CN214247283U - 实现气井排液增产的多相压缩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种实现气井排液增产的多相压缩系统，特别涉及天然气生产中的排水采气和带液压缩工艺，包含管路系统、过滤系统、压缩系统、冷却系统、放空系统、仪表和控制系统；本系统可以对单井或者两口以上的气井并联实施排水采气，来气不需做气液分离就能进行多相压缩和输送，压缩部分采用电液驱动机构的活塞式压缩机，系统的运行由就地控制柜内置PLC自动控制，通过改变压缩机转速来自动匹配气井流量，保证气井的长期携液能力。本发明适应的来气压力范围宽，排气压力高，能满足现有的天然气生产平台出站压力，并可以将气、液一起混输至下游集中分离处理，实现气井的连续排液、稳产和长效增产。

Description

实现气井排液增产的多相压缩系统

技术领域

本实用新型涉及天然气生产领域中的上游开采和生产技术环节，特别是一种能实现气井连续排液和长效稳产、增产的多相压缩系统。

背景技术

天然气开采的最初阶段，储层的能量一般较大，依靠自身的井底压力足以将地层渗入到井筒的液态水和压裂液通过井筒内的天然气流举升到地面，实现自喷生产。随着气井生产的进行，井底压力逐渐降低，加之地层水不停地渗入井筒，而变小的地层能量已经越来越不足以将天然气和水举升到地面，水在井筒中也越积越多，形成积液。

积液的存在将增大对气层的回压，抑制了井底的压力，使得气井排水更加困难，井筒内气流也会变得越来越小。如果不能及时处理，就可能会将气层完全压死以致关井，甚至气井报废。

在气井生产初期，井底产水量每天可达数十方以上，而正常生产阶段和生产后期每天也有少量至数方不等。及时排除井筒及井底附近地层过多积液或产出水，并使气井恢复正常生产的措施，称为排水采气。通过各种技术手段排除井筒内积液，提升气井自喷能力，提高气藏采收率，是气井生产的整个生命周期内需要进行的工作。

事实上，应该在气井生产的早期----快速降产期，就应当提前预测积液可能出现的时间节点，提前介入排水采气技术，从而延长气井的稳产周期。

为解决井底积液问题，工程师们采取了各种各样的生产技术：

放喷：可间歇性排除积液，但压力较低时不适用，且浪费宝贵的产能和污染环境；

泡排：地层温度不宜过高(100℃左右)，对水平井效果较差，并给气井带来新的污染；

连续气举：一次性投资大，容易损坏套管，安全风险相对较大，且需要周期性作业；

速度管柱：连续油管作业，生产成本和技术成本较高，管柱需要及时监测和更换；

下柱塞：对井压和气液比都有一定要求，不具有普遍适用性；

增压抽采：通用性高，常规的压缩机对进出口压力有一定限制，不能带液压缩。

采用以上这些生产工艺的目的都是为了排除井底积液，提高气井自喷能力，增加气井产量，但这些技术和工艺又都有其各自的实施条件和不足之处，难以普遍适用于各种不同压力的气井，不足以支持气井实现长效的稳产和增产。

另一方面，由于气井压力的逐渐降低，油管内气流已不能依靠自身压力连续进站，在不能改变现有平台工艺的前提下，必须配置合理的增压工艺来提升气体压力以达到出站压力，这也是所有的生产平台都将会遇到的、而且目前已经有大面积的气井面临的问题。

本发明人在申请号为201921132685.X的实用新型专利《一种多相压缩实现套管气回收的装置》中，提出了石油生产中套管气的抽采、压缩和利用现有输油管线进行套管气混输回收的装置和工艺，该工艺针对的对象为油井套管气回收；由于气井与油井在开采、处理与集输工艺上的差异，本实用新型在该基础之上加以进一步改进，使之适合于气井增产：尤其是低压低产井的稳产与长效增产。

