CN114719930A - 井口排水计量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种井口排水计量装置，属于煤层气领域，所述井口排水计量装置包括：缓冲罐、控制组件、电控阀门以及液位计；所述缓冲罐包括进液口以及出液口，所述进液口与井口连接，所述出液口与所述电控阀门连接；所述液位计位于所述缓冲罐中，用于检测所述缓冲罐中的液位；所述控制组件与所述液位计以及所述电控阀门电连接，用于在所述液位计检测到液位达到指定高值时，控制所述电控阀门开启，并在所述液位计检测到所述缓冲罐的液位达到指定低值时，控制所述电控阀门关闭，并基于预定时长内的排水次数确定所述井口的排水量，指定高值大于指定低值。解决了相关技术中推导出的日产水量不够准确的问题，达到了提高获取日产水量准确性的效果。

Description

井口排水计量装置

技术领域

本申请涉及煤层气领域，特别涉及一种井口排水计量装置。

背景技术

在煤层气开发过程中，通过持续排出煤储层中的水来降低煤层压力，压力降低后，处于吸附状态的煤层气进入井筒被采出。煤层气的排采周期不同时，产水量也不同，煤层气井的产出水量波动范围较大，通过获取煤层气井的产水量并对日产水量进行分析，可以合理制定排采制度，提高产气量，其中从煤层气井排出的水即为产出水。通常情况下，产出水通过煤层气井井口的采气树，由产出水管线流入取样池，再流进排采沉淀池。

相关技术中的一种井口排水计量装置，包括一个量杯，将量杯置于取样池内，在一定时间内采集定量水样，根据当前取水量以及取水时间推算出日产水量。

但是，由于产出水的产出水量波动范围较大，易出现间歇性出水的情况，使用相关技术中的井口排水计量装置获取的数据推导出的日产水量不够准确。

发明内容

本申请实施例提供了一种井口排水计量装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种井口排水计量装置，所述井口排水计量装置包括：缓冲罐、控制组件、电控阀门以及液位计；

所述缓冲罐包括进液口以及出液口，所述进液口与井口连接，所述出液口与所述电控阀门连接；

所述液位计位于所述缓冲罐中，用于检测所述缓冲罐中的液位；

所述控制组件与所述液位计以及所述电控阀门电连接，用于在所述液位计检测到液位达到指定高值时，控制所述电控阀门开启，并在所述液位计检测到所述缓冲罐的液位达到指定低值时，控制所述电控阀门关闭，并基于预定时长内的排水次数确定所述井口的排水量，所述指定高值大于所述指定低值。可选的，所述井口排水计量装置还包括排污管，所述排污管上设置有阀门，所述缓冲罐的罐底具有排污口，所述排污口与所述排污管连接。

可选的，所述缓冲罐的顶部具有排气口。

可选的，所述控制组件包括防水箱体、控制器以及通信模块；

所述控制器以及所述通信模块位于所述防水箱体中，所述控制器与所述通信模块电连接，所述控制器与所述电控阀门以及所述液位计电连接。

可选的，所述控制组件还包括触控显示屏，所述触控显示屏与所述控制器电连接，用于显示所述排水次数以及所述井口的排水量。

可选的，所述通信模块为无线通信模块。

可选的，所述液位计为不锈钢杆式液位计。

可选的，所述井口排水计量装置还包括底座，所述缓冲罐、所述控制组件以及所述电控阀门均安装于所述底座上。

可选的，所述电控阀门为常闭型电动开关闸阀。

可选的，所述缓冲罐的顶部的侧面还包括溢流孔，所述溢流孔上安装有溢流阀门。

本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

提供一种包括缓冲罐、控制组件、电控阀门以及液位计的井口排水计量装置，产出水通过缓冲罐的进液口进入缓冲罐内，当液位计检测到缓冲罐内液体的液位达到指定高值时，控制组件控制电控阀门开启，并在液位计检测到缓冲罐的液位达到指定低值时，控制电控阀门关闭。通过液位计的设定高度以及缓冲罐的截面积可以获得单次排水体积，根据预定时长内的排水次数以及单次排水体积可以获取预定时长内的排水量。本申请中的井口排水计量装置不受产出水的产出水量波动范围大的影响，可以准确获取预定时长内的排水量。解决了相关技术中的井口排水计量装置获取的数据推导出的日产水量不够准确的问题，达到了提高获取日产水量准确性的效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请实施例提供的一种井口排水计量装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种井口排水计量装置的结构示意图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

