CN114382433A - 基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统 - Google Patents
基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114382433A CN114382433A CN202210088823.9A CN202210088823A CN114382433A CN 114382433 A CN114382433 A CN 114382433A CN 202210088823 A CN202210088823 A CN 202210088823A CN 114382433 A CN114382433 A CN 114382433A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- natural gas
- dehydration
- valve body
- power generation
- transmission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 142
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000002343 natural gas well Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 52
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 7
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 6
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims 1
- 230000006870 function Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 29
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 239000012208 gear oil Substances 0.000 description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 108010053481 Antifreeze Proteins Proteins 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003672 gas field water Substances 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/02—Surface sealing or packing
- E21B33/03—Well heads; Setting-up thereof
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
- E21B34/02—Valve arrangements for boreholes or wells in well heads
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
- E21B43/121—Lifting well fluids
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
Abstract
基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统，其装置包括三部分：主阀体单元、隔断单元、副阀体单元；其应用系统包括：天然气井口一体化装置部分、电力储存与转化部分、计算机控制部分、撬装模块应用部分。从天然气井口采出的高压天然气流驱动复合叶轮及轴杆与圆锥型齿轮转动，同时通过调节主阀体内的锥型阀芯，可以有效降低井口高压天然气流压力的同时带动发电机组发电，将需要降低的流体压力势能最终转化为电能，高压气流驱动复合叶轮转动的同时，由于离心力原理对井口原料天然气进行固液杂质分离，实现三种功能集成一体化。天然气井口降压脱水与发电装置所产生的电流经过电流稳压器稳压后输给储能电池组合储存，再经过电流逆变器转化成交流电，经过电流计量表计量后输出给用户，四台装置由管路连接组成一个撬装模块，天然气井场根据井口实际情况需求进行多个模块串并联梯度连接，实现对井口天然气降压脱水发电一体化应用的目的。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开采技术领域，具体而言，特别涉及一种基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统。
背景技术
多年以来，不论常规或非常规天然气的开采，天然气从地层中采出后，高压气流需要通过一级或多级节流降压后，再经过场站气液固杂质分离、脱硫、计量等处理后才可输送给管网或用户，由于对井口高压气体的节流降压会产生“焦耳-汤姆逊效应”而急剧降温，为了防止节流时产生冰堵现象，又需要在流程中使用水套加热炉保温或加注防冻剂防止冰堵，水套炉的使用会消耗能源排放二氧化碳，而加注防冻剂则会增加天然气开采成本，如果顺势而为的充分利用天然气井口需要节流降压的压差能量用于发电，将会显著降低天然气的开采成本增加效益。
