CN114704233B - 泡排球自动加注装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泡排球自动加注装置，其包括储存机构、传送机构和废气处理器；储存机构包括经加料管道连通的料仓和储料室所述储料室位于料仓的上方；传送机构包括与储料室连通的脱水室，与脱水室连通的滤气室；滤气室的输入端与采气树连通；滤气室通过其内设置的过滤单元分为两部分，滤气单元以下部分通过第一排气管道与吸收天然气中废气的废气处理器连通，滤气单元以上部分通过排料管道与泡排球收集室连通；储料室、脱水室、滤气室分别经正压管道与集中正压供气装置连通；储料室经真空管道与真空发生器连通。本发明通过气压差进行泡排球的自动进料和排料，还可同时实现对废气的分离与处理，有助于提高天然气开采效率及开采工作的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于天然气开采技术领域，涉及天然气井口泡排球加注技术，尤其涉及一种能够实现泡排球自动加注装置及方法。
背景技术
天然气井开采进入中后期，会因为携液能力不足发生井底积液，造成气井水淹停产。加注固体泡排球是排除气井积液、维持气井稳定生产的有效手段。传统人工判识积液和人工泡排方式存在积液预警不及时、劳动强度大、人工泡排频率无法维持气井稳产、频繁的车辆动用和人工操作增加运行成本和安全风险，降低了泡排工艺应用效果，制约了气藏采收率的提高。
为了解决上述技术问题，设计一种泡排球自动加注装置，可以降低人工劳动强度，提高天然气的开采效率和开采工作的稳定性，避免天然气的浪费。
申请号为CN201210327533.1的专利申请文件公开了一种泡排球自动加注装置，其主要是基于齿轮盘的的机械传送机构，包括储存机构和投放机构，首先通过旁路和旁路传送机构到达旁路与主路的连通口，然后开启开关装置，泡排球进入主路，再关闭开关装置，泡排球由主路传送机构向井口投递。上述泡排球自动加注装置结构十分复杂，不仅难以维护，而且容易引起不可预测的事故。而且上述自动加注装置不能实现自动进料，难以满足野外需求。同时上述装置没有考虑如何对废气进行处理，不符合当今绿色产业发展需求。
发明内容
本发明的旨在针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种泡排球自动加注装置，能够实现泡排球的自动投料及向天然气井自动放料，还可进一步实现天然气中废气(主要为酸性气体)的分离与处理。
本发明的另一个目的旨在提供一种泡排球自动加注方法。
为达到上述目的，本发明采取以下技术方案来实现。
本发明提供的泡排球自动加注装置，其包括储存机构、传送机构和废气处理器；
所述储存机构包括经加料管道连通的料仓和储料室；所述储料室位于料仓的上方；
所述传送机构包括与储料室连通的脱水室，与脱水室连通的滤气室；所述滤气室的输入端与采气树连通；所述储料室、脱水室、滤气室及采气树相接的位置均安装有球阀；所述滤气室通过其内设置的过滤单元分为两部分，滤气单元以下部分(记作滤气室下部)通过第一排气管道与吸收天然气中废气的废气处理器连通，滤气单元以上部分(记作滤气室上部)通过排料管道与泡排球收集室连通，第一排气管道和排料管道与滤气室相接的位置安装有球阀；所述储料室、脱水室、滤气室分别经正压管道与集中正压供气装置连通；所述储料室经真空管道与真空发生器连通。
上述泡排球自动加注装置，主要是通过脱水室、滤气室以及各球阀组成的球阀组降低气压；通过气压差进行泡排球的进料和排料。