煤层气是指赋存在煤层中的以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于产出水中的气体，是一种优质的能源和化工原料。由于煤层中割理裂缝系统被水占据，因此煤层气的开采需通过先排水来降低煤层压力，当压力降到临界解吸压力以下后，煤层气从基质中解吸出来，通过基质和微孔隙扩散到裂缝，再沿割理或裂缝系统流入井筒而被采出。因此，煤层气采出水计量是煤层气产水规律研究和精细排采管控的重要条件。

相关技术中的一种井口排水计量装置，包括一个2升的量杯，操作人员手持量杯位于产出水管线处，记录从产出水管线处注入量杯的产出水注满2升的量杯时所需要的时间，根据取水量以及取水时间计算出日产水量。日产水量的计算公式如下：

其中Q为日产水量，单位为m³，Q₀为取水量，单位为L，t为取样时间，单位为s(秒)。

但是，由于煤层气各井之间产水能力差异较大，存在无水、润湿滴水、不连续出液、连续出液等不同的产水情况，操作人员手持量杯在取样池内接产出水时，若遇到大水量脉冲时，产出水大量冲入量杯并迅速溢出，导致取样时间内水量获取不准确；若遇到间歇式出水，依据一个取样时间内取得的水量代入上述公式，由于水的不连续性，计算数据往往较实际日产水量偏差较大。

另外，由于煤层气井通常位于山野偏远处，使用上述井口排水计量装置时，操作人员需每天到产出水管线处采集定量水样和获取采集时间，遇雨雪等恶劣天气无法进山时，便无法获取当日产水量且在操作人员无法巡视煤层气井时，若出现气井产水量异常未被及时发现，液面回升，，会造成产气量下降。

本申请实施例提供了一种井口排水计量装置，能够解决上述相关技术中存在的问题。

图1是本申请实施例提供的一种井口排水计量装置的结构示意图。

井口排水计量装置包括：缓冲罐11、控制组件12、电控阀门13以及液位计14。

缓冲罐11包括进液口111以及出液口112，进液口111与井口连接，出液口112与电控阀门13连接。

液位计14位于缓冲罐11中，用于检测缓冲罐11中的液位。

控制组件12与液位计14以及电控阀门13电连接，用于在液位计14检测到液位达到指定高值时，控制电控阀门13开启，并在液位计14检测到缓冲罐11的液位达到指定低值时，控制电控阀门13关闭，并基于预定时长内的排水次数确定井口的排水量，指定高值大于指定低值。

综上所述，本申请实施例提供一种包括缓冲罐、控制组件、电控阀门以及液位计的井口排水计量装置，产出水通过缓冲罐的进液口进入缓冲罐内，当液位计检测到缓冲罐内液体的液位达到指定高值时，控制组件控制电控阀门开启，并在液位计检测到缓冲罐的液位达到指定低值时，控制电控阀门关闭。通过液位计的设定高度以及缓冲罐的截面积可以获得单次排水体积，根据预定时长内的排水次数以及单次排水体积可以获取预定时长内的排水量。本申请中的井口排水计量装置不受产出水的产出水量波动范围大的影响，可以准确获取预定时长内的排水量。解决了相关技术中的井口排水计量装置获取的数据推导出的日产水量不够准确的问题，达到了提高获取日产水量准确性的效果。

