动下能够转动地设置在固定盘的上端，转盘和固定盘上均开有圆孔，在驱动机构的带动下转盘上的圆孔能够和固定盘上的圆孔重合以便于筒体内的泡排球能够经圆孔进入到连接口内，且每个圆孔一次仅能允许一个泡排球通过；泄压阀固接在筒盖上且用于为筒体内部泄压；
所述插管总成包括内插管、外插管、电动推杆、锁块、电动闸阀、固体流量计、压力传感器一和压力传感器二，其中内插管上端套装并固接在筒体下部的连接口上、下端匹配地定位插装在外插管内，内插管的外壁上还形成有凹槽；外插管竖向固接在采气树上且两者内腔相通并构成了投球通道；电动推杆横向固接在外插管的外壁上部，锁块固接在电动推杆输出端上，外插管的外壁上还开有通孔，且内插管插装在外插管内后通孔的位置与凹槽的位置相对应，锁块在电动推杆的带动下横向移动并能够穿过通孔插入至凹槽内以实现内插管和外插管之间的锁定；电动闸阀设置在外插管外壁上并用于控制外插管内腔的通断；固体流量计固接在外插管的外壁上且位于电动闸阀上方并用于计量及显示投至井筒内泡排球的总重量；压力传感器一固接在外插管的外壁上且位于电动闸阀上方并用于监测外插管内腔上部的压力；压力传感器二固接在外插管的外壁上且位于电动闸阀下方并用于监测井筒内的压力；
所述控制平台分别与驱动机构、电动推杆、固体流量计、电动闸阀、压力传感器一和压力传感器二连接，其中驱动机构和电动推杆由控制平台控制启闭；固体流量计将采集的数据传输至控制平台用以处理、存储及显示；压力传感器二将采集的井筒压力数据传输至控制平台并与系统设定的安全值进行对比，若接近安全值时，控制平台即刻控制电动闸阀关闭投球通道，之后控制平台通过压力传感器一实时传输的压力数据来判断关井是否成功。
进一步地，所述驱动机构包括电机和转轴，其中电机固接在筒盖上，转轴竖向设置在筒体内，转轴的上端与筒盖可转动地连接且该端还固接在电机的输出端上，转轴的下端同轴固接在转盘的上端，通过电机的驱动可带动转盘随转轴一起旋转。
进一步地，所述转盘和固定盘上各自开有两个圆孔，其中转盘上的两个圆孔的上端周围均形成有锥面以便于引导泡排球进入到相应的圆孔内。
优选地，所述转盘上的两个圆孔关于转盘的中轴线对称设置，转盘转动后其上的两个圆孔能够同时与固定盘上的两个圆孔重合。
优选地，所述转盘上的两个圆孔关于转盘的中轴线不对称设置，转盘转动后其上的两个圆孔能够同时与固定盘上的两个圆孔重合。
优选地，所述转盘上的两个圆孔关于转盘的中轴线不对称设置，转盘转动后其上的两个圆孔交替地与固定盘上的两个圆孔一一对应的重合。
进一步地，所述外插管的上端外壁上还套装有一导引口，导引口呈喇叭口状且朝上设置以便于引导内插管插入至外插管内。
进一步地，所述内插管的外壁上还设有台阶，安装时内插管通过台阶与外插管的上部端口相配合以实现定位插装。
进一步地，所述内插管的外壁上的凹槽为两个对称设置的圆形槽，或者所述内插管的外壁上的凹槽为一个环形槽。
进一步地，所述外插管的外壁上的通孔为两个且对称设置，相应地，两个通孔与两个圆形槽一一对应设置或者两个通孔均与环形槽对应设置；所述电动推杆和锁块均为两个且各自对称设置，相应地，两个锁块在各自对应的电动推杆带动下能够一一对应地穿过两个通孔插入至两个圆形槽内或是环形槽内。
本发明的有益效果是：
(1)该装置能够解决泡排球在其出口处的堆积情况；
(2)投球速度能够进行控制，实现泡排球依次顺利进入井筒内；
(3)由电机带动料仓内转盘旋转，便于控制料仓开关；
(4)该装置的容积能够满足单次投放泡排球的数量，施工投放过程中无需填料，确保投放装置的密封性；
(5)该装置带有固体流量计，能够精确显示投进井内泡排球的重量；
(6)该装置与采气树井口的连接处，带有锁紧装置，确保设备运行的稳定性；
(7)该装置具有紧急关停的功能，压力传感器监测到井筒内压力升高时，自动启动电动闸阀关闭投放通道；
(8)该装置采用远程有线控制，其运行动力由发电机提供；
(9)该装置的电控元件相互感应控制，实现投放过程的智能一体化；
(10)投放过程中无需人工手动带压操作，确保现场操作人员的安全；
(11)该装置在施工现场能实现快速安装拆卸，便于运输。
附图说明
图1为本发明排水采气用泡排球智能投放装置的整体结构示意图；
图2为本发明中料仓的结构示意图；
图3为本发明中转盘和固定盘上圆孔分布的第一种实施例的结构示意图；
图4为本发明中转盘和固定盘上圆孔分布的第二种实施例的结构示意图；