实用新型内容

针对已有技术、工艺上的不足之处或局限性，本实用新型提出一种实现气井排液增产的多相压缩系统，该系统通过对采油数据进行智能分析来自动优化运行参数，保持气井的连续排液能力，实现气井的稳产和长效增产；本多相压缩系统对不同的气井压力、不同的携液量和不同的输送压力均具有较为广泛的适应性。

为实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种实现气井排液增产的多相压缩系统，由气体入口A1,A2、气体出口B、放空口C、流体主管线L1、旁路管线L2、放空管线L3、入口单向阀01,02、入口手阀03、吹扫阀04、第一三通换向阀05、旁路单向阀06、第二三通换向阀07、手动放空阀08,12、放空安全阀 09,10、出口单向阀11、出口电动阀13、出口手阀14、过滤器20、前置冷却器21、压缩机 22、电液驱动系统23、出口冷却器24、就地控制仪表30,31,32,33,34,35和就地控制柜36组成；

气体入口A1,A2分别连接入口单向阀01,02，入口单向阀01,02的出口连接入口手阀03，入口手阀03下游顺序连接第一三通换向阀05、过滤器20，过滤器20出口连接第二三通换向阀07，第二三通换向阀07的出口连接至压缩机22入口，压缩机22的出口连接至出口冷却器24，出口冷却器24的下游设置出口单向阀11，出口单向阀11连接至出口电动阀13，出口电动阀13下游顺序连接出口手阀14和气体出口B；第二三通换向阀07其中一路出口连接前置冷却器21，前置冷却器21的出口汇入压缩机22前的主管线L1；第一三通换向阀05 的其中一路出口连接旁路管线L2，该旁路管线L2上安装有旁路单向阀06，旁路单向阀06 的出口汇入出口单向阀11的出口和出口电动阀13的入口之间；在主管线L1上设有放空安全阀09、10和手动放空阀08、12，放空安全阀09、10和手动放空阀08、12的出口连接至放空管线L3；

入口单向阀01、02前分别设置流量变送器30、31，第一三通换向阀05前设置温度变送器32，压缩机22的入口前设置压力变送器33，出口电动阀13前设置压力变送器34和温度变送器35，就地控制柜36检测和分析来自这些变送器的信号，并向相应的阀门或电机发送相应的控制信号，从而实现系统的自动运行。

本实用新型通过以下技术方案来实现气井的排液增产：

单井增产：系统仅启用入口A1连接，A2关闭，当气井的来气压力低于出站压力时，气体走主管线L1，经过滤器20过滤掉气体中的颗粒和粉尘杂质，但液体和气体可以通过，过滤后的气、液混合介质进入压缩机22进行压缩，压缩后的气体经出口气体冷却器24冷却至所需温度后进入下游管线；

两口或两口以上气井的并联增产：这种情形适合同一平台上井口压力差别不大的两口或两口以上的气井并联，入口A1连接和A2同时启用，之后的工艺流程与上述单井增产方案相同。

优化的，当上游来气压力大于等于出站压力时，第一三通换向阀05的旁路自动打开，气体不走主管线L1，也不经过过滤器20，而是走旁路管线L2，通过出口电动阀13由出口B进入下游管线，此时压缩机22不会启动。

优化的，就地控制柜36带PLC控制模块，PLC控制模块能根据上游井口产气量自动设定所需要的压缩机转速，从而实现气井连续稳产和长期增产。

优化的，在系统入口A1、A2设置了入口单向阀01、02，入口单向阀的作用是保证在多井并联增产时，由于不同气井来气压力的差异，压力较高的气井来气不会倒灌至压力较低的气井。

过滤器20采用双联配置，一用一备，以保证在生产中不需停机就可以更换，过滤器20为现有技术的成熟产品，可以是篮式过滤器或其他类型的过滤器。

所述压缩机22为现有成熟技术的液压式活塞压缩机，压缩机采用电液驱动系统23作为驱动机构。

优化的，压缩机进排气阀采用无板式气阀结构，既适用于气体介质，同时也适用于液体介质的流通。

优化的，在压缩机入口设置了前置冷却器，当井口来气温度超过压缩机预设的的最高入口温度时，第二三通换向阀07打开旁路，气体进入前置冷却器21冷却，经冷却后的气体再进入压缩机。