可选的，井口排水计量装置还包括排污管，排污管上设置有阀门，缓冲罐的罐底具有排污口，排污口与排污管连接。

可选的，缓冲罐的顶部具有排气口。

可选的，控制组件包括防水箱体、控制器以及通信模块；

控制器以及通信模块位于防水箱体中，控制器与通信模块电连接，控制器与电控阀门以及液位计电连接。

可选的，控制组件还包括触控显示屏，触控显示屏与控制器电连接，用于显示排水次数以及井口的排水量。

可选的，通信模块为无线通信模块。

可选的，液位计为不锈钢杆式液位计。

可选的，井口排水计量装置还包括底座，缓冲罐、控制组件以及电控阀门均安装于底座上。

可选的，电控阀门为常闭型电动开关闸阀。

可选的，缓冲罐的顶部的侧面还包括溢流孔，溢流孔上安装有溢流阀门。

请参考图2，其示出了本申请实施例提供的另一种井口排水计量装置的结构示意图。

可选的，缓冲罐11的顶部具有排气口113。煤层气是储存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于产出水中的烃类气体，煤层气具有易燃易爆炸的特性。煤层气井的井口连接有采气树，从煤层气井内采出的液体以及气体均经过采气树，采气树上的产水管道接口与缓冲罐11上的进液口111连接，从井内采出的液体通过采气树直接进入缓冲罐11内，因此液体内可能携带少量溶解于液体中的煤层气，为避免煤层气对井口排水计量装置造成安全危害，可以在缓冲罐11的顶部设置一个排气口113，随液体进入缓冲罐11内的少量气体可以通过排气口113排出，可以避免缓冲罐发生爆炸等安全问题，以此提高井口排水计量装置的安全性能。

缓冲罐11的进液口111与采气树上的管道接口可以通过法兰连接，在两片法兰之间可以设置有法兰密封垫，避免从井内采出的液体在管道接口处泄露，造成获取的日产水量不够准确的问题。与法兰连接的进液口111处的进液管道为型号为DN50的钢管。DN50钢管的公称直径为50mm，所述钢管的型号本申请实施例在此不作限定。

可选的，井口排水计量装置还包括排污管15，排污管15上设置有阀门，缓冲罐11的罐底具有排污口114，排污口114与排污管15连接。产出水通常储存在地下缝隙内，从煤层气井中将液体(本申请实施例中的液体特指产出水)采出时，液体中携带有一定量的泥沙等杂质，液体进入缓冲罐11后，泥沙杂质逐渐沉积到缓冲罐11底部。为避免缓冲罐11内泥沙杂质堆积过多导致的液位计14计量的缓冲罐内液体液位高度不准确，可以在缓冲罐11的罐底设置一个排出泥沙杂质的排污口114，排污管15上的阀门打开时，缓冲罐11内的泥沙杂质通过排污口114进入排污管15，从排污管15的另一端排出。可以将排污管15的另一端与排污池连接，也可以在定期打开排污口114排出泥沙杂质时，将排污管15的另一端置于桶内，操作人员在排污结束后将桶内泥沙运至其他地方。由于液体携带的泥沙量较少，可以预设天数进行一次排污处理。本申请实施例中的排污管可以为型号为DN50的带阀门钢管，排污管15也可以为其他型号，本申请实施例在此不作限定。

可选的，控制组件12包括防水箱体121、控制器以及通信模块；控制器以及通信模块位于防水箱体121中，控制器与通信模块电连接，控制器与电控阀门13以及液位计14电连接。控制组件12可以设置电控阀门13开始排水的液位高度以及电控阀门13结束排水的液位高度，控制组件12还用于采集液位计14计量的缓冲罐11内的液体高度信号。当液位计14计量的缓冲罐11内液位高度达到控制组件12设置的排水高度时，控制组件12控制电控阀门13开启，缓冲罐11内的液体从与缓冲罐出液口112连接的电控阀门13中排出。当缓冲罐11内的液体逐渐减少至控制组件12设置的停止排水高度时，控制组件12控制电控阀门13关闭。此时控制器记录排水次数一次，排水次数可以在预设时间内累加，本申请实施例中获取的为煤层气井的日排水量，因此可以设置控制器记录的排水次数在24小时内累计，每24小时清零一次。

