CN112832722A - 一种自动排水采气方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利提供一种自动排水采气方法和装置，属于油气田开发技术领域。本发明针对泡沫排水的不彻底、柱塞排水的依靠自身能量和不能连续排水的缺点，以及电潜泵和柱塞泵排水容易出现泵故障和泵损坏的情况，本发明采用依靠气井自身产气提供气源提供动力，用压力控制器实现自动控制排水，使用井底射流泵排水的方法，实现根据井底积水情况，进行自动打开和关闭排水的功能。本发明的装置主要由动力系统、控制系统和排水系统三大系统构成，可以应用于所有煤层气和天然气井，不受井形和井况的限制，除了排水，还能有效排出井底出砂和固体粉末颗粒等功能，能够有效保障气井持续产气。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，是用于天然气和煤层气开采的一种技术和方法，具体为一种排水采气装置。
背景技术
煤层气和天然气一直为一项重要的能源，与煤和石油相比，煤层气和天然气不对环境产生污染，被定为清洁能源，随着人们越来越意识到全球环境恶化对人类生存的威胁，天然气的开采越来越受到重视，其使用范围也越来越大，不在仅仅局限于民用和发电，天然气在很多领域在逐渐的替代煤和石油，这导致全球对天然气需求的大幅上升。
但阻碍天然气充分开采的一个最大问题是气井出水，经常导致气井水淹，井筒内的水堵住地层中的天然气流到井内，从而无法使天然气采到地面。自有气井以来，很多专业人士在不停的研究排水采气的各种方法，但纵观目前所使用的各种排水方法，均存在不同方面的缺陷，无法达到理想的彻底排水的目的。
目前所用的排水方法大概归纳为这三大类：1）泡沫排水，通过向井底投放能与水反应或在水中生成泡沫的化学物品，使井筒内充满泡沫，一方面可以增加井底压力，可以达到排水的目的，同时泡沫本身也可以携带水，但此方法排水程度非常有限，完全达不到充分排水的目的；2）柱塞排水，此方法是通过在井筒内放置一个柱塞，利用气井自身的能量，间歇性的排水，但此方法有两大缺点：a)需通过气井自身的能量排水，若气井完全水淹，则没法使用；b)只能间歇性的排水，排水量有限。3）利用电泵（活塞泵或潜水泵）将井底的水抽到地面，但由于井内存有气泡时，第一，影响泵效，第二，若存在气泡，使电泵产生抽空，极易损坏泵，若存有出砂，出砂影响活塞泵排水，利用活塞泵时还会经常遇到气锁，无法达到排水的目的；出砂和抽空容易使潜水泵烧坏或损坏，同时又无法监控电泵的工作状态，电泵坏了也无法及时知道。 为克服目前市场上各种排水方法的缺点，本专利发明了一种新的方法和装置，既不受气泡和出砂的影响，又能充分并可控的持续将井底的积水排至地面，若有出砂，还能有效将井底的固体颗粒排到地面。
发明内容
本发明的方法和装置的应用范围为全能适用于各种井况，不受气井本身产能、气井的形状（大位移井、斜井和水平井）、气井出砂以及油管状况等条件的限制，气井的各种状况也不会影响到装置的使用寿命，本发明的装置还可以用于气井排砂或煤层气井排煤灰等固体粉末颗粒。
本发明的方法和装置的特征为自动控制，能实现根据井底积水多少自动控制排水，无需人为的干预，能够检测气井井口压力变化，并根据气井井底积水情况，进行自动启动排水；并在将井底积水排至气井可以持续顺畅产气一段时间时自动关闭排水功能，且在排水时不影响气井产气。
本发明的方法和装置采用了利用气井自身资源给排水系统提供动力，无需外接电源，这样即节省架接电线、建造电源基础设施的投资，又节省耗电费用。
本发明为：一种自动排水采气方法和装置，该装置由动力系统、控制系统和排水系统三大系统构成：