上述泡排球自动加注装置，所述料仓和储料室均用于存储泡排球，由于储料室容积有限，为了更好的实现泡排球的自动加注，本发明设置了料仓，泡排球置于料仓内。当储料室内泡排球不足时，通过压力差，将料仓内的泡排球自动输送至储料室内。进一步地，料仓内侧壁上安装有第一料位传感器，第一料位传感器接近料仓底部，通过该第一料位传感器检测料仓是否需要投料。
上述泡排球自动加注装置，在储料室内侧壁自下而上分别安装第二料位传感器和第三料位传感器，其中第二料位传感器有两个作用，一个是检测储料室中是否还有泡排球，另一个是与第三料位传感器组合来控制脱水室与储料室相接位置的球阀动作，从而控制一次性向气井中添加泡排球的数量。同样地，第三料位传感器也有两个作用，一个是控制储料室中泡排球的最大注入数量，另一个是与第二料位传感器控制泡排球排放量。通过设置的第二料位传感器和第三料位传感器，本发明将每次投放泡排球的量设置为第二料位传感器和第三料位传感器之间空间所容纳的泡排球量。
上述泡排球自动加注装置，脱水室经第二排气管道与天然气收集室连通；所述第二排气管道与脱水室相接的位置安装有球阀。
上述泡排球自动加注装置，滤气单元的功能是吸收天然气中的废气H2S，并使天然气通过；可以采用本领域已经公开的常规膜分离技术中已经披露的用于吸收H2S的分离膜。所述废气处理器用于盛放处理废气H2S的溶液，所述溶液可以为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液或硫酸铜溶液等。
上述泡排球自动加注装置，滤气室与采气树和脱水室相接的位置分别安装有一级球阀和二级球阀，脱水室与储料室相接的位置安装有三级球阀，第一排气管道与滤气室相接的位置安装有四级球阀，第二排气管道与脱水室相接的位置安装有五级球阀。排料管道与滤气室相接的位置安装有六级球阀。
上述泡排球自动加注装置，所述集中正压供气装置和真空发生器采用本领域常规设备，所述集中正压供气装置使用的气体为氮气、氩气或氦气等惰性气体。各正压管道中，与储料室连通的是第一正压管道，与脱水室连通的是第二正压管道，与滤气室中滤气单元以上部分连通的是第三正压管道，与滤气室中滤气单元以下部分连通的是第四正压管道。各正压管道与储料室、脱水室、滤气室相接的位置以及真空管道与储料室相接的位置均安装有气压阀。
上述泡排球自动加注装置，各球阀、第一料位传感器、第二料位传感器、第三料位传感器、集中正压供气装置和真空发生器均与PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)连接，由PLC进行控制操作。第一料位传感器、第二料位传感器和第三料位传感器可以采用压力传感器。
上述泡排球自动加注装置，所述料仓和废气处理器安装于底座上；所述滤气室经支撑柱安装于底座上。
本发明进一步提供了一种泡排球自动加注方法，当向脱水室注入泡排球时，使用上述泡排球自动加注装置按照以下步骤操作：
S1控制采气树、滤气室和脱水室连通，使来自采气树的天然气经滤气单元后进入脱水室；待脱水室充满时关闭采气树、滤气室和脱水室；
S2控制滤气室与废气处理器连通，并接通与滤气室中滤气单元以下部分连通的正压管道，将滤气室中废气排入废气处理器中，然后关闭滤气室和相应正压管道；
S3控制脱水室与储料室连通，并接通与储料室连通的正压管道，使泡排球进入脱水室，完成进料。
上述步骤S1中，开启球阀(这里是一级球阀和二级球阀)，使采气树、滤气室和脱水室连通，通过脱水室对来自采气树的气体进行调压，并通过滤气单元吸收和滞留天然气中的废气H2S。待脱水室充满时，关闭相应的球阀(即一级球阀和二级球阀)。可以通过PLC控制一级球阀和二级球阀打开，实现地下天然气和硫化氢的混合气体通过采气树进入滤气室，经滤气单元后过滤后，净化的天然气进入脱水室。由于脱水室的体积是已知的，结合来自采气树的天然气流速，确定天然气充满脱水室的时间，通过计时器计时，利用PLC依据设定时间控制一级球阀和二级球阀关闭。