井口排水计量装置通常设置在野外，野外环境多雨雪天气，控制组件12中的控制器和通信模块遇水可能造成故障，导致排水数量记录不准确或无法控制电控阀门开启关闭，因此，使用防水材料制造装载控制器以及通信模块的箱体，或在金属或其他材质制成的箱体外部涂覆防水涂料，避免雨水渗入箱体内部，降低了控制组件12的故障率，提高了井口排水计量装置的使用寿命。本申请实施中的防水箱体121的尺寸为400mm×500mm×250mm，防水箱体121的尺寸可以根据箱体内部设置的模块数量进行更改，具体尺寸本申请实施例在此不作限定。

可选的，控制组件12还包括触控显示屏122，触控显示屏122与控制器电连接，用于显示排水次数以及井口的排水量。还可以通过在触控显示屏122上进行操作，对控制器控制的电控阀门13开启和关闭时的液位高度进行更改。触控显示屏122内部可以设置数据采集系统，通过数据采集系统可以采集和记录缓冲罐的排水量。

可选的，通信模块为无线通信模块。控制组件12中的排水次数以及累计排水量均可以通过通信模块传输至后台，通过后台进行显示、统计、计算和分析等功能。由于煤层气井多位于山区中，且每个煤层气井均设置有一台井口排水计量装置，现场实时获取全部数据的难度较大，使用无线通信模块，可以远程获取后台数据，无需操作人员长期驻扎在山区中，即可获取煤层气井的日产水量，并对其进行分析，从而制定合理的排采制度。

可选的，液位计14为不锈钢杆式液位计141。缓冲罐11的高度通常较高，液位计14的一端位于缓冲罐11内的底部，另一端伸出缓冲罐11的顶部，并在缓冲罐11的顶部通过法兰142进行固定，以避免液位计14晃动，因此本申请实施例选的液位计为杆式液位计。杆式液位计通常包括陶瓷材质和不锈钢材质，本申请实施例中的杆式液位计位于野外环境中，采出的产出水携带有杂质和含有多种元素的气体，不锈钢材质的杆式液位计强度高且耐腐蚀性能好，因此本申请实施例中使用的液位计为不锈钢杆式液位计141。本申请实施例中选取长度900mm，24V供电，输出信号为4-20mA的不锈钢杆式液位计141，也可以根据实际使用场景以及缓冲罐的容积选择其他长度、型号和材质的液位计，本申请实施例在此不作限定。

可选的，电控阀门13为常闭型电动开关闸阀131。电控阀门13与缓冲罐11的出液口112连接，在缓冲罐11内的液位高度达到设定值时才将液体排出，因此可以选择常闭型电控阀门，在断电时阀门为关闭状态，在缓冲罐11内液体达到设定高度时，控制器控制电控阀门13打开。

闸阀通过闸板的开启和关闭达到液体的流通和密封，闸板的运动方向与流体方向相垂直，当闸板抬起时，液体可以流通，当闸板完全落下时，通道为密封状态。闸阀的密封性能较好，可以避免缓冲罐内液体泄露导致获取的日产水量数据不准确。闸阀无法调节流量以及流速，然而本申请实施例中只需将一定量的液体排出缓冲罐，对排出液体的流速没有要求，因此可以使用形体结构简单、不易出现故障的闸阀作为电控阀门。另外，闸阀的阀门刚性好，在野外环境中也可以具有较长的使用寿命，可以增加井口排水计量装置的使用寿命。本申请实施例中的电控阀门13为电源220V，符合IP(英文：Ingress ProtectionRating，中文：防护安全级别)67标准的常闭型电动开关闸阀131，具体的电控阀门的规格本申请实施例在此不作限定。

可选的，井口排水计量装置还包括底座16，缓冲罐11、控制组件12以及电控阀门13均安装于底座16上。底座16可以为一个平板式钢部底座，由于缓冲罐11底部设置有排污口114，且连接有排污管15，因此缓冲罐11的底部与底座16之间可以设置一定的间隔距离，缓冲罐11与底座16可以通过至少三根支撑杆161连接。控制组件12与底座16通过四根支撑杆162连接。