CN87205918公开了一种井口天然气压降膨胀发电机，涉及油气生产领域利用高压天然气过程中的压降膨胀做功、转变为电能的发电机，具有将压差能转化为电能的发电功能，但不同时具备降压脱水发电之三种功能。
传统的旋风式分离器根据离心力原理分离天然气中的固液杂质，体积庞大建造成本高。
高压天然气从井口流向输气管网，只要有压差的存在其流动就是必然的，根据能量守恒定律将其节流降压压差能量转化为电能是必然可行的，一口工业气井从开采初期的几十兆帕到能量衰减枯竭，其时间跨度长达几年或几十年，一个气田有许多口气井，如果能将这种广泛分布在气田上每一口气井需要节流消耗掉的这种压力势能予以充分利用转化为电能，提高发电效率，并且在天然气采出地面井口区域第一时间内对固液杂质进行分离，且能有效降低井口压力，这三种功能集成一体，可以充分提高天然气的开采价值和能效利用率，为国家提供更多更好的清洁能源，有利于油气开发生产企业降本增效。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种有效解决在天然气开采过程中同时实现“降压脱水与发电”功能的方法，来改变传统的天然气开采生产模式。将天然气开采过程中需要节流消耗掉的压差能量充分利用，转化为电能的同时又实现对气井内采出的高压天然气进行有效降压使之符合管网输气压力要求、以及在井口区域就地进行气液固杂质的分离，这三种功能效益集成于一体，并且所有产生的直流电流储存在储电柜里再逆变转化为标准电流，一部分为本装置阀体内部的锥型阀阀段进行辅助保温，其余大部分电能用于井站自用或上网实现削峰填谷，并由计算机智能自动化控制，可以显著的增加天然气的开采价值。
本发明基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统，其设置包括三部分：主阀体单元；隔断单元；副阀体单元；其系统包括：天然气井口一体化装置部分；电力储存与转化部分；计算机控制部分；井场撬装模块化应用部分。
所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的主阀体单元包括：进气法兰1；排气法兰2；排固液法兰3；主阀体4；传动主轴杆401；复合透平叶轮402；集束喷射口403；轴承A404；轴承固定架A405；轴承B406；轴承固定架B407；喇叭状导流口408；磁力连轴器409；排气筒体410；锥型阀座411；锥型阀芯412；锥型阀杆413；锥型阀电动执行机构414。
所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的隔断单元，包括：隔断阀体5；观察孔501；轴承及封盒A502；轴承及封盒B503。
所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的副阀体单元，包括：副阀体6；直流发电机A 601；变速器A 602；变速器A主动轴6021；变速器A主动皮带轮6022；变速器A从动轴6023；变速器A从动皮带轮6024；传动皮带6025；直流发电机B 603；变速器B 604；变速器B主动轴6041；变速器B主动皮带轮6042；变速器B从动轴6043；变速器B从动皮带轮6044；传动皮带6045；注油孔605；液位计606；转速测速仪607；支撑架608；泄油孔609；传动轴杆401；圆锥啮合齿轮组A610；圆锥啮合齿轮组B611；旋进主动齿轮612；旋进从动齿轮613；旋进叶轮614；机油加热器615；机油循环泵616；机油循环通道617。
所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统的电力储存与转化部分，包括：采气树900；降压脱水后输出天然气901；降压脱水发电装置902；电流稳压器903；储能电池柜904；排出固液杂质905；电流逆变器906；电流计量表907；输出电流908。
所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统的计算机控制部分包括：天然气SCADA计算机站控系统1001；信号采集变送元件1002；信号传输线路1003。
所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统的撬装模块化应用部分包括：撬装模块Ⅰ；连接管路Ⅱ。
本发明的有益效果：
1、本发明可以在开采天然气的同时，充分利用采出的地层压力压降能量将之充分利用转化为电能，所发电力几乎可以实现油气开采企业采配气站内的电力自给自足的同时，还可以实现“自发自用，余电上网”等模式，综合利用天然气让开采天然气带来更多的附加价值，一个气田有许多口气井，如果每个井口都设置本发明装置及系统，就将建成一个庞大的电力削峰填谷网络系统，这正是分布式新能源的应用模式，也是传统油气生产企业转型的方向。
2、本发明可以实现在天然气采出地面的井口区域内实现气液杂质就地初步分离，除液除砂，减少对输气管网的阻力以及管道腐蚀，减少气田脱水站建设，同时含固液杂质天然气体在井口区域就地分离也有利于减少井口回压，有利于提高气藏最终采收率。