1）动力系统由天然气内燃机1和天然气净化设备2和天然气储存罐3组成。天然气内燃机用于给排水系统提供动力，天然气内燃机动力输出端与地面泵相连，天然气内燃机进气管线与天然气储气罐出气口相连；天然气净化设备用于将气井的采出气进行净化处理后，为天然气内燃机提供气源，该设备的进气端连接井口采气管线，出气端连至天然气储气罐；天然气储气罐用于储存净化后的天然气，给天然气内燃机供气，使其运转，该罐进气端连接到天然气处理设备的出气端，该罐的出气端连接到天然气内燃机进气口。
2）控制系统由压力控制器4和天然气内燃机启动控制器5构成。压力控制器安装于天然气内燃机供气管线的井口处，用于监测井口压力，压力控制器连接信号传输线至天然气内燃机启动控制器；天然气内燃机启动控制器连接天然气内燃机，用于控制天然气内燃机的启动和关闭。
3）排水系统由地面泵6、动力液分离储存罐7、动力液输送管8、井下射流泵9，井底封隔器10和地面管汇11组成。地面泵为排水系统提供动力，地面泵由天然气内燃机驱动，地面泵的进水管线连接动力液分离储存罐的动力液排出口，出水管线连接动力液输送管；动力液分离储存罐即是射流泵动力液的储存罐，又是用于分离井内排出水、微量气体和固体颗粒的分离装置，该罐有一个进液口三个排出口，进液口连接至井口动力液输送管和油管环空，中间位置的出液口连接至地面泵进液口，较低位置的出液口用于排放采出水和固体颗粒，最高位置的排出口为气体排放口；动力液输管送放置于油管内部，为井下射流泵输送工作液体，使射流泵工作，动力液输送管上端连至地面泵出口，下端连接井下射流泵；井下射流泵用于将井底封隔器下部的地层液体吸入射流泵腔，并通过动力液输送管和油管环空排至井口，井下射流泵上部连接动力液输送管，下部接入井底封隔器；井底封隔器用于密封井底动力液管和油管环空，提供井下射流泵的工作环境，同时为封隔器下部的积水被排到地面提供通道，井底封隔器安装于动力液输送管和油管的底部（见图1）。
附图说明
图1为本发明的装置的结构示意图
图2为本发明的装置的工作示意图
图3为井下射流泵工作示意图
图中标记：1- 天然气内燃机，2- 天然气净化设备，3- 天然气储存罐，4- 压力控制器，5- 天然气内燃机启动控制器，6- 地面泵，7- 动力液分离储存罐，8- 动力液输送管9- 井下射流泵，10- 井底封隔器，11- 地面管汇。
具体实施方式
1系统构成及工作原理
该装置主要由三大系统构成：动力系统、控制系统和排水系统。动力系统为整个装置提供将地层水排至地面的动力，控制系统用于实现根据井底积水的多少自动控制排水的时间长度和间隔，排水系统用于实现将地层水排至地面的通道和方式。 具体为压力控制器根据监测的井口压力的变化判断启动和关闭天然气内燃机，天然气内燃机启动后，即驱动地面泵工作，地面泵将动力液从动力液储存分离罐通过动力液输送管输送到井下射流泵泵腔，动力液在井下射流泵泵腔形成负压，将地层液体由井底封隔器的通道吸入井下射流泵喉管，地面泵的持续工作将动力液和地层液的混合液通过动力液输送管和油管的环空排至井口，最后流到动力液储存分离罐，地层液和动力液的混合液在动力液储存分离罐中分离后，一部分液体作为动力液由地面泵再次输送到井下射流泵，其他液体和杂质和气体分别从动力液分离储存罐的最顶部和最底部的排出口排出系统，从而达到将井底积水排出的目的。
工作过程
(1) 在地层水流至井底，产生积液的过程中，井口压力会下降，当井口压力下降到压力控制器设定压力的最低值时，压力控制器打开向天然气内燃机供气的管道开关，同时激活天然气内燃机启动器，使天然气内燃机开始工作；
(2) 天然气内燃机启动后即带动排水系统的地面泵工作，将井下射流泵的动力液由存储罐通过动力液输送管输送到井底射流泵，使井底射流泵开始工作；
(3) 井底射流泵开启后，射流泵形成负压将井底封隔器下部的地层液通过射流泵泵腔吸至动力液输送管和油管环空（见图3），并将井底液体持续不断排至井口；