由于每一口煤层气井的位置不同，其井下地层中的裂缝以及储气量不同，获取每一口煤层气井的日产水量可以便于工作人员更准确的通过煤层气产水量研究煤层气的产气规律，从而合理制定排采制度，将缓冲罐、控制组件以及电控阀门均安装于底座上，可以便于在每一口煤层气井的井口处安置井口排水计量装置，且便于移动井口排水计量装置，方便各井之间的井口排水计量装置的更换和调动。另外，由于煤层气井多设置在山区中，安装底座后，井口排水计量装置既可以不受地形影响，同时便于运输。

可选的，缓冲罐11的顶部的侧面还包括溢流孔115，溢流孔115上安装有溢流阀门。由于缓冲罐11的出液口112与电动阀门13连接，控制组件12与液位计14电连接，电动阀门13通过控制组件12开启阀门排出缓冲罐11内的液体，当液位计14或控制组件12在野外恶劣环境中出现故障时或断电时，电动阀门13无法开启，缓冲罐11内的液体无法从出液口112排出。且由于井口排水计量装置置于野外山区环境中，遇雨雪等恶劣天气时，巡井的工作人员不会进入山区煤层气井区域，无法及时对出现故障的控制组件12或液位计14进行检修和更换，而与井口连接的缓冲罐进液口111仍在不断向缓冲罐11内排水，缓冲罐11内储满液体时，可能会出现液体倒流回井内的情况或其他安全事故。

在缓冲罐11顶部的侧面安装一个带有阀门的溢流孔115，井口排水计量装置正常运行时溢流孔阀门处于开启状态，当缓冲罐11内的液体储满时，溢流孔115中的溢流阀门在液体压力下打开，液体从溢流孔115中排出，避免液体倒流回井内，或产生其他安全事故，提高了井口排水计量装置的安全性能。溢流阀门与溢流管线1151的一端连通，溢流管线1151的另一端与电动阀门13的排水管道连通，从溢流孔115中溢出的液体可以经过溢流管线1151从电动阀门13的排水管道排出。避免了液体从溢流孔115溢出后直接滴落到地面，从而避免了污染，保护了环境。

另外，本申请实施例中的缓冲罐11直径600mm，高620mm，缓冲罐11的材质为钢，制作缓冲罐的钢板制作容积大约0.2m³，通过缓冲罐11的直径以及液位计14计量的液位高度可以获取单次排水体积。缓冲罐11的直径和高度可以根据排水量进行更改，本申请实施例在此不作限定。

缓冲罐11的顶部还包括观察孔(图中未示出)。由于本申请实施例中的井口排水计量装置用于获取的是煤层气井中的煤层水，其携带的少量煤层气可能出现安全隐患，因此为符合国家安全标准，缓冲罐11顶部还可以包括观察孔，缓冲罐11还可以为开盖式缓冲罐，缓冲罐的顶部为可以打开的活板，使用时将活板通过锁扣锁上，以符合国家安全标准。

综上所述，本申请实施例提供一种包括缓冲罐、控制组件、电控阀门以及液位计的井口排水计量装置，产出水通过缓冲罐的进液口进入缓冲罐内，当液位计检测到缓冲罐内液体的液位达到指定高值时，控制组件控制电控阀门开启，并在液位计检测到缓冲罐的液体液位达到指定低值时，控制电控阀门关闭。通过液位计的设定高度以及缓冲罐的截面积可以获得单次排水体积，根据预定时长内的排水次数以及单次排水体积可以获取预定时长内的排水量。本申请中的井口排水计量装置不受产出水的产出水量波动范围大的影响，可以准确获取预定时长内的排水量。解决了相关技术中的井口排水计量装置获取的数据推导出的日产水量不够准确的问题，达到了提高获取日产水量准确性的效果。