3、本发明可以实现对气井高压流体充分降压的作用，使井口采出的高压原料天然气压降能充分转化为电能，进而可以替代传统的针型节流阀与水套加热炉装置，由此可以显著的降本增效。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明做进一步阐述。
附图1为本发明基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的结构示意主视图。
附图2为本发明基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的结构示意俯视图。
附图3为本发明基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的结构示意左视图。
附图4为本发明基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的复合叶轮片结构示意图。
附图5为本发明基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的变速器结构示意图。
附图6为本发明基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统的逻辑关系示意图。
附图7为本发明基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统在天然气井场撬装模块化实施应用示意图。
图中标记：
①进气法兰1；排气法兰2；排固液法兰3；主阀体4；传动主轴杆401；复合透平叶轮402；集束喷射口403；轴承A404；轴承固定架A405；轴承B406；轴承固定架B407；喇叭状导流口408；磁力连轴器409；排气筒体410；锥型阀座411；锥型阀芯412；锥型阀杆413；锥型阀电动执行机构414。
②隔断阀体5；观察孔501；轴承A及密封盒502；轴承B及密封盒503。
③副阀体6；直流发电机A 601；变速器A 602；变速器A主动轴6021；变速器A主动皮带轮6022；变速器A从动轴6023；变速器A从动皮带轮6024；传动皮带6025；直流发电机B603；变速器B604；变速器B主动轴6041；变速器B主动皮带轮6042；变速器B从动轴6043；变速器B从动皮带轮6044；传动皮带6045；注油孔605；液位计606；转速测速仪607；支撑架608；泄油孔609；传动主轴杆401；圆锥啮合齿轮组A610；圆锥啮合齿轮组B611；旋进主动齿轮612；旋进从动齿轮613；旋进叶轮614；机油加热器615；机油循环泵616；机油循环通道617。
④采气树900；降压脱水后输出天然气901；降压脱水发电装置902；电流稳压器903；储能电池柜904；排出固液杂质905；电流逆变器906；电流计量表907；输出电流908。
⑤天然气SCADA计算机站控系统1001；信号采集变送元件1002；信号传输线路1003。
⑥撬装模块Ⅰ；连接管路Ⅱ。
在下文中对本发明做更详细地描述，以助于对本发明的充分理解。
如附图1、2、3所示，当天然气井开井生产时，气井高压原始气流从井筒油管或油套管环形空间流至井口采气树900流出，由进气法兰1进入装置的主阀体4，通过集束喷射口403，喷射驱动复合透平叶轮402顺时针旋转，主阀体4内的复合透平叶轮402固定在传动主轴杆401之上，传动主轴杆401贯穿于主阀体单元4、高低压区隔断单元5以及副阀体单元6，在副阀体单元6内，传动主轴杆401上从右到左依次固定有圆锥啮合齿轮组A610、旋进主动齿轮612、圆锥啮合齿轮组B 611，复合透平叶轮402的顺时针旋转必定带动传动主轴杆401上的圆锥啮合齿轮组A610、旋进主动齿轮612、圆锥啮合齿轮组B611的顺时针转动，从而带动变速器A602、变速器B604转动使直流发电机A601、直流发电机B603发电，旋进主动齿轮612带动旋进从动齿轮613以及旋进叶轮614的旋转转动。
如附图1、2、3、4所示，进一步的说明，在主阀体单元，主阀体4内井口采出的高压原料气流经集束喷射口403如无数条射线般驱动复合叶轮402顺时针旋转时，一方面，井口气流冲击复合透平叶轮402后，由于重力作用和流动速度的降低，密度大的固液杂质必然将坠落下沉到排固液法兰3方向且排出，与此同时，气体和密度更大的固液颗粒杂质从复合透平叶轮402的正面孔洞吸入，在旋转导流之离心力作用下，将会沿着叶轮圆周旋转的切线方向的孔洞抛向主阀体单元4的圆筒阀体内壁的四周，并由于重力作用会沿着内壁聚集最终流入到排固液法兰3方向排出，由于进气法兰1端与排气法兰2端两端之间始终有压差的存在，从复合透平叶轮402离心切线方向与固液颗粒共同抛射流出后，纯气流密度更低离心力相对固液颗粒更小，自然会向压力低流动，沿着喇叭状导流口408方向流入后，并从底部进入排气筒体410内。
进一步的说明，进入主阀体4阀腔内右侧腔体空间内的天然气从底部进入排气筒体410后，由计算机站控系统指令使锥型阀电动执行机构414带动锥型阀杆413从而调节锥型阀芯412与锥型阀座411之间的间距，从而实现远程无级微调控制，需要说明的是，本发明装置中锥型阀，只用于微调压力的作用，根据节流降压“焦耳-汤姆逊效应”，即便微弱的节流也会导致温度的降低，而副阀体内的高速旋转的齿轮摩擦产生的热能正好用于对锥型节流阀段的保温，不够的热能由装置内的辅助加热器615提供，这正是本发明希望达到物尽其用的创新目的。
