CN204024606U - 煤层气井下煤粉粉碎过滤装置 - Google Patents

Abstract

煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，通过对煤粉进行沉降分离、粉碎、过滤，使进入螺杆泵的煤粉颗粒粒度达到螺杆泵正常工作的范围内，能有效的避免较大颗粒的煤粉进入螺杆泵中，防止出现卡泵、堵塞和磨损事故，延长检泵周期，降低了煤层气的开发成本，并且避免了煤粉堵塞煤层气井的孔眼，该装置具有结构简单、使用方便、高效的优点。

Description

煤层气井下煤粉粉碎过滤装置

【技术领域】

本实用新型涉及一种粉碎过滤装置，具体涉及一种煤层气井下煤粉粉碎过滤装置。

【背景技术】

煤层气，是指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煤层水中烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的清洁、优质能源和化工原料。

开采煤层气的排水方法有很多:例如：有杆泵排水采气法、螺杆泵排水采气法、电潜泵排水采气法、气举排水采气法、水力喷射排水采气泵法、泡沫法和优选管柱法等方法。而排水我国目前主要采用的方法：有杆泵排水采气法、螺杆泵排水采气法和电潜泵排水采气法来实现油管的排水和套管的采气。本专利采用螺杆泵对煤层气的排采时进行的排水采气工艺。

煤层气井的排采是排水采气、连续降压的过程，用螺杆泵排采时，当排采强度过大时或停采时，会造成以下问题：1.当煤粉颗粒粒度大于0.5mm时(螺杆泵正常工作时可携带的煤粉颗粒粒度为小于0.5mm)，会使螺杆泵出现卡泵、堵塞、磨损等现象，影响螺杆泵的使用效果；2.煤粉颗粒会堵塞煤层气井的孔眼，造成煤层气井产量下降、渗透率降低，不利于煤层气的排采。

现如今，一般通过在螺杆泵入口处接接防砂管来防止大颗粒粉进入螺杆泵，并结合油套环空注水稀释煤粉浓度来防止卡泵现象的产生，采用此种方法虽然能降低进入煤层气井的煤粉浓度，然而采用此种方法不能从根本上解决问题。

【发明内容】

本实用新型针对上述问题，提供一种煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，通过对煤粉进行沉降分离、粉碎、沉降，使通过螺杆泵的煤粉颗粒粒度不影响螺杆泵的正常工作，并且通过不会造成煤层气井孔眼的堵塞。

本实用新型提供一种煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，包括：工作筒、分离工作筒、轴、分离粉碎装置、过滤装置，

所述分离工作筒的底端内壁向下延伸形成一环状筒壁，该环状筒壁插入工作筒内与工作筒内壁形成一间隙，

所述工作筒与分离工作筒固定连接，该工作筒的顶端设有至少一个进气口，该进气口高于环状筒壁的最低端，且该进气口处设有筛网，

所述轴设于工作筒与分离工作筒内，并在工作筒与分离工作筒内径向转动，该轴的底端设有一L型通孔，该通孔的入口端低于分离粉碎装置的底端，且该通孔的底端设有一常闭式活门，

所述分离粉碎装置套设于轴上，该分离粉碎装置的底端低于环状筒壁的最低端、高于通孔的入口端，

所述过滤装置设于分离粉碎装置的上方并套设于轴的顶端，该过滤装置的外径与分离工作筒的内径相等。

特别的，所述过滤装置为筛管，该筛管与轴固定连接，所述筛管内沿轴向设有至少一层圆盘式细孔，各层圆盘式细孔错开设置，所述细孔的截面为上大下小的圆锥型，且该细孔的外壁与轴向的夹角为7°。

特别的，所述分离粉碎装置包括：一级分离粉碎装置、二级分离粉碎装置、三级分离粉碎装置，所述一级分离粉碎装置、二级分离粉碎装置、三级分离粉碎装置沿轴向从下到上依次固定于轴上，

