CN118835965B - 一种开采水溶气的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种开采水溶气的系统，包括天然气气源、调压装置、生产井、气水分离器、过滤器和注水井，所述气水分离器上设置有进口、出气口和排水口，所述生产井和注水井分别从地表延伸至水溶气井开采（储）层和注水层，所述生产井包括套管和油管，所述套管封隔在油管外，所述天然气气源通过输送管道连通在调压装置上，所述调压装置通过输送管道连通在套管上端，所述油管上端通过一条输送管道进行外输。本发明的主要开采设备均置于地面，相比井下开采设备，检修容易、投入成本低；且主要采用自产天然气气体注井循环，与被开采的天然气成分相同，便于气体回收重复利用，解决了氮气等其他介质气举开采造成的其他组分混入和不必要的分离步骤及浪费。

Description

一种开采水溶气的系统和方法

技术领域

本发明属于水溶气开采技术领域，尤其涉及一种开采水溶气的系统和方法。

背景技术

水溶气是指溶解在地层水中的以甲烷（一般为90%以上）为主要成分的气体，是一种非常规天然气。水溶气是油气资源的重要组成部分，全世界水溶气资源丰富，五大洲各大油气盆地均有分布。世界水溶性天然气资源量比常规天然气的总储量高数十至上百倍，许多著名的含油气盆地，水溶解的天然气资源量也很丰富。

我国水溶气资源分布区域也是十分广泛，许多盆地也赋存水溶气资源，规模可观。目前，部分盆地已开始水溶气勘探开发的探索工作，但工作进展较为缓慢。其中，我国柴达木盆地开展过水溶气勘探与试采先导研究，证实水溶气开发具有一定的经济效益。

60年代以来，渭河盆地油气勘查始终未能突破，但在后期地热开发过程中发现了前景可观的地热水溶性天然气。2010年以来通过对固市凹陷南部断阶的勘查、试采、求产、开发工艺研究和资源评价，终于取得了一些令人振奋的突破性成果，证明了该区地热水溶气具有较好地开发前景。其中，开发工艺直接影响到水溶气开发的经济型和未来前景。特别是在人口密集的城市里，受场地限制和安全、环保要求的制约，常规的开采工艺几乎无法开展。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种开采水溶气的系统和方法。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种开采水溶气的系统，包括天然气气源、调压装置、生产井、气水分离器、过滤器和注水井，所述气水分离器上设置有进口、出气口和排水口，所述生产井和注水井分别从地表延伸至水溶气井开采（储）层和注水层，所述生产井包括套管和油管，所述套管封隔在油管外，所述天然气气源通过输送管道连通在调压装置上，所述调压装置通过输送管道连通在套管上端，所述油管上端通过一条输送管道进行外输，所述油管上端通过另一条输送管道连通在气水分离器的进口，所述气水分离器的排水口通过输送管道连通在注水井上端，所述气水分离器的出气口通过输送管道连通在过滤器上，所述过滤器通过输送管道连通在调压装置上，所述输送管道上均设置有阀门，所述调压装置用于将输送管道送来的气体压力调节至能够带动水溶气储层内的液体向油管上端流动。

优选的，所述过滤器为天然气过滤器。

优选的，所述天然气气源为城市天然气管道，所述城市天然气管道的天然气压力为0.3Mpa。

优选的，所述调压装置包括第一一级增压泵、第二一级增压泵、缓冲罐、压力检测装置、二级增压泵和控制器，所述城市天然气管道通过输送管道连通在第一一级增压泵上，所述第一一级增压泵将城市天然气管道输送来的天然气的压力从0.3Mpa增压至2Mpa，所述过滤器通过输送管道连通在压力检测装置上，所述压力检测装置通过一条输送管道连通在第二一级增压泵上，所述第二一级增压泵将过滤器输送来的天然气的压力增压至2Mpa，所述压力检测装置通过另一条输送管道连通在缓冲罐上，所述压力检测装置与第二一级增压泵连通的输送管道上设置有第一电磁阀，所述压力检测装置与缓冲罐连通的输送管道上分别设置有第二电磁阀，所述压力检测装置与控制器信号连接用于向控制器发送信号，所述控制器与第一电磁阀、第二电磁阀信号连接以用于识别压力检测装置的压力值并与其内存储的预设值进行比较，所述控制器内存储的预设值为2Mpa，当压力检测装置检测到过滤器输送来的天然气的压力≥2Mpa时，控制器控制第二电磁阀打开并控制第一电磁阀关闭，当压力检测装置检测到过滤器输送来的天然气的压力＜2Mpa时，控制器控制第一电磁阀打开并控制第二电磁阀关闭，所述第一一级增压泵、第二一级增压泵通过输送管道连通在缓冲罐上，所述缓冲罐通过输送管道连通在二级增压泵上，所述二级增压泵通过输送管道连通在套管上端，所述二级增压泵将缓冲罐输送来的天然气的压力增压至7-15Mpa。