如附图1、2所示，进一步的说明，进入主阀体4阀腔内轴承B406左侧的阀体内部隔断墙体位置，设有磁力连轴器409，因为井口天然气通常具有极高的压力，如果采用动态密封技术也容易在传动主轴杆401的穿越处造成天然气泄漏而导致安全隐患，而采用磁力连轴器就可以实现对高压气体空间的完全有效隔离，又可以通过磁力驱动实现动力传递（图中仅为简化示意图），这是本领域技术人员熟悉的技术，在此不做傲述。
进一步的说明，在主阀体单元主阀体4内，传动主轴杆401左右两侧固定在轴承A404、轴承B406之上，轴承A404、轴承B406分别由轴承固定架A405和轴承固定架B407支撑与固定，而轴承固定架A405和轴承固定架B407分别焊接固定在主阀体4阀腔体内壁上。
如附图1、2所示，进一步的说明，在隔断单元隔断阀体5内，可通过检测孔501，观察与检测隔离区间段阀体腔内有无天然气体泄漏，在隔离观察单元左右两侧的腔体上，有轴承A及密封盒502、轴承B及密封盒503，两者分别无缝固定在隔断阀体5两侧之隔断阀体壁上，为了防止迂回穿越的机油循环通道在隔断阀体5内散热消耗热能，其内部空间的机油循环通道外围设有保温涂层。
如附图1、2、3所示，进一步的说明，在副阀体单元副阀体6内，传动主轴杆401的转动，必定会同时带动圆锥啮合齿轮组A610、圆锥啮合齿轮组B611以及旋进主动齿轮613与旋进从动齿轮614三组啮合齿轮的转动而摩擦产生热能，使副阀体6内的淹没齿轮的防冻润滑齿轮油迅速升温，旋进主动齿轮613的转动必将带动旋进从动齿轮614的转动，旋进叶轮612的轴杆居中贯穿在旋进从动齿轮614中间，并由动态支撑架固定在副阀腔体6的底部，目的是无需另外消耗外部能量而自动的促进防冻润滑齿轮油在副阀体6内从右向左的流动，便于副阀腔体6内部机油的热能充分交换与传递。
进一步的说明，在副阀体单元，在副阀体6内的上部空间，设有机油加热器615，在机油加热器615的附近设有机油循环泵616，机油循环泵616与机油循环通道617无缝连接，所述的机油加热器615和机油循环泵616的电源，由本装置与系统自发电供给，并由站控计算机SCADA系统控制自动运转。
进一步的说明，在副阀体单元副阀体6的外围阀体上，分别设有注油孔605、液位计606、泄油孔609；液位计606的信号传入站控计算机SCADA系统，注油孔605和泄油孔609的作用便于更换机油。
进一步的说明，在副阀体单元副阀体6的左侧外壁的传动轴杆401的终端设有转速测速仪607，其转速信号通过信号线实时传送给SCADA站控管理系统，在副阀体6的底部，设有两组支撑架608，目的是对整个阀体的支撑固定与减振作用。
进一步的说明，机油循环通道617起始端与机油循环泵616无缝连接，它无缝穿越隔离观察单元隔断阀体5后进入主阀体4空间内，并紧贴围绕内部有锥型阀芯412、锥型阀座411的排气筒体410后，然后再次迂回无缝穿越隔离观察单元隔断阀体5，无缝回流连接至副阀体6内，形成一个密闭且独立的机油循环通道，机油加热器615加热后的机油，由机油循环泵616抽吸后在围绕紧贴排气筒体410的机油循环通道617循环流动，即可实现对排气筒体410空间内部的锥型阀阀芯阀座的保温防冻作用，又可以实现对排气筒体410外围空间的天然气气体的辅助预热作用，达到本发明创新性的将摩擦产生热能用于保温防冻的目的。
进一步的说明，锥型压力调节部分的作用不仅仅是为了微调压力，在微调压力的同时也就同步调节了流出气量控制了流速，这也就可以同步调节了复合透平叶轮402的转速，从而可以实现调节发电机组工作效率的作用。
如附图4所示，进一步的说明，本发明中原创设计的复合透平叶轮402，是本发明中气井采出高压原料天然气体压力势能转化为电能的动力采集核心部件，也是实现固液杂质（简称脱水）分离的关键部件，其受力角度应以能够产生的最大旋转扭矩力和避免出现最大噪音为适宜选择，根据做功原理公式：W=FScosθ得知，功W的大小与作用力F和位移大小S以及受力角度θ有关，当受力角度在0＜θ＜90°时，cosθ＞0，W＞0做正功，从理论上讲，复合透平叶轮45°倾斜时做功扭矩力最大，但此时转动产生的噪音就最大，故此以45°的80%～90%左右比较适宜，其材质必须是高强度耐腐蚀抗硫合金钢，复合叶轮片402为双层组合体设计，前端叶片有许多孔洞具有充分吸附高效，后端叶片为实体，在前后夹层外围圈壁有泄流孔洞，其目的之一是使之如同吸水海绵，避免固液杂质因直接冲击叶轮片后反弹飞溅造成紊流消耗能量现象，天然气井生产时在顺时针不断旋转的同时不断的吸收与离心分离固液杂质排液，尤其在页岩气新井开采中，对产水量大的气井，具有十分显著的脱水、除砂功效，复合透平叶轮402的孔洞设计的还能使进气法兰1方向来气对叶轮片的作用抓力更强，避免做功打滑现象，提高压力能转化电能的最终转化效率。
进一步的说明，天然气压差发电通常有膨胀机类做功发电技术（通常需要燃烧辅助做功有二氧化碳排出）和轴流式（非燃烧类）驱动发电技术，这两类技术几乎都离不开透平理论，透平（turbine），最初来源于拉丁文turbo一词，意为旋转物体，轴流式压差发电技术既可以以径向径出的方式驱动叶轮，也可以为径向侧出的方式驱动叶轮发电，本发明为了充分提高综合能效利用率采用径向侧出的动力采集与驱动方式。
具体实施例