所述一级分离粉碎装置为分离轮，该分离轮的顶端低于环状筒壁的最低端，且该分离轮沿轴向设有至少6个叶片，

所述二级分离粉碎装置为诱导轮，该诱导轮的底端与环状筒壁的最低端平齐，该诱导轮的外径小于工作筒的内径，且该诱导轮设有螺旋叶片，

所述三级分离粉碎装置为辊式粉碎器，该辊式粉碎器的最低端与工作筒的顶端平齐，该辊式粉碎器的外径小于分离工作筒的内径，且该辊式粉碎器设有螺旋凸起，该螺旋凸起沿轴向开设有若干槽。

特别的，所述辊式粉碎器的举升角为0°～30°。

特别的，所述分离工作筒设有与辊式粉碎器旋向相同的梯形凸起或矩形凸起，所述螺旋凸起与梯形凸起或矩形凸起相配合。

特别的，所述螺旋叶片旋向与螺旋凸起旋向相反。

特别的，所述轴的底端设有圆锥滚子轴承，轴通过圆锥滚子轴承在工作筒内转动，所述圆锥滚子轴承卡设于工作筒内壁上，且该圆锥滚子轴承的顶端低于通孔的入口端，所述圆锥滚子轴承通过密封圈、轴承端盖进行密封。

特别的，所述进气口的数量为2～4个。

特别的，所述分离轮通过平键固定连接于轴上，该分离轮上叶片的数量为6～12个。

相较于现有技术，本实用新型提供的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，通过对煤粉颗粒进行沉降分离、粉碎、过滤，使进入螺杆泵的煤粉颗粒粒度达到螺杆泵正常工作的范围内，能有效的避免较大颗粒的煤粉进入螺杆泵中，防止出现卡泵、堵塞和磨损事故，延长检泵周期；避免了煤粉颗粒对煤层气开采设备及煤层气井地层的危害、污染，提高了煤层气的排采率，大大降低了煤层气的开发的成本，该装置具有结构简单、使用方便、工作高效、加工工艺简单的优点。

【附图说明】

图1为本实用新型煤层气井下煤粉粉碎过滤装置的结构示意图；

图2为图1B-B处剖面图；

图3为本实用新型煤层气井下煤粉粉碎过滤装置中筛管的剖面图；

图4为本实用新型所述L型通孔的截面图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。

请参阅图1-图3，本实用新型提供一种煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，包括：工作筒8、分离工作筒10、轴7、分离粉碎装置、过滤装置，

所述分离工作筒10的底端固定连接于工作筒8的顶端，该分离工作筒10的底端内壁向下延伸形成一环状筒壁18，该环状筒壁18插入工作筒8内与工作筒8内壁形成一间隙14，通过间隙14的设置，使进入的水、气、煤粉降落一段距离后开始被分离粉碎，避免了在粉碎装置工作时水、气、煤粉被离心力冲出进气口12，

所述工作筒8与分离工作筒10固定连接，该工作筒8的顶端设有至少个进气口12，该进气口12高于环状筒壁18的最低端，且该进气口12处设有筛网13，所述筛网13目数为180目，通过在进气口12处设置筛网13，过滤掉较大颗粒的煤粉颗粒，减少了煤层气井下煤粉粉碎装置的工作量，

所述轴7设于工作筒8与分离工作筒10内，并在工作筒8与分离工作筒10内径向转动，该轴7的底端设有一L型通孔71，该通孔71的入口端72低于分离粉碎装置的底端，且该通孔71的底端设有一常闭式活门2，所述通孔71的结构如图4所示，但不限于如图4所示，所述通孔71与常闭式活门2接触端线是一小段弧形曲线，该曲线上部细，下部有一点粗，以保证常闭式活门2被向上的力作用而封闭类似L型通道，在工作时，没有被粉碎的煤粉颗粒会随自重降落，当达到一定量时，在重力的作用下，常闭式活门2开启，煤粉颗粒排出，