上述步骤S2中，开启球阀(这里是四级球阀)，使滤气室与废气处理器连通，并接通与滤气室下部连通的正压管道(这里是第四正压管道)，通过集中正压供气装置向滤气室中通气，将滤气室中废气排入废气处理器中，至滤气室中废气H2S满足设定要求，然后再关闭上述球阀和正压管道。可以通过PLC控制球阀和正压管道的开启。由于混合气体中天然气和硫化氢比例是已知的，依据天然气中H2S的比例小于6mg/m3，确定混合气体中H2S与废气处理器中溶液反应时间，也即滤气室内废气满足设定要求所需时间；从而确定集中正压供气装置向滤气室的通气时间，通过计时器计时，利用PLC依据设定时间控制四级球阀和第四正压管道关闭。
上述步骤S3中，开启球阀(这里是三级球阀)，使储料室与脱水室连通，并接通与储料室连通的正压管道(这里是第一正压管道)，储料室中的泡排球在大气压和自身重力作用下，进入到脱水室。可以通过PLC控制三级球阀以及与储料室连通的正压管道开启。当第二料位传感器检测到压力变化时，表明储料室内的泡排球完全注入脱水室内，第二料位传感器将检测信号传输至PLC，PLC控制三级球阀关闭。
泡排球进入脱水室内，吸收脱水室内天然气中的水分。当满足天然气中脱水要求时，开启球阀(这里是五级球阀)，使脱水室与天然气收集室连通，将脱水室内的天然气排入天然气收集室，之后关闭球阀。可以通过脱水室内设置的湿度传感器判断天然气中的水分是否满足要求，当满足要求时，通过PLC控制五级球阀打开，通过压力差，天然气由脱水室经第二排气管道进入天然气收集室，开始进行天然气的收集；也可以预先设定泡排球的吸水时间，当到达预设时间时，通过PLC控制五级球阀打开，通过压力差，天然气由滤气室经第三排气管道进入天然气收集室，开始进行天然气的收集。还可以进一步接通与脱水室连通的正压管道(这里是第二正压管道)，在集中正压的辅助下，加快对天然气的收集。当达到预设天然气收集时间时，关闭相应五级球阀和第二正压管道。
在天然气收集完之后，开启球阀(这里是二级球阀)，使脱水室与滤气室相通，将吸水后的泡排球排入滤气室上部，然后关闭二级球阀；再开启球阀(这里是六级球阀)，使滤气室上部与泡排球收集室连通，同时接通与滤气室上部连通的正压管道(这里是第三正压管道)，将吸水后的泡排球经排料管道排放至泡排球收集室中，然后关闭相应六级球阀和第三正压管道，进入下一个循环周期。
上述泡排球自动加注方法，当储料室内第二料位传感器检测到压力变化时，将检测信号传输至PLC，PLC控制与储料室连通的正压管道(这里是第一正压管道)关闭，开启与储料室连通的真空管道，利用真空发生器，通过气压差的方式，使料仓中的泡排球通过加料管道注入储料室内，当储料室内第三料位传感器检测到压力变化时，将检测信号传输至PLC，PLC控制真空发生器以及与储料室连通的真空管道关闭，完成进料。进一步，当料仓内第一料位传感器检测到压力变化时，将检测信号传输至PLC，通过PLC发出警报，提醒工人向料仓添加泡排球。
与现有技术相比，本发明提供的泡排球自动加注装置及方法具有以下有益效果：
1、本发明通过气压差进行泡排球的自动进料和排料，还可同时实现对废气的分离与处理，有助于提高天然气开采效率及开采工作的稳定性。
2、本发明通过球阀组来调整滤气室内的气压，在防止造成空气污染以及人员伤亡的同时，利用大气压和泡排球自重进行排料，安全可控。
3、本发明通过多个料位传感器组合使用，不仅可以辅助泡排球的自动进料，而且还可以用于控制储料仓与脱水室之间的球阀动作，进而控制内泡排球的排放数量。