当天然气井开井生产时，气井高压原料气从地层井底通过油管或油套管环形空间流入到井口采气树900，从本发明之进气法兰1流入本发明装置的主阀体4，原料气由集束喷射口403喷射驱动复合透平叶轮402顺时针旋转，复合透平叶轮片402的旋转必将带动主传动轴杆401旋转，从而带动副阀体6内的圆锥齿轮组合610、611啮合转动，使变向90°的主动轴以及变速器602、604最终驱动直流发电机601、603发电，与此同时，主传动轴杆401的转动会同步带动旋进主动齿轮613、旋进从动齿轮614进而带动旋进叶轮612旋转促进副阀体6底部的防冻润滑齿轮机油向左侧流动，当站控SCADA系统1001得到信号传输线路1003从降压脱水发电装置902的信号采集变送元件1002采集的（转速、液位、温度、）信号后，会自动计算根据设置程序发出启动机油加热泵以及锥型阀电动执行机构的自动智能控制；如果当站控SCADA计算机系统检测到转速测速仪607转速和机油温度过低时，对启动锥型阀电动执行机构414的开大指令，锥型阀阀芯412与阀座411之间的间距开大，通过的流量加大必然会使复合透平叶轮402的转速加大，与之同时，站控SCADA系统1001会启动机油加热器604自动加热工作直至达到设定温度为止，副阀体6内的机油循环泵616抽吸加热后的机油，在机油循环通道617内流动，实现对排气筒体410内的锥型节流阀段和其外围空间的天然气体的热能交换达到循环保温作用，复合透平叶轮402的高速旋转，由于离心力作用，实现对井口来原料气的脱水分离作用，脱除的固液水杂质905沿着主阀体4内壁汇聚流到排固液法兰口3排出，脱水后的纯净气901因压差的存在，经过排气筒体410内锥型阀段后，从排气法兰2口方向流入输配气管网，直流发电机601、603所产生的直流电源，经过电流稳压输入控制器903流入到储能电池组合904储存，再通过电流逆变器906转化成220V、50HZ的标准交流电流，经过电流表907计量后输出电流908供场站或用户使用。
如附图5所示，优选的，所述的变速器A 602由圆锥啮合齿轮组A610产生的动力传给变速器A602；该变速器的主动轴6021、主动皮带轮6022通过皮带6025带动从动轴6023、从动皮带轮6024转动从而使直流发电机A601发电；变速器B 604由圆锥啮合齿轮组B611产生的动力传给变速器B604；该变速器的主动轴6041、主动皮带轮6042通过皮带6045带动从动轴6043、从动皮带轮6044转动从而驱动直流发电机603发电，天然气井口由于有气田水的干扰通常压力波动较大，而选择皮带轮变速驱动有利于满足井口压力宽幅波动时直流发电机最低转速需求，实现长周期满负荷运转发电。
优选的，发电机的选择是影响天然气压差发电效率的关键因素之一，本装置中所述的直流发电机601、直流发电机603，主张选择恒压励磁直流发电机。
优选的，所述的主阀体4内部的所有元器件的耗材材质，应该选择抗硫耐腐蚀的高强度合金钢材质。
优选的，所述的副阀体6内机油，应该选择抗低温防凝冻导热性良好的齿轮润滑油，其在副阀体6内的齿轮润滑油的体积容量适中。
如附图6附图7所示，由于天然气井口通常具有极高的井口压力，如果仅仅一套装置很难实现对井口压差能的完全充分采集与能量转化，如果采用撬装化模块化梯度连接，则能够充分实现本发明创造的创新目的，每个撬装模块Ⅰ由降压脱水发电装置902 A、B、C、D四套装置组成，每个撬装模块Ⅰ之间由连接管路Ⅱ连接。根据井场实际需求由多个模块串并联梯度连接实现开发应用。在一个天然气采气场站（平台）内，只需要一套电力存储与逆变设备即可，而井口降压脱水与发电装置的组合撬装模块Ⅰ的数量，则根据气井井口（或井口平台）压力能量而定，比如在页岩气采气井口平台中应用，完全可以根据实际需要进行这种撬装化模块化组装应用，这种类似“瀑布状”梯度流程连接，与常见的页岩气水力压裂车组装应用场景类似，这种方法就可以有效分散井口高压大流量长期以来难以克服的这一难题，并可实现提高对井口压力能的充分采集与转化效率。
上述具体实施描述的本发明之技术内容与技术特点不局限于本实施例，熟悉本专业领域的技术人员均可基于本发明公开的内容进行不背离本发明之创作精神的替换与变化，但这种替换与变化均应受本发明申请之权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统，装置包括：主阀体单元、隔断单元、副阀体单；应用系统包括：天然气井口一体化装置部分、电力储存与转化部分、计算机控制部分、撬装模块化应用部分；天然气采气树采出的高压原料气流在装置主阀体单元实现动力采集、固液杂质分离以及锥型节流微调降压，在隔断单元实现高低压区的隔离，在副阀体单元将动力传递给直流发电机发电，通过加热装置、循环泵及循环管道实现对锥型阀段的保温，所发直流电流通过储存与转化成标准电流供场站自用或上网，整个系统由站控SCADA计算机系统智能自动控制，在天然气采气井口区域内实现撬装模块化应用。
2.根据权利要求1所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统，特征在于，所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的主阀体单元包括：进气法兰1；排气法兰2；排固液法兰3；主阀体4；传动主轴杆401；复合透平叶轮402；集束喷射口403；轴承A404；轴承固定架A405；轴承B406；轴承固定架B407；喇叭状导流口408；磁力连轴器409；排气筒体410；锥型阀座411；锥型阀芯412；锥型阀杆413；锥型阀电动执行机构414。
