CN112646622B - 一种气井井口雾化加药装置及输气系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气田开采技术领域，具体涉及一种气井井口雾化加药装置及输气系统。加药装置在使用时连接于地面输气管线上，具有供产出流体进入的装置进口和供除硫后的气体或气液混合物流出的装置出口，加药装置包括：除硫结构，包括除硫壳体，除硫壳体具有除硫内腔，除硫壳体设有与除硫内腔连通的所述装置出口；除硫剂输送通道，设有用于向除硫内腔中喷射除硫剂喷雾以对气体进行除硫的雾化喷头；气液分离器，设于除硫结构的上游，用于将产出流体中的气、液进行分离，设有所述装置进口，还设有将分离后的气体输送至除硫内腔中的气液分离器出口。与现有技术相比，不再有液体的干扰，保证气体和除硫剂之间能够均匀混合以进行反应，进而消除掉硫化氢。

Description

一种气井井口雾化加药装置及输气系统

技术领域

本发明涉及气田开采技术领域，具体涉及一种气井井口雾化加药装置及输气系统。

背景技术

在开发含硫气藏时，针对低微含硫气藏，为了在气井井口消除掉流体中的硫化氢，达到经济除硫的目的，现有技术中采用井口加药的方式，除硫剂与产出流体混合反应，从而降低硫化氢浓度至国家天然气二类气标准范围内。目前的一种方法如授权公告号为CN208605935U的中国实用新型专利所示，其具体公开了一种井口除硫系统，通过加装雾化装置来实现除硫剂与产出流体的混合，使用时，将除硫剂泵送至雾化装置的雾化喷头，雾化喷头朝产出流体喷射，与流体中的硫化氢进行反应，消除流体中的硫化氢。而通常地，井口除硫系统是串接在采气树和地面输气管线之间的。

虽然现有技术中的井口除硫系统能够对流体中的硫化氢进行去除，但是在使用时仍然存在一些弊端，气井产出流体中包含气体和液体，而硫化氢气体大多混入气体中进行输送，由于液体的存在，导致气体与除硫剂喷雾无法均匀混合以进行除硫反应，导致除硫效果变差、效率变低，为保证除硫效果，需加大除硫剂的使用量，而又由于气井中产液量不规律，为保证除硫效果，需进一步加大除硫剂的使用量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气井井口雾化加药装置，以解决现有技术中除硫效果差的技术问题；还提供一种输气系统，以解决现有技术中除硫效果差的技术问题。

为实现上述目的，本发明气井井口雾化加药装置的技术方案是：一种气井井口雾化加药装置，加药装置在使用时连接于地面输气管线上，具有供产出流体进入的装置进口和供除硫后的气体或气液混合物流出的装置出口，加药装置包括：

除硫结构，包括除硫壳体，除硫壳体具有除硫内腔，除硫壳体设有与除硫内腔连通的所述装置出口；

除硫剂输送通道，设有用于向除硫内腔中喷射除硫剂喷雾以对气体进行除硫的雾化喷头；

气液分离器，设于除硫结构的上游，用于将产出流体中的气、液进行分离，设有所述装置进口，还设有将分离后的气体输送至除硫内腔中的气液分离器出口。

本发明的有益效果是：在除硫结构的上游设置气液分离器，通过气液分离器可以将产出流体进行气液分离，大部分的硫化氢均混合在气体中，针对气体专门喷洒除硫剂，与现有技术相比，不再有液体的干扰，保证气体和除硫剂之间能够均匀混合以进行反应，进而消除掉硫化氢，保证向下游输送的气体或气液混合物中含硫量大幅度减小甚至是不含硫。

进一步地，气液分离器包括气液分离器壳体，气液分离器壳体中设有由装置进口至气液分离器出口倾斜向下延伸的通道，气液分离器还包括设于通道内的导流板，所述导流板沿所述通道的延伸方向螺旋延伸。采用螺旋延伸的导流板实现气液的分离，利用产出流体自身流动的流速实现分离，不需要外置动力源。

进一步地，除硫内腔包括除硫剂混合室，所述雾化喷头设于除硫剂混合室中，除硫内腔还包括将除硫剂混合室中的气体引向装置出口的气体流道，气体流道的进口设于除硫剂混合室的顶端。通过除硫剂混合室实现气体与除硫剂的混合，气体流道为气体和除硫剂的进一步混合反应提供场所，以此来进一步增强除硫效果。