图5为本发明中转盘和固定盘上圆孔分布的第三种实施例的结构示意图；
图6为本发明中插管总成的结构示意图。
其中，1-料仓，2-插管总成，3-电机，4-泄压阀，5-转轴，6-料筒，7-转盘，8-固定盘，9-内插管，10-导引口，11-锁块，12-电动推杆，13-外插管，14-压力传感器一，15-电动闸阀，16-固体流量计，17-压力传感器二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
参见图1，本发明的一种排水采气用泡排球智能投放装置主要由料仓1、插管总成2和控制平台(图中未示)三个部分组成。
如图2所示，料仓1主要包括：电机3，泄压阀4，转轴5，料筒6，转盘7，固定盘8。
料筒6包括筒体和筒盖，筒盖螺纹密封安装在筒体上端的开口处，筒体的内腔底部向下突出形成有一圆锥面，圆锥面的中部朝下竖向设有一连接口，圆锥面的设计利于将泡排球引导至连接口，连接口的内径略大于泡排球的直径且一次仅能允许一个泡排球通过。
电机3固接在筒盖上，转轴5竖向设置在筒体内，转轴5的上端与筒盖可转动地连接且该端还固接在电机3的输出端上，转轴5的下端同轴固接在转盘7的上端，通过电机3的驱动可带动转盘7随转轴5一起旋转。
转盘7和固定盘8的外径与筒体的内径相匹配，固定盘8固接在筒体的内腔下部，转盘7在电机3的带动下能够转动地设置在固定盘8的上端，转盘7和固定盘8上均开有圆孔，在电机3的带动下转盘7上的圆孔能够和固定盘8上的圆孔重合以便于筒体内的泡排球能够经圆孔进入到连接口内，继而掉落进入井筒，圆孔的直径略大于泡排球的直径且一次仅能允许一个泡排球通过；泄压阀4固接在筒盖上且用于为筒体内部泄压。
如图3至图5所示，示出了转盘和固定盘上圆孔分布的多个实施例：转盘7和固定盘8上各自开有两个圆孔，其中转盘7上的两个圆孔的上端周围均形成有锥面以便于引导泡排球进入到相应的圆孔内。
如图3所示，优选地，所述转盘7上的两个圆孔关于转盘7的中轴线对称设置，转盘7转动后其上的两个圆孔能够同时与固定盘8上的两个圆孔重合；这样的布局可以使得转盘7在旋转一圈后，转盘7上的两个圆孔可各自实现两次投球，且从转盘7上的两个圆孔投下的泡排球能够同时下落至连接口内。
如图4所示，优选地，所述转盘7上的两个圆孔关于转盘7的中轴线不对称设置，转盘7转动后其上的两个圆孔能够同时与固定盘8上的两个圆孔重合；这样的布局可以使得转盘7在旋转一圈后，转盘7上的两个圆孔可各自实现一次投球，且从转盘7上的两个圆孔投下的泡排球同时下落但能够先后交替地进入至连接口内。
如图5所示，优选地，所述转盘7上的两个圆孔关于转盘7的中轴线不对称设置，转盘7转动后其上的两个圆孔交替地与固定盘8上的两个圆孔一一对应的重合；这样的布局可以使得转盘7在旋转一圈后，转盘7上的两个圆孔可各自实现一次投球，且从转盘7上的两个圆孔投下的泡排球分时段依次下落且能够先后交替地进入至连接口内。
如图6所示，插管总成2主要包括：内插管9，导引口10，锁块11，电动推杆12，外插管13，压力传感器一14，电动闸阀15，固体流量计16，压力传感器二17。
内插管9上端套装并固接在筒体下部的连接口上、下端匹配地定位插装在外插管13内，内插管9的外壁上还设有台阶，安装时内插管9通过台阶与外插管13的上部端口相配合以实现定位插装。内插管9的外壁上还形成有凹槽用于与外插管13的锁定。
外插管13竖向固接在采气树上且两者内腔相通并构成了投球通道，外插管13的外壁上还开有通孔，用于与内插管9装配固定。外插管13的上端外壁上还套装有一导引口10，导引口10呈喇叭口状且朝上设置以便于引导内插管9插入至外插管13内。
锁块11能够横向往复移动地安装在导向套内，导向套固接在外插管13的外壁上部，电动推杆12通过连接板固接在导向套上并一同固接在外插管13上。锁块11固接在电动推杆12输出端上，且内插管9插装在外插管13内后通孔的位置与凹槽的位置相对应，锁块11在电动推杆12的带动下横向移动并能够穿过通孔插入至凹槽内以实现内插管9和外插管13之间的锁定；另外，凹槽为两个对称设置的圆形槽或者凹槽为一个环形槽，相应地，外插管13的外壁上的通孔为两个且对称设置，相应地，两个通孔与两个圆形槽一一对应设置或者两个通孔均与环形槽对应设置；电动推杆12和锁块11均为两个且各自对称设置，相应地，两个锁块11在各自对应的电动推杆12带动下能够一一对应地穿过两个通孔插入至两个圆形槽内或是环形槽内，通过两个锁块11实现内插管9和外插管13的固定，能够使装配后的结构更加稳固。