(4) 随着井底液积液持续排出，井口压力逐渐上升，待井口压力上升至压力控制器设定值的最高值时，压力控制器关闭向天然气内燃机供气的阀门，并输送停止天然气内燃机工作的信号至天然气内燃机控制器，天然气内燃机停止工作，从而排水系统的地面泵停止工作，整个排水系统停止运转；
(5) 第（1）至（4）步形成一个完整的从开启到关闭的排水工作循环；
(6) 随着井底液体的逐渐积蓄，井口压力不断下降，待井口压力下降至压力控制器最低值时，再次启动压力控制器，重复（1）至（4）步骤，完成新的一个排水循环。
整个系统不停的根据井口压力变化开启和关闭排水功能，实现无需人工干预、根据井底积水情况自动开启和关闭排水，从而保证气井不受井底出水影响，持续产气。
Claims (5)
1.一种自动排水采气方法和装置，其特征在于：该装置由动力系统、控制系统和排水系统三大系统构成；从气井采气管线外接一管线连至天然气净化设备（2）和天然气储气罐（3）最后至天然气内燃机（1），组成整个装置的动力供给系统；在井口油管和动力液输送管环空处安装压力控制器（4），压力控制器连接信号传输线至天然气内燃机启动控制器（5），构成控制系统；排水系统由地面泵（6）、动力液分离储存罐（7）、动力液输送管（8）、井下射流泵（9）、井底封隔器（10）和地面管汇（11）等组成，地面泵液体吸入口接至接动力液分离储存罐液体输出口，地面泵与天然气内燃机相连，由天然气内燃机传递动力给地面泵，动力液分离储存罐的进液口接至井口油管和动力液输送管环空输出端，动力液分离罐有三个输出口，分别连接到地面泵进液口管线、排水管线和排气口，动力液输送管的上部端连接到地面泵液体输出口，动力液输送管的下端连接井下射流泵，射流泵下部连接井底封隔器；动力液输送管和油管的环空为井底液体排到地面提供通道，动力液输送管内部为输送动力液从地面泵到井底的通道。
2.根据权利要求1所述的一种自动排水采气方法和装置，其特征在于：气井采气管线外接一管线连至天然气净化设备（2）和天然气储气罐（3）最后至天然气内燃机（1），利用气井自身气体作为动力来源，采用天然气内燃机形成动力自给。
3.根据权利要求1所述的一种自动排水采气方法和装置，其特征在于：井口油管和动力液输送管环空处安装压力控制器（4），压力控制器连接信号传输线至天然气内燃机启动控制器（5），利用压力控制器进行控制天燃气内燃气启动，实现自动排水。
4.根据权利要求1所述的一种自动排水采气方法和装置，其特征在于：排水系统由地面泵（6）、动力液分离储存罐（7）、动力液输送管（8）、井下射流泵（9）、井底封隔器（10）和地面管汇（11）组成，采用井下放置射流泵排水。
5.根据权利要求1所述的一种自动排水采气方法和装置，其特征在于：排水系统由地面泵（6）、动力液分离储存罐（7）、动力液输送管（8）、井下射流泵（9）、井底封隔器（10）和地面管汇（11）组成，采用动力液输送管为井下射流泵提供工作液。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116624435A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-08-22 | 烟台龙港泵业股份有限公司 | 反向冲洗的中心出液式液下泵、立式筒袋泵 |
| CN116971749A (zh) * | 2023-09-23 | 2023-10-31 | 西南石油大学 | 井下地面一体化排液系统与方法 |
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2019
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