3.根据权利要求1所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统，其特征在于，所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的隔断单元包括：隔断阀体5；观察孔501；轴承及封盒A502；轴承及封盒B503。
4.根据权利要求1所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统，其特征在于，所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置的副阀体单元包括：副阀体6；直流发电机A 601；变速器A 602；变速器A主动轴6021；变速器A主动皮带轮6022；变速器A从动轴6023；变速器A从动皮带轮6024；传动皮带6025；直流发电机B 603；变速器B 604；变速器B主动轴6041；变速器B主动皮带轮6042；变速器B从动轴6043；变速器B从动皮带轮6044；传动皮带6045；注油孔605；液位计606；转速测速仪607；支撑架608；泄油孔609；传动轴杆401；圆锥啮合齿轮组A610；圆锥啮合齿轮组B611；旋进主动齿轮612；旋进从动齿轮613；旋进叶轮614；机油加热器615；机油循环泵616；机油循环通道617。
5.根据权利要求1所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统，其特征在于，所述的电力储存与转化部分，包括：采气树900；降压脱水后输出天然气901；降压脱水发电装置902；电流稳压器903；储能电池柜904；排出固液杂质905；电流逆变器906；电流计量表907；输出电流908。
6.根据权利要求1所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统，其特征在于，所述的计算机控制部分包括：天然气SCADA计算机站控系统1001；信号采集变送元件1002；信号传输线路1003。
7.根据权利要求1所述的基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统，其特征在于，所述的撬装模块化应用部分包括：撬装模块Ⅰ；连接管路Ⅱ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210088823.9A CN114382433B (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210088823.9A CN114382433B (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114382433A true CN114382433A (zh) | 2022-04-22 |
| CN114382433B CN114382433B (zh) | 2023-09-15 |
Family
ID=81204311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210088823.9A Active CN114382433B (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114382433B (zh) |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO920657D0 (no) * | 1991-02-20 | 1992-02-19 | Halliburton Co | System for aktivering av broennhullverktoey |
| US5165235A (en) * | 1990-12-12 | 1992-11-24 | Nitschke George S | System for using geopressured-geothermal reservoirs |
| ITPI20100039A1 (it) * | 2010-03-29 | 2011-09-30 | Sime S R L | Metodo e apparato per ridurre la pressione di un gas naturale alla testa-pozzo |
| GB201320657D0 (en) * | 2013-11-22 | 2014-01-08 | Exnics Ltd | Apparatus and method |
| CN103775026A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-05-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 天然气气井自发电伴热装置 |
| CN203756124U (zh) * | 2014-01-16 | 2014-08-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 天然气气井自发电伴热装置 |
| CN104088605A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-10-08 | 北京工业大学 | 一种基于压力能发电和热泵加热的天然气井口加热节流系统 |