相对于现有的技术，本实用新型的有益之处在于：

1.能满足上游来气的带液压缩，无须做气液分离处理；2.适应的来气压力范围宽，从常压至出站压力范围内的来气均可通过系统实现压缩和输送；3.排气压力高，能满足现有的天然气生产平台出站压力，并可以将气、液一起混输至下游集中分离处理；4.压缩机自动匹配气井流量，控制井筒内的气体流速，从而保证气井的长期携液能力，实现气井的稳产和长效增产；5.系统工艺简单，可靠性和安全性高，完全自动化运行，可实现无人值守；6.现场维护工作量小，投入产出比高，增产效益非常明显。

附图说明

附图1为本实用新型的系统构成示意图。

附图1中：气体入口A1,A2、气体出口B、放空口C、流体主管线L1、旁路管线L2、放空管线L3、入口单向阀01,02、入口手阀03、吹扫阀04、第一三通换向阀05、旁路单向阀06、第二三通换向阀07、手动放空阀08,12、放空安全阀09,10、出口单向阀11、出口电动阀13、出口手阀14、过滤器20、前置冷却器21、压缩机22、电液驱动系统23、出口冷却器24、就地控制仪表30,31,32,33,34,35、就地控制柜36。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更容易被领域技术人员所理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施方案一，单井增产：

就地控制柜36自动对压缩机入口气体压力信号值和出口压力信号值进行比较，压缩机入口压力信号取自压力变送器33，出口压力信号取自压力变送器34，该出口压力实际上等同于出站压力；当井口来气压力低于出站压力时，就地控制柜36发出指令，压缩机22启动，压缩机开启工作，气体走主管线L1进入过滤器20，过滤掉气体中的粉尘和颗粒杂质，但其中的液体会通过，经过滤后的气液混合物进入压缩机22压缩输送，将气体压力增压至高于出站压力，压缩后的气液混合物依次经过出口冷却器24、出口单向阀11、出口电动阀13和出口手阀14进入下游管线。

实施方案一所述的工艺流程中，入口气体的温度信号由就地仪表32传送给就地控制柜36，当来气温度超过压缩机设定的入口温度上限时，就地控制柜36发出指令，顺序启动前置冷却器21，打开第二三通换向阀07，启动压缩机22，套管气走第二三通换向阀07的旁路进入前置冷却器21冷却，经冷却后的气体后再进入流体主管线L1进压缩机22增压。

实施方案二，旁路输送：

当就地控制柜36检测到压缩机入口气体压力值高于出站压力时，就地控制柜36发出指令，第一三通换向阀05打开旁路，气体不走流体主管线L1，直接走旁路管线L2，经过出口电动阀13进入下游管线混输，此时压缩机不会工作。

实施方案三，多井增产：

该情形适合同一生产平台上井口压力差别不大的两口或两口以上的气井并联增产，该工况下入口A1和A2同时启用，后段工艺流程与上述实施方案一相同；在该方案下，由于不同的井口压力，来气流量会有差异，由于在系统入口A1、A2分别设置了入口单向阀01、02，保证了在多井并联增产时，压力较高的气井来气不会倒灌至压力较低的气井；依靠压缩机 22的自适应平衡功能，则总的流量会自动分配，控制系统自动调节压缩机转速以保证总流量，而A1和A2入口流量将分别达到一个稳定值或范围，从而实现本系统的多井并联增产功能。

在系统实际运行时，以上三种实施方案可自动切换、互为补充，共同构成本实用新型所述的实现气井排液增产的完整工艺。

以上实施方案设定的最佳参数是：入口气体压力范围0～1.0MPa，最高排气压力5MPa，双缸两级压缩，通常情况下来气的携液量不超过20％。该参数完全能满足绝大多数井场的工况，具有广泛的适应能力。