4、本发明在脱水室内对天然气进行除湿吸水操作，能够提前避免采气井中积液的产生，能够更加有效的维持气井稳定生产。
5、本发明提供的泡排球自动加注装置还具有结构简单、操作方便，便于安装及维护等优势，能够满足天然气野外开采需求。
附图说明
图1为泡排球自动加注装置结构示意图。
图2为泡排球自动加注方法中自动排球流程示意图。
图中，1-料仓，2-加料管道，3-储料室，4-脱水室，5-滤气室，6-滤气单元，7-一级球阀，8-二级球阀，9-三级球阀，10-第一排气管道，11-废气处理器，12-四级球阀，13-第一正压管道，14-第二正压管道，15-第三正压管道，16-第四正压管道，17-集中正压供气装置，18-真空管道，19-真空发生器，20-第一料位传感器，21-第二料位传感器，22-第三料位传感器，23-泡排球，24-底座，25-支撑柱，26-第二排气管道，27-天然气收集室，28-五级球阀，29-排料管道，30-泡排球收集室，31-六级球阀。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清晰、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的泡排球自动加注装置，其包括储存机构、传送机构和废气处理器11。储存机构包括料仓1和储料室3。传送机构包括与储料室连通的脱水室4，与脱水室4连通的滤气室5。滤气室5的输入端与采气树连通。料仓1和废气处理器11安装于底座24上；脱水室4经支撑柱25安装于底座24上。
储料室3位于料仓1和脱水室4的上方，储料室3经加料管道2与料仓1连通。储料室顶部经第一正压管道13与集中正压供气装置17连通，经真空管道18与真空发生器19连通。脱水室4通过第二排气管道26与天然气收集室27连通，脱水室4还通过第二正压管道14与集中正压供气装置17连通。滤气室通过其内设置的过滤单元6分为两部分，滤气单元以上部分(滤气室上部)通过排料管道29与泡排球收集室30连通，还通过第三正压管道15与集中正压供气管道17连通；滤气单元以下部分(滤气室下部)通过第一排气管道10与吸收天然气中废气的废气处理器11连通，还通过第四正压管道16与集中正压供气装置17连通。
上述滤气室5与采气树和脱水室相接的位置分别安装有一级球阀7和二级球阀8，脱水室4与储料室相接的位置安装有三级球阀9，第一排气管道与滤气室相接的位置安装有四级球阀12，第二排气管道与脱水室相接的位置安装有五级球阀28。排料管道与滤气室相接的位置安装有六级球阀31。第一正压管道13和真空管道18与储料室相接的位置，第二正压管道14与脱水室4相接的位置，以及第三正压管道15、第四正压管道16与滤气室5相接的位置均安装有气压阀。
上述料仓内侧壁上安装有第一料位传感器20，第一料位传感器接近料仓底部。在储料室内侧壁自下而上分别安装第二料位传感器21和第三料位传感器22。第一料位传感器、第二料位传感器和第三料位传感器均为压力传感器。通过该第一料位传感器检测料仓是否需要投料。第二料位传感器有两个作用，一个是检测储料室中是否还有泡排球，另一个是与第三料位传感器组合来控制三级球阀动作，从而控制一次性向气井中添加泡排球的数量。同样地，第三料位传感器也有两个作用，一个是控制储料室中泡排球的最大注入数量，另一个是与第二料位传感器控制泡排球排放量。
上述一级球阀、二级球阀、三级球阀、四级球阀、五级球阀、六级球阀、第一料位传感器、第二料位传感器、第三料位传感器、集中正压供气装置和真空发生器均与PLC连接，由PLC进行控制操作。