| CN104343426A (zh) * | 2013-08-02 | 2015-02-11 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种天然气井下智能节流系统及工艺方法 |
| CN104373083A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-25 | 西安长庆科技工程有限责任公司 | 一种可移动橇装式丛式井场一体化集成装置 |
| CN206530450U (zh) * | 2017-03-02 | 2017-09-29 | 重庆科技学院 | 内置式天然气管道压差发电装置 |
| CN108425637A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-08-21 | 吉林大学 | 一种井下发电钻杆及其发电方法 |
| US20180298737A1 (en) * | 2014-11-10 | 2018-10-18 | Vetco Gray Scandinavia As | Method and system for pressure regulation of well fluid from a hydrocarbon well |
| CN109162672A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-08 | 重庆溢信科技有限公司 | 一种天然气井口压力能发电的节流系统 |
| CA3084625A1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-20 | Mwdplanet And Lumen Corporation | Electromagnetic telemetry transmitter apparatus and mud pulse-electromagnetic telemetry assembly |
| CN112647900A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-13 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种无人值守全自动水合物降压开采系统 |
| CN214145604U (zh) * | 2021-01-27 | 2021-09-07 | 贵州航天天马机电科技有限公司 | 一种基于气动装置井口高压天然气降压发电系统 |
-
2022
- 2022-01-26 CN CN202210088823.9A patent/CN114382433B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5165235A (en) * | 1990-12-12 | 1992-11-24 | Nitschke George S | System for using geopressured-geothermal reservoirs |
| NO920657D0 (no) * | 1991-02-20 | 1992-02-19 | Halliburton Co | System for aktivering av broennhullverktoey |
| ITPI20100039A1 (it) * | 2010-03-29 | 2011-09-30 | Sime S R L | Metodo e apparato per ridurre la pressione di un gas naturale alla testa-pozzo |
| CN104343426A (zh) * | 2013-08-02 | 2015-02-11 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种天然气井下智能节流系统及工艺方法 |
| GB201320657D0 (en) * | 2013-11-22 | 2014-01-08 | Exnics Ltd | Apparatus and method |
| CN103775026A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-05-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 天然气气井自发电伴热装置 |
| CN203756124U (zh) * | 2014-01-16 | 2014-08-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 天然气气井自发电伴热装置 |
| CN104088605A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-10-08 | 北京工业大学 | 一种基于压力能发电和热泵加热的天然气井口加热节流系统 |
| CN104373083A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-25 | 西安长庆科技工程有限责任公司 | 一种可移动橇装式丛式井场一体化集成装置 |