所述粉碎装置套设于轴7上，该粉碎过滤装置的底端低于环状筒壁18的最低端、高于通孔71的入口端72，

所述过滤装置设于粉碎过滤装置的上方并套设于轴7的顶端，该过滤装置的外径与分离工作筒10的内径相等。

特别的，所述过滤装置为筛管16，该筛管16与轴7固定连接，所述筛管16内沿轴向设有至少一层圆盘式细孔161，各层圆盘式细孔161错开设置，所述细孔161的截面为上大下小的圆锥型，且该细孔161的外壁与轴向的夹角为7°，通过筛管16对煤粉颗粒进行层层过滤，起到更好的过滤作用。

特别的，所述分离粉碎装置包括：一级分离粉碎装置、二级分离粉碎装置、三级分离粉碎装置，所述一级分离粉碎装置、二级分离粉碎装置、三级分离粉碎装置，沿轴向从下到上依次固定于轴7上的装置顺序进行分离粉碎。

所述一级分离粉碎装置为分离轮9，该分离轮9的顶端低于环状筒壁18的最低端，且该分离轮9沿轴向设有至少6个叶片91；

所述二级分离粉碎装置为诱导轮11，该诱导轮11的底端与环状筒壁18的最低端平齐，该诱导轮11的外径小于工作筒8的内径，且该诱导轮11设有螺旋叶片111；

所述三级分离粉碎装置为辊式粉碎器15，该辊式粉碎器15的最低端与工作筒8的顶端平齐，该辊式粉碎器15的外径小于分离工作筒10的内径，且该辊式粉碎器15设有螺旋凸起151，该螺旋凸起151沿轴向开设有若干槽152，槽152与螺旋凸起151形成多个棱角，该棱角相当于刀口，对经过的煤粉颗粒进行强力粉碎。

特别的，所述辊式粉碎器15的举升角C为0°～30°，通过举升角C的设置，使齿辊式粉碎器15在旋转的同时可以产生举升力，同时对煤粉颗粒进行粉碎。

特别的，所述分离工作筒10设有与辊式粉碎器15旋向相同的梯形凸起或矩形凸起，于装配时，所述辊式粉碎器15通过螺旋凸起151与梯形凸起或矩形凸起相配合而设于工作筒10内。

特别的，所述螺旋叶片111与螺旋凸起151旋向相反，与工作时，螺旋叶片111的旋向与轴7的旋转方向相同，此时螺旋凸起151旋向与轴7的旋转方向相反，将使得螺旋凸起151(即辊式粉碎器15)相对轴反向螺旋产生向下力，未通过筛管16的煤粉颗粒在反向螺旋力的作用下向下移动到螺旋凸起151(即辊式粉碎器15)再次进行粉碎，避免了煤粉颗粒在筛管16下端堆积。

特别的，所述轴7的底端设有圆锥滚子轴承6，轴7通过圆锥滚子轴承6在工作筒8内转动，所述圆锥滚子轴承6卡设于工作筒8内壁上，且该圆锥滚子轴承6的顶端低于通孔71的入口端72，所述圆锥滚子轴承6通过密封圈4、轴承端盖5进行密封，圆锥滚子轴承6可在轴向和径向上均承受一定的力，可克服卡泵、泵振动的现象，并且可以提高粉碎装置工作的平稳性，降低工作产生振动、摩擦、冲击等对粉碎装置的危害。

特别的，所述进气口12的数量为2～4个，将进气口12的数量控制在2～4个，不仅提高了煤层气井下粉碎装置的工作效率，同时不会增加煤层气井下粉碎装置的工作负担。

特别的，所述分离轮9通过平键17固定连接于轴7上，该分离轮9上叶片91的数量为6～12个。

工作原理与工作过程：

于工作时，将本实用新型所述的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置固定于螺杆泵上，螺杆泵开始工作，轴7在螺杆泵的作用下开始旋转，水、气、煤粉经筛网13过滤后沿进气口12进入工作筒8内，由于密度的不同，较大颗粒的煤粉分离沉降，沿着工作筒8与环状筒壁18形成的间隙14下降；经孔72沉积到常闭式活门2处，当沉积量产生的重力大于活门2的打开力时，打开活门将沉积到常闭式活门2处的煤粉排到井的“口袋”中，之后常闭式活门2关闭；