使用相关技术中的井口排水计量装置时，由于使用人工量取，常存在产水量数据计量不精确的问题。且当遇雨雪恶劣天气，操作人员不对各个煤层气井进行巡井时，难以及时发现煤层气井产水量异常情况，将影响排采动态分析，无法进行精细管控，而操作人员不巡井时便无法及时发现煤层气井的产水量异常情况，从而影响煤层气井的产气量，造成经济损失。

使用本申请上述任一实施例提供的井口排水计量装置时，可以解决相关技术中的上述问题，具体步骤如下：

将缓冲罐的进液口与煤层气井采气树的管道接口连接，将煤层气井采出的液体收集到缓冲罐内，当不锈钢杆式液位计计量到缓冲罐内液位达到设定高度H₀时，控制组件获取液位信号，开启电控阀门，缓冲罐内的液体从出液口排出，当液位降到设定关闭的电控阀门的液位值H₁时，控制组件获取液位信号，发出指令关闭电控阀门，控制组件的触控显示屏显示排水次数累加1次，通过缓冲罐的直径以及液位高度得到一次排出的液体体积为V₀。上述排水过程进行多次循坏。由于本申请中获取的为日产水量，因此当经过24小时，获取触控显示屏计数器为n时，可以计算出日产水量即为V＝n×V₀，通过无线通信模块将每日(24小时)的产水量V传输到后台计算机进行统计。

使用上述本实施例提供的井口排水计量装置获取的煤层气井日产水量数据精确，且降低了操作人员的劳动力，操作人员无需每日巡山，通过后台数据即可获取煤层气井的日产水量，并通过精准的日产水量明确煤层气产水、产气规律，合理制定排采制度，提高产气量，延长采气周期。且操作人员可以通过后台数据判断煤层气井是否处于产水量异常情况，及时发现产水量异常井并采取措施，避免由于产水不正常造成的气量降低。

以上所述仅为本申请的可选的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种井口排水计量装置，其特征在于，所述井口排水计量装置包括：缓冲罐、控制组件、电控阀门以及液位计；

所述缓冲罐包括进液口以及出液口，所述进液口与井口连接，所述出液口与所述电控阀门连接；

所述液位计位于所述缓冲罐中，用于检测所述缓冲罐中的液位；

所述控制组件与所述液位计以及所述电控阀门电连接，用于在所述液位计检测到液位达到指定高值时，控制所述电控阀门开启，并在所述液位计检测到所述缓冲罐的液位达到指定低值时，控制所述电控阀门关闭，并基于预定时长内的排水次数确定所述井口的排水量，所述指定高值大于所述指定低值。

2.根据权利要求1所述的井口排水计量装置，其特征在于，所述井口排水计量装置还包括排污管，所述排污管上设置有阀门，所述缓冲罐的罐底具有排污口，所述排污口与所述排污管连接。

3.根据权利要求1所述的井口排水计量装置，其特征在于，所述缓冲罐的顶部具有排气口。

4.根据权利要求1所述的井口排水计量装置，其特征在于，所述控制组件包括防水箱体、控制器以及通信模块；

所述控制器以及所述通信模块位于所述防水箱体中，所述控制器与所述通信模块电连接，所述控制器与所述电控阀门以及所述液位计电连接。

5.根据权利要求4所述的井口排水计量装置，其特征在于，所述控制组件还包括触控显示屏，所述触控显示屏与所述控制器电连接，用于显示所述排水次数以及所述井口的排水量。

6.根据权利要求4所述的井口排水计量装置，其特征在于，所述通信模块为无线通信模块。

7.根据权利要求1所述的井口排水计量装置，其特征在于，所述液位计为不锈钢杆式液位计。

8.根据权利要求1所述的井口排水计量装置，其特征在于，所述井口排水计量装置还包括底座，所述缓冲罐、所述控制组件以及所述电控阀门均安装于所述底座上。

9.根据权利要求1所述的井口排水计量装置，其特征在于，所述电控阀门为常闭型电动开关闸阀。

10.根据权利要求1-9任一所述的井口排水计量装置，其特征在于，所述缓冲罐的顶部的侧面还包括溢流孔，所述溢流孔上安装有溢流阀门。

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