进一步地，所述气体流道具有弯曲延伸以延长气体流动长度的弯曲流道，所述弯曲流道上下延伸，且气体流道与除硫剂混合室沿水平方向并排布置。弯曲流道能够延伸分离液体后的气体与除硫剂反应的流动长度，保证气体和除硫剂能够更加充分的混合以进行除硫，同时气体流道和除硫剂水平并排布置，占用空间更小，整体结构更加紧凑。

进一步地，加药装置还包括用于向气体流道中输送清洗液的清洗液输送通道。设置清洗液输送通道后能够定期对弯曲流道进行清洗，以保持弯曲流道通畅干净，也可临时作为除硫药剂加注通道。

进一步地，所述气液分离器出口用于供分离后的气体和液体均进入所述除硫剂混合室中，除硫剂内腔还包括沿气体流动方向设于气体流道下游的气液混合室，气液混合室与所述装置出口相连，加药装置还包括连通除硫剂混合室底部与气液混合室的液体通道，气体通道的气体出口用于朝由液体通道流出的液体喷吹气体。气体和液体在分离后在气液混合室中再次进行混合，一起进行输送，而气体能够朝液体喷吹气体，对液体进行吹扫扰动，使气体中残留的除硫剂与对溶于液体中的硫化氢进行混合反应进行除硫，进一步减小流体中的含硫量。

进一步地，气体通道具有所述气体出口，液体通道具有液体出口，液体出口设于气体出口的上方。液体出口位于气体出口的上方，利用液体自重作用自动下落，便于对液体进行吹扫扰动。

进一步地，气体通道的延伸长度大于液体通道的延伸长度。气体通道的延伸长度较长，便于对气体进行充分地除硫。

进一步地，气体通道的横截面面积大于液体通道的横截面面积。产出流体中气体含量大于液体含量，气体通道的横截面面积更大，防止对气体的流动造成较大的阻力。

本发明输气系统的技术方案是：一种输气系统，包括采气树和地面输气管线，还包括布置在两者之间的气井井口雾化加药装置，气井井口雾化加药装置具有供产出流体进入的装置进口和供除硫后的气体或气液混合物流出的装置出口，加药装置包括：

除硫结构，包括除硫壳体，除硫壳体具有除硫内腔，除硫壳体设有与除硫内腔连通的所述装置出口；

除硫剂输送通道，设有用于向除硫内腔中喷射除硫剂喷雾以对气体进行除硫的雾化喷头；

气液分离器，设于除硫结构的上游，用于将产出流体中的气、液进行分离，设有所述装置进口，还设有将分离后的气体输送至除硫内腔中的气液分离器出口。

本发明的有益效果是：在除硫结构的上游设置气液分离器，通过气液分离器可以将产出流体进行气液分离，大部分的硫化氢均混合在气体中，针对气体专门喷洒除硫剂，与现有技术相比，不再有液体的干扰，保证气体和除硫剂之间能够均匀混合以进行反应，进而消除掉硫化氢，保证向下游输送的气体或气液混合物中含硫量大幅度减小甚至是不含硫。

进一步地，气液分离器包括气液分离器壳体，气液分离器壳体中设有由装置进口至气液分离器出口倾斜向下延伸的通道，气液分离器还包括设于通道内的导流板，所述导流板沿所述通道的延伸方向螺旋延伸。采用螺旋延伸的导流板实现气液的分离，利用产出流体自身流动的流速实现分离，不需要外置动力源。

进一步地，除硫内腔包括除硫剂混合室，所述雾化喷头设于除硫剂混合室中，除硫内腔还包括将除硫剂混合室中的气体引向装置出口的气体流道，气体流道的进口设于除硫剂混合室的顶端。通过除硫剂混合室实现气体与除硫剂的混合，气体流道为气体和除硫剂的进一步混合反应提供场所，以此来进一步增强除硫效果。

进一步地，所述气体流道具有弯曲延伸以延长气体流动长度的弯曲流道，所述弯曲流道上下延伸，且气体流道与除硫剂混合室沿水平方向并排布置。弯曲流道能够延伸分离液体后的气体与除硫剂反应的流动长度，保证气体和除硫剂能够更加充分的混合以进行除硫，同时气体流道和除硫剂水平并排布置，占用空间更小，整体结构更加紧凑。

进一步地，加药装置还包括用于向气体流道中输送清洗液的清洗液输送通道。设置清洗液输送通道后能够定期对弯曲流道进行清洗，以保持弯曲流道通畅干净，也可临时作为除硫药剂加注通道。