电动闸阀15设置在外插管13外壁上并用于控制外插管13内腔的通断。固体流量计16固接在外插管13的外壁上且位于电动闸阀15上方并用于计量及显示投至井筒内泡排球的总重量。压力传感器一14固接在外插管13的外壁上且位于电动闸阀15上方并用于监测外插管13内腔上部的压力。压力传感器二17固接在外插管13的外壁上且位于电动闸阀15下方并用于监测井筒内的压力。如井筒内的压力升至系统设定安全值，控制平台会智能启动电动闸阀15关闭投球通道，压力传感器一14显示压力是否继续升高，以判断关井是否成功。电机3、电动推杆12、固体流量计16、压力传感器一14、压力传感器二17及电动闸阀15均与控制平台通过有线连接，实现控制平台的智能化远程控制。
料仓1内装满一次需要向井内投放的泡排球，泡排球整齐排放于转盘7之上，转盘7与固定盘8上分别开有两个圆孔，其直径略大于泡排球直径，装料前，转盘7与固定盘8之间的圆孔错开一定角度，使得泡排球不能掉落。料仓1与内插管9通过油管扣连接。外插管13通过油管扣与采气树连接。
将装满泡排球的料仓1通过吊车吊放，将料仓1上的内插管9插入外插管13上的导引口10位置，内插管9上装有密封胶圈，保证了内、外插管之间的密封性。内插管9插入后，通过控制平台远程操作电器控制面板启动电动推杆12，由电动推杆12推动锁块11，将锁块11推至预先设计的凹槽位置，将内插管9锁定，保证投放装置在投球过程中的稳定性。通过控制平台启动料仓上端的电机3带动转轴5旋转，转轴5带动安装于其底端的转盘7旋转，当转盘7上的两个圆孔与固定盘8上的两个圆孔对准时，泡排球经由圆孔掉落，从料仓1进入内、外插管，从而进入井筒内，依次顺序将料仓1内的泡排球投放完成。投球过程中，每个经过固体流量计16的球体都被计入重量，从而显示投放的总重量，以便与装入料仓1的重量进行核对，以判断投球操作是否完成。投球完成后关闭采气树主闸门，通过料仓1上端安装的泄压阀4进行泄压，当料仓1内压力释放至正常气压时，启动电动推杆12向反方向收缩，锁块11从凹槽内弹出，解除内、外插管的锁定结构，通过吊车吊装的方式，将料仓1与内插管9从外插管13拔出完成料仓1的拆卸。再拆卸外插管13，将外插管13从采气树顶端取下，此时完成泡排球的投放操作。
如井筒内出现随着投入泡排球而压力增高的情况，可以通过外插管13上安装的压力传感器二17实时监测井筒的压力，如果接近系统设定安全值时，即刻通过控制平台远程启动电动闸阀15，电动闸阀的闸板将关闭外插管13的内通道，并且通过采气树的关井阀门进行关井，关井后，由压力传感器一14显示的压力值是否继续升高判断关井是否成功。
本发明的目的在于提供一种排水采气用泡排球智能投放装置，主要针对采用的球形泡排剂即泡排球，从气井井口顺利投放至油管内，到达井底后与井内积液发生化学反应后产生大量气泡，将井内积液以泡沫形式排出井筒，从而达到排液产气的目的。根据采气树井口结构，设计投球装置与该尺寸采气树的连接形式，能够实现快捷便捷的安装操作。该投放装置能够满足一次井筒改造所需的泡排球的总剂量并且能够在限定时间内完成投放，保障了施工的连续性，同时在投放完成后能快速地拆除该装置，实现快速关井的目的。
本发明的研究成果能够广泛应用于气藏开发，能够快速实现将泡排球完整有效的投放至井筒内，便于完成井内的排水采气工艺过程，对于老气井的二次开发具有一定的应用前景。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，包括料仓、插管总成和控制平台；
所述料仓包括料筒、转盘、固定盘、驱动机构和泄压阀，其中料筒包括筒体和筒盖，筒盖可拆卸地密封安装在筒体上端的开口处，筒体的内腔底部向下突出形成有一圆锥面，圆锥面的中部朝下竖向设有一连接口，且连接口一次仅能允许一个泡排球通过；转盘和固定盘的外径与筒体的内径相匹配，固定盘固接在筒体的内腔下部，转盘在驱动机构的带动下能够转动地设置在固定盘的上端，转盘和固定盘上均开有圆孔，在驱动机构的带动下转盘上的圆孔能够和固定盘上的圆孔重合以便于筒体内的泡排球能够经圆孔进入到连接口内，且每个圆孔一次仅能允许一个泡排球通过；泄压阀固接在筒盖上且用于为筒体内部泄压；