之后水、气及步骤S10进入分离轮9处，轴7转动的同时带动分离轮9转动，分离轮9产生径向离心力和轴向举升力，此时煤粉颗粒在叶片91的作用下产生激烈的运动与碰撞，煤粉颗粒再次被粉碎，在此过程中，被粉碎的煤粉颗粒重力小于分离轮9举升力的将分散于分级室(叶片91所形成的空间)内，被分离轮9举升力举升向上移动，与此同时在离心力的作用下，水、气、煤粉进行分离，在此过程中，大于分离轮9举升力的煤粉颗粒随自身重力沿L型通孔7沉降到常闭式活门2处，当达到一定量时，常闭式活门2开启，煤粉等排出，煤粉排出后，常闭式活门2关闭；

之后水、气及步骤S20粉碎后的煤粉颗粒在分离轮9产生举升力的作用下进入诱导轮11，诱导轮11旋转产生径向离心力和轴向举升力，此时煤粉在螺旋叶片111的作用下再次产生激烈的运动与碰撞，煤粉颗粒进行第二次粉碎，在粉碎的同时，水、气、煤粉被再次分离，在此过程中，煤粉颗粒重力小于诱导轮11举升力的将被诱导轮11举升力举升向上移动，大于诱导轮11举升力的煤粉颗粒沿L型通孔7沉降到常闭式活门2处，当达到一定量时，常闭式活门2开启，煤粉等排出，煤粉排出后，常闭式活门2关闭；

之后水、气及步骤S30粉碎后的煤粉颗粒在诱导轮9产生举升力的作用下进入辊式粉碎器15，辊式粉碎器15旋转产生径向离心力和轴向举升力，水、气、煤粉颗粒将再一次被分离，分离后的煤粉在辊式粉碎器15刀口剪切力的作用下被粉碎，同时螺旋凸起151与分离工作筒10内壁形成挤压力，煤粉颗粒在挤压力的作用下被再次粉碎，由于辊式粉碎器15在旋转的同时会对煤粉颗粒进行研磨，煤粉颗粒再一次被粉碎，经过辊式粉碎器15粉碎后，煤粉颗粒粉碎细度能达到5um以下，粉碎后小于辊式粉碎器15举升力的煤粉颗粒将被辊式粉碎器15举升力举升向上移动，大于辊式粉碎器15举升力的煤粉颗粒随自身重力沿L型通孔7沉降到常闭式活门2处，当达到一定量时，常闭式活门2开启，煤粉等排出；

最后水、气及步骤S40粉碎后的煤粉颗粒在辊式粉碎器15产生的举升力举升到筛管16底端，筛管16对水、气、煤粉进行过滤，小于筛管16圆盘式通孔161的煤粉颗粒将随水、气排出，大于筛管16圆盘式通孔161的煤粉颗粒在辊式粉碎器15反向螺旋力的作用下降落到辊式粉碎器15再次进行粉碎，通过筛管16过滤后的煤粉颗粒粒度可以到达使到螺杆泵正常携带的煤粉细度。

本实用新型提供的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置正转的时候对煤粉颗粒进行粉碎，反转的时候对装置进行清洗，具有很好的粉碎效果，因此残留在煤层气井中的煤粉颗粒粒度很小，不易沉积或滞留在井筒中，仅需一点冲击力就能将井筒中粉碎后的煤粉颗粒随孔道或间隙被排出井筒，降低了煤粉颗粒对煤层气排采设备的磨损。