优选的，所述天然气气源为CNG槽车，所述CNG槽车的天然气额定压力为20Mpa。

优选的，所述调压装置为调压撬，所述调压撬可用于将CNG槽车输送来的天然气的压力从20Mpa调整至7-15Mpa。

优选的，所述套管和油管的下端设置有混水器，便于井下气水混合。

优选的，连通气水分离器的排水口与注水井的输送管道上连通有一条分支输送管道，该分支输送管道可与城市供暖管道连通。

优选的，所述油管上端进行外输的输送管道上连通有气体外输管线，直接外输给用户。

优选的，所述油管上端进行外输的输送管道上连通有燃气发电机组，天然气在燃气发电机组中发电后外输给用户。

本发明的有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明的开采设备均置于地面，相比井下开采设备，检修容易、投入成本低；且主要采用自产天然气气体注井，与被开采的天然气成分相同，便于气体回收重复利用，解决了氮气等介质等气举开采造成的其他组分混入和不必要的分离步骤、浪费、损耗；系统设计遵循了伯努利方程（p+ρgh+1/2ρv2=c）流体能量守恒原理，利用井内产出的气、液自身携带的“能量”，通过系统设计、多级增压、气水分离、过滤、程序控制，补充“能量”，封闭循环，实现了排水采气的高效、一体化、多功能，且适应不同应用场景（不同深度、温度、压力、气水比，丛式、水平、直井井型，井场环境等）。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种开采水溶气的系统，包括天然气气源、调压装置、生产井、气水分离器4、过滤器5和注水井6，所述气水分离器4上设置有进口、出气口和排水口，所述生产井和注水井6分别从地表延伸至水溶气井开采（储）层和注水层，所述生产井包括套管31和油管32，所述套管31封隔在油管32外，所述天然气气源通过输送管道连通在调压装置上，所述调压装置通过输送管道连通在套管31上端，所述油管32上端通过一条输送管道进行外输，所述油管32上端通过另一条输送管道连通在气水分离器的进口，所述气水分离器4的排水口通过输送管道连通在注水井6上端，所述气水分离器4的出气口通过输送管道连通在过滤器5上，所述过滤器5通过输送管道连通在调压装置上，所述输送管道上均设置有阀门，所述调压装置用于将输送管道送来的气体压力调节至能够带动水溶气储层内的液体向油管32上端流动。

使用时，当生产井内的水溶气量（压力）不足，不能将水举升至地表时，通过外部天然气气源及调压装置将高压天然气注入套管31内，增大井底压力，使水溶气被天然气托举通过油管32上升至地表，通过气水分离器4将水与天然气进行分离后，将水回灌至回灌井储水层中，而天然气通过过滤器5过滤后，再通过调压装置调压注入套管31内参与水溶气开采工作，当通过生产井开采出的天然气能够维持本开采水溶气的系统运转时，即可以停止采用外部天然气气源，节省成本。当生产井能够自喷时，停止本开采水溶气的系统。

本发明的开采设备均置于地面，相比井下开采设备，检修容易、投入成本低；且主要采用自产天然气气体注井，与被开采的天然气成分相同，便于气体回收重复利用，解决了氮气等其他介质气举开采造成的其他组分混入和不必要的分离步骤、浪费、损耗。