所述插管总成包括内插管、外插管、电动推杆、锁块、电动闸阀、固体流量计、压力传感器一和压力传感器二，其中内插管上端套装并固接在筒体下部的连接口上、下端匹配地定位插装在外插管内，内插管的外壁上还形成有凹槽；外插管竖向固接在采气树上且两者内腔相通并构成了投球通道；电动推杆横向固接在外插管的外壁上部，锁块固接在电动推杆输出端上，外插管的外壁上还开有通孔，且内插管插装在外插管内后通孔的位置与凹槽的位置相对应，锁块在电动推杆的带动下横向移动并能够穿过通孔插入至凹槽内以实现内插管和外插管之间的锁定；电动闸阀设置在外插管外壁上并用于控制外插管内腔的通断；固体流量计固接在外插管的外壁上且位于电动闸阀上方并用于计量及显示投至井筒内泡排球的总重量；压力传感器一固接在外插管的外壁上且位于电动闸阀上方并用于监测外插管内腔上部的压力；压力传感器二固接在外插管的外壁上且位于电动闸阀下方并用于监测井筒内的压力；
所述控制平台分别与驱动机构、电动推杆、固体流量计、电动闸阀、压力传感器一和压力传感器二连接，其中驱动机构和电动推杆由控制平台控制启闭；固体流量计将采集的数据传输至控制平台用以处理、存储及显示；压力传感器二将采集的井筒压力数据传输至控制平台并与系统设定的安全值进行对比，若接近安全值时，控制平台即刻控制电动闸阀关闭投球通道，之后控制平台通过压力传感器一实时传输的压力数据来判断关井是否成功。
2.根据权利要求1所述的排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，所述驱动机构包括电机和转轴，其中电机固接在筒盖上，转轴竖向设置在筒体内，转轴的上端与筒盖可转动地连接且该端还固接在电机的输出端上，转轴的下端同轴固接在转盘的上端，通过电机的驱动可带动转盘随转轴一起旋转。
3.根据权利要求1所述的排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，所述转盘和固定盘上各自开有两个圆孔，其中转盘上的两个圆孔的上端周围均形成有锥面以便于引导泡排球进入到相应的圆孔内。
4.根据权利要求3所述的排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，所述转盘上的两个圆孔关于转盘的中轴线对称设置，转盘转动后其上的两个圆孔能够同时与固定盘上的两个圆孔重合。
5.根据权利要求3所述的排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，所述转盘上的两个圆孔关于转盘的中轴线不对称设置，转盘转动后其上的两个圆孔能够同时与固定盘上的两个圆孔重合。
6.根据权利要求3所述的排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，所述转盘上的两个圆孔关于转盘的中轴线不对称设置，转盘转动后其上的两个圆孔交替地与固定盘上的两个圆孔一一对应的重合。
7.根据权利要求1所述的排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，所述外插管的上端外壁上还套装有一导引口，导引口呈喇叭口状且朝上设置以便于引导内插管插入至外插管内。
8.根据权利要求1所述的排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，所述内插管的外壁上还设有台阶，安装时内插管通过台阶与外插管的上部端口相配合以实现定位插装。
9.根据权利要求1所述的排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，所述内插管的外壁上的凹槽为两个对称设置的圆形槽，或者所述内插管的外壁上的凹槽为一个环形槽。
10.根据权利要求9所述的排水采气用泡排球智能投放装置，其特征在于，所述外插管的外壁上的通孔为两个且对称设置，相应地，两个通孔与两个圆形槽一一对应设置或者两个通孔均与环形槽对应设置；所述电动推杆和锁块均为两个且各自对称设置，相应地，两个锁块在各自对应的电动推杆带动下能够一一对应地穿过两个通孔插入至两个圆形槽内或是环形槽内。
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