需要说明的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有的这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，其特征在于，包括：工作筒(8)、分离工作筒(10)、轴(7)、分离粉碎装置、过滤装置， 

所述工作筒(8)与分离工作筒(10)固定连接，该工作筒(8)的顶端设有至少一个进气口(12)，该进气口(12)高于环状筒壁(18)的最低端，且该进气口(12)处设有筛网(13)， 

所述分离工作筒(10)的底端固定连接于工作筒(8)的顶端，该分离工作筒(10)的底端内壁向下延伸形成一环状筒壁(18)，该环状筒壁(18)插入工作筒(8)内与工作筒(8)内壁形成一间隙(14)， 

所述轴(7)设于工作筒(8)与分离工作筒(10)内，并在工作筒(8)与分离工作筒(10)内径向转动，该轴(7)的底端设有一L型通孔(71)，该通孔(71)的入口端(72)低于分离粉碎装置的底端，且该通孔(71)的底端设有一常闭式活门(2)， 

所述分离粉碎装置套设于轴(7)上，该分离粉碎装置的底端低于环状筒壁(18)的最低端、高于通孔(71)的入口端(72)， 

所述过滤装置设于分离粉碎装置的上方并套设于轴(7)的顶端，该过滤装置的外径与分离工作(10)的内径相等。 

2.根据权利要求1所述的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，其特征在于，所述过滤装置为筛管(16)，该筛管(16)与轴(7)固定连接，所述筛管(16)内沿轴向设有至少一层圆盘式细孔(161)，各层圆且盘式细孔(161)错开设置，所述细孔(161)的截面为上大下小的圆锥型。 

3.根据权利要求1所述的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，其特征在于所述分离粉碎装置包括：一级分离粉碎装置、二级分离粉碎装置、三级分离粉碎装置，所述一级分离粉碎装置、二级分离粉碎装置、三级分离粉碎装置沿轴向从下到上依次固定于轴(7)上， 

所述一级分离粉碎装置为分离轮(9)，该分离轮(9)的顶端低于环状筒壁(18)的最低端，且该分离轮(9)沿轴向设有至少6个叶片(91)， 

所述二级分离粉碎装置为诱导轮(11)，该诱导轮(11)的底端与环状筒壁(18)的最低端平齐，该诱导轮(11)的外径小于工作筒(8)的内径，且该诱导轮(11)设有螺旋叶片(111)， 

所述三级分离粉碎装置为辊式粉碎器(15)，该辊式粉碎器(15)的最低端与工作筒(8)的顶端平齐，该辊式粉碎器(15)的外径小于分离工作筒(10)的内径，且该辊式粉碎器(15)设有螺旋凸起(151)，该螺旋凸起(151)沿轴向开设有若干槽(152)。 

4.根据权利要求3所述的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，其特征在于，所述齿辊式粉碎器(15)的举升角为0°～30°。 

5.根据权利要求4所述的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，其特征在于，所述分离工作筒(10)设有与齿辊式粉碎器(15)旋向相同的梯形凸起或矩形凸起，所述螺旋凸起(151)与梯形凸起或矩形凸起相配合。 

6.根据权利要求3～5任一所述的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，其特征在于，所述螺旋叶片(111)与螺旋凸起(151)旋向相反。 

7.根据权利要求1所述的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，其特征在于，所述轴(7)的底端设有圆锥滚子轴承(6)，轴(7)通过轴承(6)在工作筒(8)内转动，所述圆锥滚子轴承(6)卡设于工作筒(8)内壁上，且该轴承(6)的顶端低于通孔(71)的入口端(72)，所述轴承(6)通过密封圈(4)、轴承端盖(5)进行密封。 

8.根据权利要求7所述的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，其特征在于，所述进气口(12)的数量为2～4个。 

9.根据权利要求1所述的煤层气井下煤粉粉碎过滤装置，其特征在于，所述分离轮(9)通过平键(17)固定连接于轴(7)上，该分离轮(9)上叶片(91)的数量为6～12个。