进一步地，所述气液分离器出口用于供分离后的气体和液体均进入所述除硫剂混合室中，除硫剂内腔还包括沿气体流动方向设于气体流道下游的气液混合室，气液混合室与所述装置出口相连，加药装置还包括连通除硫剂混合室底部与气液混合室的液体通道，气体通道的气体出口用于朝由液体通道流出的液体喷吹气体。气体和液体在分离后在气液混合室中再次进行混合，一起进行输送，而气体能够朝液体喷吹气体，对液体进行吹扫扰动，使气体中残留的除硫剂与对溶于液体中的硫化氢进行混合反应进行除硫，进一步减小流体中的含硫量。

进一步地，气体通道具有所述气体出口，液体通道具有液体出口，液体出口设于气体出口的上方。液体出口位于气体出口的上方，利用液体自重作用自动下落，便于对液体进行吹扫扰动。

进一步地，气体通道的延伸长度大于液体通道的延伸长度。气体通道的延伸长度较长，便于对气体进行充分地除硫。

进一步地，气体通道的横截面面积大于液体通道的横截面面积。产出流体中气体含量大于液体含量，气体通道的横截面面积更大，防止对气体的流动造成较大的阻力。

附图说明

图1为本发明气井井口雾化加药装置实施例1的示意图；

图2为本发明气井井口雾化加药装置实施例2的示意图；

图3为本发明气井井口雾化加药装置实施例3的示意图；

附图标记说明：1、除硫结构；2、进口连接法兰；3、出口连接法兰；4-1、第一阀门；4-2、第二阀门；4-3、第三阀门；4-4、第四阀门；5、导流挡板；6、除硫剂缓冲室；7、除硫剂管线；8、冲洗管线；9、雾化喷头；10、气液混合室；11、除硫剂混合室；12、气体流道；13、气液分离器；14、气液分离器壳体；15、除硫壳体；16、除硫壳体；17、气体流道；18、除硫剂混合室；19、雾化喷头；20、排液管线；21、雾化喷头；22、除硫剂混合室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的气井井口雾化加药装置的具体实施例1：

如图1所示，本发明的加药装置应用于低微含硫天然气开采领域，用来降低井口产出流体中的硫化氢含量至国家二类气标准范围。

加药装置包括沿着产出流体的输送方向依次相连的气液分离器13和除硫结构1，气液分离器13能够将产出流体中的气体和液体分开，并将分离后的气体和液体一起送到除硫结构1中，除硫结构1通过喷射除硫剂喷雾的方式将气体中的硫化氢进行反应去除。除硫结构1能够对分离出的气体进行喷雾除硫，并且除硫结构1设置有“S”形的气体流道12，延长除硫剂喷雾与气体中硫化氢之间的反应时间，提高除硫效果，然后经过除硫后的气体与分离出的液体在气液混合室10中再次进行混合，气体中残留的除硫剂对溶于液体中的硫化氢进行再次混合清除。

气液分离器13的结构如图1所示，气液分离器13包括气液分离器壳体14，在气液分离器壳体14中有通道，通道倾斜延伸，上端口为装置进口，下端口为气液分离器出口，装置进口处安装有进口连接法兰2，用来与采气树进行对接。在通道的内部固定安装有导流挡板5，由图1可以看出，导流挡板5沿着通道的延伸方向螺旋延伸。当产出流体（气液混合物）经过装置进口进入到通道内后，高速流动的产出流体沿着导流挡板5向下移动，产出流体发生高速转动，由于气、液重量差异较大，在离心力的作用下，产出流体中的液体被离心力甩至导流挡板5的壁面上，气体保持悬浮，实现气液的分离。

如图1所示，除硫结构1包括除硫壳体15，除硫壳体15与气液分离器壳体14一体成型或者分体固设，除硫壳体15内部有除硫内腔，除硫壳体15具有除硫壳体进口和装置出口，除硫壳体进口和装置出口均与除硫内腔连通，除硫壳体进口与气液分离器出口相连通。待气液分离器13将气、液分离后，气、液被直接输送到除硫内腔中，液体向下流动，气体向上流动。装置出口上安装有出口连接法兰3，与输气管线进行对接。

本实施例中，除硫内腔被分为除硫剂混合室11、气体流道12以及气液混合室10，除硫剂混合室11、气体流道12以及气液混合室10沿着气体的流动方向依次排布，除硫内腔还包括连通除硫剂混合室11底部与气液混合室10的液体流道。如图1所示，气体流道12实际为呈“S”形的气体流道，气体流道的气体进口a位于气体出口b的上方，液体流道的液体出口d位于气体出口b的上方，位于除硫剂混合室11底部的液体经过液体进口c经液体流道流到液体出口d处。由图1可以看出，气体流道12的长度大于液体流道的长度，且气体流道的横截面积要大于液体流道的横截面积。本实施例中，由于气体流道12为“S”形的气体流道，长时间使用后不可避免地会有残留物，为了定期对残留物进行清洗，在进气口a处设置有冲洗管线8，冲洗管线8上沿着冲洗液的输送方向依次布置有第四阀门4-4和第五阀门4-5。