本实施例中，集中正压供气装置中使用的气体可以为氮气、氩气或氦气等惰性气体。使用的真空发生器为本领域常规设备，其具有体积小、基本不用维护的特点，能够实现真正的无油，是一种可靠效率真空泵。真空发生器分单级真空发生器和多级真空发生器两类，在消耗相同压缩空气的条件下，多级真空发生器在标准大气下的真空抽气量一般是单级真空发生器的好几倍。
本实施例中，滤气单元的功能是吸收天然气中的废气H2S，并使天然气通过；可以采用本领域已经公开的常规膜分离技术中已经披露的用于吸收H2S的分离膜。废气处理器用于盛放处理废气H2S的溶液，溶液可以为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液或硫酸铜溶液等。溶液浓度可以根据天然气中H2S情况进行调节。
基于上述泡排球自动加注装置，本实施例进一步提供了一种泡排球自动加注方法，如图2所示，当向脱水室注入泡排球时，包括以下步骤：
S1控制采气树、滤气室和脱水室连通，使来自采气树的天然气经滤气单元后进入脱水室；待脱水室充满时关闭采气树、滤气室和脱水室
本步骤中，依据设定时间，PLC控制一级球阀7和二级球阀8打开和关闭，实现地下天然气经滤气单元过滤后进入脱水室4。
S2控制滤气室与废气处理器连通，并接通与滤气室中滤气单元以下部分连通的正压管道，将滤气室中残留的废气排入废气处理器中，然后关闭滤气室和相应正压管道
本步骤中，依据设定时间，PLC控制四级球阀12以及与滤气室下部连通的第四正压管道16开启和关闭，将滤气室中废气H2S排入废气处理器11中，使滤气室废气H2S满足设定要求。
S3控制脱水室与储料室连通，并接通与储料室连通的正压管道，使泡排球进入脱水室，完成进料。
本步骤中，PLC控制三级球阀9以及与储料室连通的第一正压管道13开启，储料室中的泡排球在大气压和自身重力作用下，进入脱水室4。当第二料位传感器21检测到压力变化时，表明储料室内的泡排球23完全注入滤气室内，第二料位传感器21将检测信号传输至PLC，PLC控制三级球阀9关闭。
泡排球进入脱水室内，吸收脱水室内天然气中的水分。当满足天然气中脱水要求时，开启五级球阀28，使脱水室4与天然气收集室27连通，将脱水室内的天然气排入天然气收集室，之后关闭五级球阀28。可以通过脱水室内设置的湿度传感器判断天然气中的水分是否满足要求，当满足要求时，通过PLC控制五级球阀28打开，通过压力差，天然气由脱水室经第二排气管道进入天然气收集室，开始进行天然气的收集；也可以预先设定泡排球的吸水时间，当到达预设时间时，通过PLC控制五级球阀28打开，通过压力差，天然气由滤气室经第三排气管道进入天然气收集室，开始进行天然气的收集。还可以进一步接通与脱水室连通的第二正压管道14，在集中正压的辅助下，加快对天然气的收集；当达到预设天然气收集时间时，关闭相应五级球阀28和第二正压管道14。
在天然气收集完之后，开启二级球阀8，使脱水室4与滤气室5相通，将吸水后的泡排球排入滤气室上部，然后关闭二级球阀8；再开启六级球阀31，使滤气室上部与泡排球收集室连通，同时接通与滤气室上部连通的第三正压管道15，将吸水后的泡排球经排料管道29排放至泡排球收集室30中，然后关闭相应六级球阀31和第三正压管道15，进入下一个循环周期。
此外，当储料室内第二料位传感器检测到压力变化时，将检测信号传输至PLC，PLC控制与储料室连通的第一正压管道13关闭，开启与储料室3连通的真空管道18，利用真空发生器19，通过气压差的方式，使料仓1中的泡排球通过加料管道2注入储料室内，当储料室内液面高于第三料位传感器22检测到压力变化时，将检测信号传输至PLC，PLC控制真空发生器19以及与储料室3连通的真空管道18关闭，完成进料。进一步，当料仓内第一料位传感器20检测到压力变化时，将检测信号传输至PLC，PLC控制发出警报，提醒工人向料仓添加泡排球。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种泡排球自动加注装置，其特征在于，包括储存机构、传送机构和废气处理器；