具体的，所述过滤器5为天然气过滤器，从而对天然气中夹杂的固体颗粒进行过滤，避免造成调压装置损坏。

具体的，所述天然气气源采用城市天然气管道11，所述城市天然气管道11的天然气压力为0.3Mpa。

具体的，所述调压装置包括第一一级增压泵21、第二一级增压泵22、缓冲罐23、压力检测装置24、二级增压泵25和控制器，所述城市天然气管道11通过输送管道连通在第一一级增压泵21上，所述第一一级增压泵21将城市天然气管道11输送来的天然气的压力从0.3Mpa增压至2Mpa，所述过滤器5通过输送管道连通在压力检测装置24上，所述压力检测装置24通过一条输送管道连通在第二一级增压泵22上，所述第二一级增压泵22将过滤器5输送来的天然气的压力增压至2Mpa，所述压力检测装置24通过另一条输送管道连通在缓冲罐23上，所述压力检测装置24与第二一级增压泵22连通的输送管道上设置有第一电磁阀26，所述压力检测装置24与缓冲罐23连通的输送管道上分别设置有第二电磁阀27，所述压力检测装置24与控制器信号连接用于向控制器发送信号，所述控制器与第一电磁阀26、第二电磁阀27信号连接以用于识别压力检测装置24的压力值并与其内存储的预设值进行比较，所述控制器内存储的预设值为2Mpa，当压力检测装置24检测到过滤器5输送来的天然气的压力≥2Mpa时，控制器控制第二电磁阀27打开并控制第一电磁阀26关闭，当压力检测装置24检测到过滤器5输送来的天然气的压力＜2Mpa时，控制器控制第一电磁阀26打开并控制第二电磁阀27关闭，所述第一一级增压泵21、第二一级增压泵22通过输送管道连通在缓冲罐23上，所述缓冲罐23通过输送管道连通在二级增压泵25上，所述二级增压泵25通过输送管道连通在套管31上端，所述二级增压泵25将缓冲罐23输送来的天然气的压力增压至7-15Mpa。

使用时，天然气气源输送来的天然气经第一一级增压泵21增压至2Mpa后储存至缓冲罐23内，生产井内开采出的天然气井过滤器5过滤后，通过压力检测装置24检测压力并将压力值发送至控制器，具体的，压力检测装置24可采用电子压力计，控制器识别压力检测装置24的压力值并与其内存储的预设值（2Mpa）进行比较，当压力检测装置24检测到过滤器5输送来的天然气的压力≥2Mpa时，控制器控制第二电磁阀27打开并控制第一电磁阀26关闭，天然气直接被输送至缓冲罐23内，而当压力检测装置24检测到过滤器5输送来的天然气的压力＜2Mpa时，控制器控制第一电磁阀26打开并控制第二电磁阀27关闭，天然气经过第二一级增压泵22增压至2Mpa后储存至缓冲罐23内，再通过二级增压泵25将天然气增压至7-15Mpa即可注入生产井内，具体的，二级增压泵25对天然气增压的压力值可根据生产井井下压力调整，通过设置缓冲罐23可保证调压装置平稳工作。

进一步，所述天然气气源采用CNG槽车12，所述CNG槽车12的天然气额定压力为20Mpa，当在距离城市天然气管道11距离较远或者不便于连接城市天然气管道11的情况时，CNG槽车12更加方便。

进一步，所述调压装置为调压撬28，所述调压撬28可用于将CNG槽车12输送来的天然气的压力从20Mpa调整至7-15Mpa。

进一步，所述套管31和油管32的下端设置有混水器，使天然气与水进行充分混合，避免管路中出现段塞流，保证系统平稳运行。

进一步，连通气水分离器4的排水口与注水井6的输送管道上连通有一条分支输送管道，该分支输送管道可与城市供暖管道7连通，在冬季时，可以将开采出的地热水输送至城市供暖管道7内供暖（热交换后），有效利用地热水中的热量。

