[发明专利]煤层气井循环自动补水排采设备

说明书

技术领域：

本发明涉及一种新型煤层气井排水采气工艺和相应设备，主要应用于煤层气开发排水采气技术领域，特别适用排水量较少的煤层气井和煤层出煤粉、煤焦较多的煤层气井开发中使用。

背景技术：

煤层气(俗称瓦斯)作为一种非常规天然气资源，已经成为我国能源接替战略的重要资源，目前，煤层气开发分为地面抽排和井下抽排两种方式。煤层气地面抽排，不仅可以获得国内急需的清洁能源，而且可以解决煤层开采时水和瓦斯突出、瓦斯排放造成污染的问题，是一件既利国利民有利于环保和煤矿安全的事业，因此，我国将煤层气地面抽排开发，作为国家优先发展的能源领域。

煤层气是吸附在煤层上的气源，属于产层和储层共生气藏，实现煤层气的开发，必须将煤层中的水排出地面，实现煤层降压，煤层气从吸附的煤中解析出来，从产气通道进入井筒，形成工业气源，达到产气的目的。目前，我国煤层气开发多采用排水采气工艺和相应设备，且常用地面抽排方式，所使用的排水采气工艺和设备，基本上是从油田采油中移植来的有杆三抽系统、螺杆泵排采系统和潜油电泵排采系统，采用油管中排水，油套环空中产气的排采工艺。由于煤层的结构特征和煤层气储层特征决定，煤层气排采过程中，产水量小且极度不稳定，不断有煤粉、煤焦、地层砂(或压裂砂)排出，这些固性颗粒或黏性物质较难排出地面，将会在井筒中沉积，造成卡泵、堵泵、埋泵，损坏游动凡尔或固定凡尔，使得泵工作失效，造成煤层气排采的中断，就必须进行检泵作业，从而严重影响了煤层气井的正常生产，增加了作业费用，缩短了煤层气井高产周期。

发明内容：

本发明的目的是针对现有排采工艺和设备不能适应排水量小、进入井筒的煤粉不能排出地面、排采设备无故障运行时间短等缺点，对现有排采工艺进行改进和优化，并设计了相应的排采设备，提出了一种煤层气井循环自动补水排采设备。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：抽排系统将产出液从井下抽排至地面，经产出液管路系统和产出液流量计，进入产出液调理稳定罐进行液、气初步分离后，进入综合处理罐，在综合处理罐的下层进行固-液沉降分离，通过单向阀将沉降后的清水输送到综合处理罐的上层，在上层经过静止作用，进行液-气分离，从而实现固-液-气分离，将分离后的液体，一部分通过补液管路通道和补液控制阀经补液流量计计量后，通过补液调理稳定罐、补液流量计补充到井下，补液量的大小，通过计算机控制系统自动控制并通过信号调理系统操控补液控制阀自动完成，多余的产出液，经过分离后，从溢流阀排出到净化水池中，分离出来的固性颗粒沉积于综合处理罐的下层，待积累到一定数量时，通过固性颗粒排出阀定时集中排放。

为实现上述技术方案，所提出的煤层气井循环自动补水排采设备由抽排系统、产出液管路系统、产出液流量计、补液管路控制阀、稳压阀、溢流阀、综合处理罐、固性物分离排出阀、补液流量计、补液管路通道和补液井口、产出液调理稳定罐、计算控制系统和信号调理系统、补液调理稳定罐等部分组成。抽排设备将井下液体采出地面，产出液管路按照产出液量的大小选择，一般选用1.5～2.5时的地面管线。在产出液管路上安装产出液流量计和产出液控制阀，该阀的作用是防止产出液回流。如果产出液中含有较多的气相成分，可使用产出液调理稳定系统，进行气体的分离。产出液经气液分离后，进入综合处理罐，在罐内进行液固分离，经沉降后的液体一部分依次通过补液管路、补液控制阀和补液井口补充到井下；另一部分通过排放管道，进行排放。综合处理罐具有上下两层结构，两层之间安装单向阀和滤网结构，罐底设计了煤粉自动排放阀，固相沉寂在下层，排出固相颗粒时，不影响罐的正常工作。补液井口应该满足补入的液体沿着套管壁下行的原则，避免产出气体的湿润。

为了实现井底煤焦等黏性物质的清洗，可以通过在综合处理罐内定时加入清洁药品的方法实现对井底颗粒的冲洗，加入方法是按综合处理罐内每升产出液添加1～5ml工业清洗剂的剂量。

为了完成上述排采工艺，所述的排采井内液体的抽排系统，可以是目前广泛使用的抽油机-抽油杆-抽油泵组成的三抽系统，也可以是螺杆泵、潜油电泵等能够实现将井内液体抽排到地面的抽排设备系统。

上述工艺可扩展为通过空心抽油杆构成补液通道；省略计算机控制系统与信号调理系统，而通过人工控制补水量；省略补液调理稳定系统或采出液调理稳定系统或两者等多种工艺形式和相应的设备形式等设计方案。

通过详细的设计和力学分析之后，设计的综合处理罐容积在3～10m³。除抽排系统和排液池外整个装置的其他部分都橇装在一个可以用拖车运输的整体橇上，便于井场快速安装与维护。