所述储存机构包括经加料管道（2）连通的料仓（1）和储料室（3）；所述储料室（3）位于料仓（1）的上方；
所述传送机构包括与储料室（3）连通的脱水室（4），与脱水室（4）连通的滤气室（5）；所述滤气室的输入端与采气树连通；所述储料室（3）、脱水室（4）、滤气室（5）及采气树相接的位置均安装有球阀；所述滤气室（5）通过其内设置的过滤单元（6）分为两部分，滤气单元以下部分通过第一排气管道（10）与吸收天然气中废气的废气处理器（11）连通，滤气单元以上部分通过排料管道（29）与泡排球收集室（30）连通，第一排气管道（10）和排料管道（29）与滤气室（5）相接的位置安装有球阀；所述储料室（3）、脱水室（4）、滤气室（5）分别经正压管道与集中正压供气装置连通；所述储料室（3）经真空管道（18）与真空发生器（19）连通。
2.根据权利要求1所述的泡排球自动加注装置，其特征在于，所述料仓内侧壁上安装有第一料位传感器（20）。
3.根据权利要求2所述的泡排球自动加注装置，其特征在于，所述储料室内侧壁自下而上分别安装第二料位传感器（21）和第三料位传感器（22）。
4.根据权利要求3所述的泡排球自动加注装置，其特征在于，所述第一料位传感器（20）、第二料位传感器（21）和第三料位传感器（22）均为压力传感器。
5.根据权利要求3所述的泡排球自动加注装置，其特征在于，各球阀、第一料位传感器、第二料位传感器、第三料位传感器、集中正压供气装置和真空发生器均与PLC连接。
6.根据权利要求1所述的泡排球自动加注装置，其特征在于，脱水室（4）经第二排气管道（26）与天然气收集室（27）连通；所述第二排气管道（26）与脱水室（4）相接的位置安装有球阀。
7.根据权利要求1所述的泡排球自动加注装置，其特征在于，所述料仓和废气处理器安装于底座（24）上；所述滤气室经支撑柱（25）安装于底座（24）上。
8.一种泡排球自动加注方法，其特征在于，当向采气树注入泡排球时，使用权利要求1至7任一项所述的泡排球自动加注装置按照以下步骤操作：
S1 控制采气树、滤气室和脱水室连通，使来自采气树的天然气经滤气单元后进入脱水室；待脱水室充满时关闭采气树、滤气室和脱水室；
S2 控制滤气室与废气处理器连通，并接通与滤气室中滤气单元以下部分连通的正压管道，将滤气室中废气排入废气处理器中，然后关闭滤气室和相应正压管道；
S3 控制脱水室与储料室连通，并接通与储料室连通的正压管道，使泡排球进入脱水室，完成进料。
9.根据权利要求8所述的泡排球自动加注方法，其特征在于，当储料室（3）内第二料位传感器（21）检测到压力变化时，将检测信号传输至PLC，PLC控制与储料室连通的正压管道关闭，开启与储料室（3）连通的真空管道（18），利用真空发生器（19），通过气压差的方式，使料仓（1）中的泡排球通过加料管道（2）注入储料室内，当储料室内第三料位传感器（22）检测到压力变化时，将检测信号传输至PLC，PLC控制真空发生器（19）以及与储料室（3）连通的真空管道（18）关闭，完成进料。
10.根据权利要求8或9所述的泡排球自动加注方法，其特征在于，当料仓内第一料位传感器（20）检测到压力变化时，将检测信号传输至PLC，通过PLC发出警报，提醒工人向料仓添加泡排球。
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