进一步，所述油管32上端进行外输的输送管道上连通有气体外输管线，直接外输给用户。

进一步，所述油管32上端进行外输的输送管道上连通有燃气发电机组，天然气在燃气发电机组中发电后外输给用户。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换、参数修订和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种开采水溶气的系统，其特征在于，包括天然气气源、调压装置、生产井、气水分离器（4）、过滤器（5）和注水井（6），所述气水分离器（4）上设置有进口、出气口和排水口，所述生产井和注水井（6）分别从地表延伸至水溶气井开采（储）层和注水层，所述生产井包括套管（31）和油管（32），所述套管（31）封隔在油管（32）外，所述天然气气源通过输送管道连通在调压装置上，所述调压装置通过输送管道连通在套管（31）上端，所述油管（32）上端通过一条输送管道进行外输，所述油管（32）上端通过另一条输送管道连通在气水分离器的进口，所述气水分离器（4）的排水口通过输送管道连通在注水井（6）上端，所述气水分离器（4）的出气口通过输送管道连通在过滤器（5）上，所述过滤器（5）通过输送管道连通在调压装置上，所述输送管道上均设置有阀门，所述调压装置用于将输送管道送来的气体压力调节至能够带动水溶气储层内的液体向油管（32）上端流动。

2.根据权利要求1所述的一种开采水溶气的系统，其特征在于，所述过滤器（5）为天然气过滤器。

3.根据权利要求1所述的一种开采水溶气的系统，其特征在于，所述天然气气源为城市天然气管道（11），所述城市天然气管道（11）的天然气压力为0.3Mpa。

4.根据权利要求3所述的一种开采水溶气的系统，其特征在于，所述调压装置包括第一一级增压泵（21）、第二一级增压泵（22）、缓冲罐（23）、压力检测装置（24）、二级增压泵（25）和控制器，所述城市天然气管道（11）通过输送管道连通在第一一级增压泵（21）上，所述第一一级增压泵（21）将城市天然气管道（11）输送来的天然气的压力从0.3Mpa增压至2Mpa，所述过滤器（5）通过输送管道连通在压力检测装置（24）上，所述压力检测装置（24）通过一条输送管道连通在第二一级增压泵（22）上，所述第二一级增压泵（22）将过滤器（5）输送来的天然气的压力增压至2Mpa，所述压力检测装置（24）通过另一条输送管道连通在缓冲罐（23）上，所述压力检测装置（24）与第二一级增压泵（22）连通的输送管道上设置有第一电磁阀（26），所述压力检测装置（24）与缓冲罐（23）连通的输送管道上分别设置有第二电磁阀（27），所述压力检测装置（24）与控制器信号连接用于向控制器发送信号，所述控制器与第一电磁阀（26）、第二电磁阀（27）信号连接以用于识别压力检测装置（24）的压力值并与其内存储的预设值进行比较，所述控制器内存储的预设值为2Mpa，当压力检测装置（24）检测到过滤器（5）输送来的天然气的压力≥2Mpa时，控制器控制第二电磁阀（27）打开并控制第一电磁阀（26）关闭，当压力检测装置（24）检测到过滤器（5）输送来的天然气的压力＜2Mpa时，控制器控制第一电磁阀（26）打开并控制第二电磁阀（27）关闭，所述第一一级增压泵（21）、第二一级增压泵（22）通过输送管道连通在缓冲罐（23）上，所述缓冲罐（23）通过输送管道连通在二级增压泵（25）上，所述二级增压泵（25）通过输送管道连通在套管（31）上端，所述二级增压泵（25）将缓冲罐（23）输送来的天然气的压力增压至7-15Mpa。

5.根据权利要求1所述的一种开采水溶气的系统，其特征在于，所述天然气气源为CNG槽车（12），所述CNG槽车（12）的天然气额定压力为20Mpa。

6.根据权利要求5所述的一种开采水溶气的系统，其特征在于，所述调压装置为调压撬（28），所述调压撬（28）可用于将CNG槽车（12）输送来的天然气的压力从20Mpa调整至7-15Mpa。

7.根据权利要求1所述的一种开采水溶气的系统，其特征在于，所述套管（31）和油管（32）的下端设置有混水器。

8.根据权利要求1所述的一种开采水溶气的系统，其特征在于，连通气水分离器（4）的排水口与注水井（6）的输送管道上连通有一条分支输送管道，该分支输送管道可与城市供暖管道（7）连通。

9.根据权利要求1所述的一种开采水溶气的系统，其特征在于，所述油管（32）上端进行外输的输送管道上连通有气体外输管线，直接外输给用户。

10.根据权利要求1所述的一种开采水溶气的系统，其特征在于，所述油管（32）上端进行外输的输送管道上连通有燃气发电机组，天然气在燃气发电机组中发电后外输给用户。