| US20180298737A1 (en) * | 2014-11-10 | 2018-10-18 | Vetco Gray Scandinavia As | Method and system for pressure regulation of well fluid from a hydrocarbon well |
| CN206530450U (zh) * | 2017-03-02 | 2017-09-29 | 重庆科技学院 | 内置式天然气管道压差发电装置 |
| CA3084625A1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-20 | Mwdplanet And Lumen Corporation | Electromagnetic telemetry transmitter apparatus and mud pulse-electromagnetic telemetry assembly |
| CN108425637A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-08-21 | 吉林大学 | 一种井下发电钻杆及其发电方法 |
| CN109162672A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-08 | 重庆溢信科技有限公司 | 一种天然气井口压力能发电的节流系统 |
| CN112647900A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-13 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种无人值守全自动水合物降压开采系统 |
| CN214145604U (zh) * | 2021-01-27 | 2021-09-07 | 贵州航天天马机电科技有限公司 | 一种基于气动装置井口高压天然气降压发电系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114382433B (zh) | 2023-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104040165B (zh) | 用于能量存储的装置和方法 | |
| CN101265868B (zh) | 利用油气水分离器分离出的流体综合发电的方法和装置 | |
| WO2009076757A2 (en) | Wind to electric energy conversion with hydraulic storage | |
| CN107630787B (zh) | 一种带恒压液体储能的海上漂浮风力发电装置 | |
| CN105507856A (zh) | 储气库井口节流装置和节流方法 | |
| CN107642451A (zh) | 一种外接水龙头的水管发电装置 | |
| CN114382433A (zh) | 基于降压脱水发电的天然气井口一体化装置、系统 | |
| CN111608866B (zh) | 一种发电系统效率分析方法 | |
| CN205478081U (zh) | 一种混流式水轮发电机组 | |
| CN107917074B (zh) | 一种给恒压储气源供气的专用空压机系统 | |
| CN102265028B (zh) | 用于发电的带有能量耗散的液压传动系 | |
| CN107893729A (zh) | 一种通过空冷塔进行能量转换的发电系统及方法 | |
| WO2013141826A2 (en) | Method for electric generation by using fluid channelling via sequential siphoning technique and device using the same | |
| CN1952385A (zh) | 旋转轴供水式水轮机 | |
| CN107313889B (zh) | 立式整装管道式水轮发电机组 | |
| CN203655521U (zh) | 一种循环抽水蓄能发电装置 | |
| CN207598411U (zh) | 一种通过空冷塔进行能量转换的发电系统 | |
| CN111502890A (zh) | 一种多级发电系统及其运行方法 | |
| CN103591004B (zh) | 一种微水头流体能抽水系统 | |
| Yongming et al. | Study of Gear Pump/Motor Efficiency for Variable-Speed Pump-Controlled-Motor System | |
| CN202789301U (zh) | 水增力循环发电机组 | |
| CN202012443U (zh) | 水动风机冷却塔 | |
| CN201330759Y (zh) | 一种旋转动力式多相增压泵 | |
| CN102606409A (zh) | 一种风力致热系统及其热量控制方法 | |
| CN203796890U (zh) | 液压变速器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| OL01 | Intention to license declared | ||
| OL01 | Intention to license declared |