如图1所示，加药装置还包括除硫剂输送通道，除硫剂输送通道的下端延伸到除硫剂混合室11中，除硫剂输送通道的下端有三个端口，每个端口上都安装有雾化喷头9，雾化喷头9朝下喷出除硫剂喷雾，三个雾化喷头9沿上下方向间隔排布，在气体由下向上流动的过程中，雾化喷头9喷出除硫剂喷雾，与气体中的硫化氢进行混合反应，混合后的混合物继续上升流动至气体流道12中，在气体流道12中流动时进行不断地反应，尽可能地将气体中的硫化氢完全反应掉。

如图1所示，为了保证雾化喷头9的出口压力保持在相对稳定的压力状态，在除硫剂输送通道上设置有除硫剂缓冲室6，除硫剂缓冲室6能够暂时储存除硫剂，除硫剂输送通道还包括向除硫剂缓冲室6中输送除硫剂的除硫剂管线7，除硫剂管线7上沿着除硫剂的输送方向依次设置有第一阀门4-1、第二阀门4-2。由上述描述可知，本实施例中既设置有除硫剂管线7，又设置有冲洗管线8，由于加药装置通常为全天候工作，为避免除硫剂管线7发生故障后无法向除硫剂缓冲室6中泵注除硫剂，在除硫剂管线7与冲洗管线8之间设置有备用管线，备用管线上设置有第三阀门4-3，备用管线的一端连接在第一阀门4-1和第二阀门4-2之间，另一端连接在第四阀门4-4和第五阀门4-5之间，当除硫剂管线7出现故障时，关闭第一阀门4-1、第五阀门4-5，开启第四阀门4-4、第三阀门4-3，通过冲洗管线8向除硫剂缓冲室6中泵液。

本发明的使用过程：首先将进口连接法兰2与井口采气树产出流体出口连接，出口连接法兰3与井口地面单井输气管线连接，除硫剂管线7与井口注醇管线连接，气井开井前打开除硫剂输送管线上的两个阀门（第一阀门4-1和第二阀门4-2），关闭其余的阀门，集气站开泵注入除硫剂充满除硫剂缓冲室6，打开采气树生产阀门开井生产，井口采气树产出流体通过气液分离器13，经过气液分离器13中的导流挡板5时将产出流体分离出气体和液体。液体在重力作用下落到除硫剂混合室11的底部，并通过液体流道（c到d）流到气液混合室10中。气体在除硫剂混合室11中上升，上升过程中与朝下喷洒的除硫剂充分混合，进入气体流道12中充分接触反应，消除气体中硫化氢。液体由液体出口d流出，气体由气体出口b流出，由于液体出口d位于气体出口b的上方，液体经液体出口d流出后在重力作用下向下流动，气体出口b喷出的气体对液体进行吹扫扰动，进一步消除掉液体中的硫化氢，混合流体通过单井输气管线输送至集气站。

其中，上述的气体流道和液体流道由以下方式形成，除硫壳体15由沿图1的纸面方向拼合而成的两部分，在其中一部分的侧面上开设“S”形的流道，用另一部分进行封闭，从而形成“S”形的气体流道。而液体流道用直管形成，直管贯穿气体流道，同时与气体流道保持相对独立。

由图1可以看出，液体出口d位于气体出口b的上方，利用液体自动下落的原理对液体进行喷吹，气体出口b朝向下落后的液体。

根据上述的使用过程可以得知，使用时，气、液先分离，再对气体进行单独的除硫，再利用气体中残留的除硫剂对液体进行除硫，最后气、液再次进行混合，一起输出，装置出口用来供气液混合物一起排出，整个加药装置只有一个出口，即装置出口，方便后期再次进行集中的气液分离，不需要将液体单独分离出去。

本实施例中，通过设置除硫剂混合室11和气体流道12，能够延长气体与除硫剂混合反应的流动长度，提高除硫效率。

本发明的加药装置在使用时优选地布置在采气树和地面输气管线之间，当然，也可以布置在地面输气管线中。

本发明气井井口雾化加药装置的具体实施例2：

如图2所示，与实施例1的区别之处在于，实施例1中，加药装置整体只有装置出口，装置出口是用来供气液混合后的气液混合物排出的。本实施例中，在除硫壳体16的底部连接有排液管线20，排液管线20与除硫壳体16的内腔连通，供气液分离后的液体排出。此时，不需要设置通向装置出口的液体流道。使用时，气液混合物由气液分离器分离后，气体向上流动，与雾化喷头19喷出的除硫剂喷雾在除硫剂混合室18中混合，然后经a口进入到气体流道17中，最后由b口流出，而液体经过排液管线20排出。本实施例中的装置出口仅供气体流出。