特别地，在本装置投入运行之后，一段时间内气井的产液量会加大，其后液量会逐步减少直至趋于长期稳定，这是本系统能实现排液采气的直接表现。

根据以上对本多相压缩系统的结构、功能和动作的描述，本专业技术人员不需要再进行开发研究性质的创造性工作就可以很容易地按照公开的专利内容复制出同样的产品及其电气控制系统和PLC自动控制的逻辑程序。

以上仅是实现本实用新型的优化实施例，本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的结构、原理和方法，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，基于此实用新型原理的其它结构形式，以及对本实用新型的变化和改进都在要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种实现气井排液增产的多相压缩系统，包含管路系统、过滤系统、压缩系统、冷却系统、放空系统、仪表和控制系统，其特征是：气井的来气入口是一个或多个并联，在每个入口设置流量变送器和单向阀；所述管路系统上设置有两个三通换向阀，其中一个三通换向阀连接系统入口到系统出口的旁路，另一个三通换向阀连接前置冷却器；所述压缩系统使用电液驱动的活塞式压缩机；所述仪表和控制系统自动检测流量、温度和压力信号，系统通过就地控制柜(36)内置的PLC模块自动控制；

所述的实现气井排液增产的多相压缩系统，其连接方式是：气体入口(A1,A2)分别连接入口单向阀(01,02)，单向阀(01,02)的出口连接入口手阀(03)，入口手阀(03)下游顺序连接第一三通换向阀(05)、过滤器(20)，过滤器(20)出口连接第二三通换向阀(07)，第二三通换向阀(07)的出口连接至压缩机(22)入口，压缩机(22)的出口连接至出口冷却器(24)，出口冷却器(24)的下游设置出口单向阀(11)，出口单向阀(11)连接至出口电动阀(13)，出口电动阀(13)下游顺序连接出口手阀(14)和气体出口(B)；第二三通换向阀(07)其中一路出口连接前置冷却器(21)，前置冷却器(21)的出口汇入压缩机(22)前的主管线(L1)；

所述的实现气井排液增产的多相压缩系统，第一三通换向阀(05)的其中一路出口连接旁路管线(L2)，该旁路管线(L2)上安装有旁路单向阀(06)，旁路单向阀(06)的出口汇入出口单向阀(11)的出口和出口电动阀(13)的入口之间；在主管线(L1)上设有放空安全阀(09,10)和手动放空阀(08,12)，放空安全阀(09,10)和手动放空阀(08,12)的出口连接至放空管线(L3)，从出口(C)放空；入口单向阀(01,02)前分别设置流量变送器(30,31)，第一三通换向阀(05)前设置温度变送器(32)，压缩机(22)的入口前设置压力变送器(33)，出口电动阀(13)前设置压力变送器(34)和温度变送器(35)，所有的控制信号汇入就地控制柜(36)。

2.根据权利要求1所述的实现气井排液增产的多相压缩系统，其特征还在于：在第一三通换向阀(05)之后设置过滤器(20)，过滤器(20)过滤掉气体中的颗粒和粉尘杂质，但液体和气体可以通过。

3.根据权利要求1所述的实现气井排液增产的多相压缩系统，其特征还在于：在第一三通换向阀(05)的其中一路出口连接旁路管线(L2)，旁路管线的出口汇入出口单向阀(11)的出口和出口电动阀(13)的入口之间。

4.根据权利要求1所述的实现气井排液增产的多相压缩系统，其特征还在于：第二三通换向阀(07)的其中一路出口连接前置冷却器(21)，前置冷却器的出口汇入压缩机入口前的主管线(L1)。

5.根据权利要求1所述的实现气井排液增产的多相压缩系统，其特征还在于：就地控制柜(36)内置PLC控制模块，系统由PLC控制模块自动控制和运行。

6.根据权利要求1所述的实现气井排液增产的多相压缩系统，其特征还在于：压缩机采用电液驱动系统(23)驱动。

7.根据权利要求1所述的实现气井排液增产的多相压缩系统，其特征还在于：压缩机的进排气阀采用无板式气阀结构。

8.根据权利要求1所述的实现气井排液增产的多相压缩系统，其特征还在于：在压缩机(22)前设有前置冷却器(21)。

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