本发明气井井口雾化加药装置的具体实施例3：

如图3所示，与实施例1的区别之处在于，实施例1中，雾化喷头设有三个，本实施例中，在除硫剂混合室22中布置有两个雾化喷头21，当然，其他实施例中，根据气井产量及硫化氢含量的大小，除硫剂输送通道的下端端口数量以及雾化喷头的数量可以进行增减。

本发明气井井口雾化加药装置的具体实施例4：

实施例1中，采用螺旋延伸的导流板实现气液分离，本实施例中，可以采用现有技术中的气液分离器，比如，采用在通道内设置竖向的隔板，当产出流体冲击到隔板后，气液实现分离。

本发明气井井口雾化加药装置的具体实施例5：

实施例1中，液体出口位于气体出口的上方，本实施例中，可以将两者的位置进行互换，即将液体出口设置在气体出口的下方，此时，为了实现对液体的吹扫扰动，将气体出口直接朝向液体出口喷吹。

本发明气井井口雾化加药装置的具体实施例6：

本实施例中，气体流道和液体流道相交位置处采用以下方式，液体流道仍然采用直管形成，气体流道由“S”形的管道形成，在气体流道和液体流道的相交处，“S”形的管道或者直管采用弯管错位通过，实现气体流道和液体流道的相对独立。

本发明气井井口雾化加药装置的具体实施例7：

本实施例中，气体流道可以为普通的直管结构。

本发明输气系统的具体实施例，输气系统包括采气树和地面输气管线，还包括连接在两者之间的气井井口雾化加药装置，其中，气井井口雾化加药装置的结构与上述实施例中的一致，在此不再赘述。

Claims (7)

1.一种气井井口雾化加药装置，加药装置在使用时连接于地面输气管线上，具有供产出流体进入的装置进口和供除硫后的气液混合物流出的装置出口，其特征是，加药装置包括：

除硫结构，包括除硫壳体，除硫壳体具有除硫内腔，除硫壳体设有与除硫内腔连通的所述装置出口；

除硫剂输送通道，设有用于向除硫内腔中喷射除硫剂喷雾以对气体进行除硫的雾化喷头,除硫内腔包括除硫剂混合室，所述雾化喷头设于除硫剂混合室中，除硫内腔还包括将除硫剂混合室中的气体引向装置出口的气体流道，气体流道的进口设于除硫剂混合室的顶端；气液分离器，设于除硫结构的上游，用于将产出流体中的气、液进行分离，设有所述装置进口，还设有将分离后的气体输送至除硫内腔中的气液分离器出口，气液分离器出口用于供分离后的气体和液体均进入所述除硫剂混合室中，除硫内腔还包括沿气体流动方向设于气体流道下游的气液混合室，气液混合室与所述装置出口相连，加药装置还包括连通除硫剂混合室底部与气液混合室的液体通道，气体流道具有气体出口，液体通道具有液体出口，液体出口设于气体出口的上方；气体流道的气体出口用于朝由液体通道流出的液体喷吹气体。

2.根据权利要求1所述的气井井口雾化加药装置，其特征是，气液分离器包括气液分离器壳体，气液分离器壳体中设有由装置进口至气液分离器出口倾斜向下延伸的通道，气液分离器还包括设于通道内的导流板，所述导流板沿所述通道的延伸方向螺旋延伸。

3.根据权利要求1或2所述的气井井口雾化加药装置，其特征是，所述气体流道具有弯曲延伸以延长气体流动长度的弯曲流道，所述弯曲流道上下延伸，且气体流道与除硫剂混合室沿水平方向并排布置。

4.根据权利要求3所述的气井井口雾化加药装置，其特征是，加药装置还包括用于向气体流道中输送清洗液的清洗液输送通道。

5.根据权利要求1所述的气井井口雾化加药装置，其特征是，气体流道的延伸长度大于液体通道的延伸长度。

6.根据权利要求1所述的气井井口雾化加药装置，其特征是，气体流道的横截面面积大于液体通道的横截面面积。

7.一种输气系统，包括采气树和地面输气管线，还包括布置在两者之间的气井井口雾化加药装置，其特征是，气井井口雾化加药装置为权利要求1-6中任意一项所述的气井井口雾化加药装置。

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