CN116971748B - 一种智能防爆排水采气机抽用抽水机 - Google Patents

Abstract

本发明属于气井设备技术领域，用于解决难以智能化的根据气体生产压力要求，自动化地调整设备运行状态的问题，具体是一种智能防爆排水采气机抽用抽水机，本发明是通过控制柜控制设备运行，不仅维持井层的压力稳定和增强设备的防爆功能，同时智能化的根据气体的生产要求，自动调整设备的运行状态，提高设备采气排液的工作效率，通过将控制柜按防爆要求做出改进，将控制柜拆分为两个主体，分别为动力柜主体和操作柜主体，操作柜主体防爆，符合井口危险区域要求，放在抽油机底座尾端，动力柜主体放在离井口外安全区，本装置通过对井上控制柜防爆的前提下，不影响其进行散热。

Description

一种智能防爆排水采气机抽用抽水机

技术领域

本发明涉及气井设备技术领域，具体是一种智能防爆排水采气机抽用抽水机。

背景技术

采气排液是解决气井井筒及其井底地层积液过多或产水，并使气井恢复正常生产的重要工艺技术，目前国内已发展了泡排，气举，机抽，优选管柱，电潜泵，射流泵等多种成熟的单井采气排液工艺技术；

常规的机抽采气排液工艺仅仅只是将游梁式或其他抽油机及其有杆抽油***应用于气井采气排液，而没有完全考虑到气井井地面上的安全要求及井下产液量的大小对气井产气量的影响；能依靠人工干预调节，造成井下压力温度设动较大，***效率低；机抽排水采气就是将有杆深井泵装置用于油管抽水，外套管采气只要有足够的泵挂深度，就可以在很低的回压下排水采气，装置简单工作可靠，使用的常规为游梁式，其维护技术易于矿场掌握，并可使设备多井运转，随着采井的深度增加，动力装置的配套在目前阶段困难较大，鉴于气水井与油井性质差异较大，尚未完全解决如何配套问题；

现有技术中由于气井气体易燃易爆，安全技术要求高，采用普遍油井抽油机虽然能够满足油井抽油机安装要求，但随着气井的种类的增加，安全技术要求越来越高，配套的设备难以满足气体的安全防爆要求；井层的压力稳定是保障气井高效生产的重要措施，而现有技术难以智能化的根据产生压力的要求，自动地调整设备的运行状态，实现采气排液的智能化运行；目前对页岩气采集抽油机防暴要求较高，而现有技术中由于控制柜内装有回馈单元及变频器等发热部件，如果做成防爆柜的话，一是散热问题无法解决，二是成本高和体积大，难以在控制柜防爆的前提下，不影响其散热。

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能防爆排水采气机抽用抽水机，是通过控制柜对内套管内外侧的液压进行监管分析，当其液压过大时，通过控制柜自动增强设备的功率，让其加快对液体的排出，同时通过控制无线控制阀泄压，从无线控制阀排出的液体对输入管和进入管进行冲刷，不仅避免在采气排液过程中输入管和进入管被颗粒堵死，还可以维持井底压力的稳定，通过控制柜控制设备运行，不仅维持井层的压力稳定和增强设备的防爆功能，同时智能化的根据气体的生产要求，自动调整设备的运行状态，提高设备采气排液的工作效率，解决了现有配套设备难以满足气体的安全防爆要求；难以智能化的根据气体生产压力要求，自动化地调整设备运行状态的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能防爆排水采气机抽用抽水机，包括抽油机、采油树、天然气井、抽油泵、气液分离机构和控制柜，所述控制柜包括操作柜主体和动力柜主体，且操作柜主体和动力柜主体均安装在地面上，所述天然气井中设置有外套管，所述采油树安装在天然气井的井口上，所述采油树的输出端连通有气液分离器和储液罐，所述抽油机设置在地面上，所述抽油机的油管经过采油树进入至外套管内，且油管输入端与抽油泵的输出端连通，所述气液分离机构设置在外套管的下方；

所述气液分离机构包括有与外套管内壁固定连接的分隔板，所述分隔板位于抽油泵的正下方，所述外套管底部的内侧壁上固定连接有挡板，所述分隔板和挡板之间设置有内套管，所述内套管的上方与分隔板连接，所述内套管的下方延伸至挡板的下方，所述内套管的外部与分隔板、挡板和外套管之间形成储水区域，所述内套管的内部与分隔板之间形成气液分离区域，所述内套管的内部通过连接管与抽油泵的输入端连通，所述内套管的输入端的外壁上安装有吸入阀，所述内套管位于吸入阀上方的内侧壁上固定安装有水压传感器，所述内套管位于水压传感器上方的外壁上设置有分离组件。

进一步的，所述分离组件包括固定安装在内套管外壁上的三组气液分离板，三组所述气液分离板位于吸入阀的上方，所述内套管位于三组气液分离板上方的内侧壁上固定安装空隙导流板，所述内套管位于空隙导流板两侧的外壁上均横向固定插设有出液管，所述出液管延伸至储水区域的内部，所述内套管上方的内侧壁上固定连接有V分离板，所述内套管位于V分离板下方的内侧壁上开设有两个排气口；

所述内套管上方的外侧壁上固定连接有密封环，且密封环的顶部与分隔板固定连接，所述密封环与分隔板和内套管外壁之间形成排气区域，所述排气口与排气区域连通，所述内套管位于V分离板上方的内侧壁上固定插设有两个抽液管，所述抽液管的输出端穿过排气区域延伸至储水区域的内部，所述抽液管的底端固定连接有软管，且软管位于出液管的一侧。

进一步的，所述分隔板位于排气区域上方的外壁上开设有两个输气管，且输气管与外套管连通。

进一步的，所述出液管的外壁上固定安装有第一单向阀，所述抽液管的外壁上设置有第二单向阀。

进一步的，所述挡板的两侧外壁上分别固定连接有安全阀和无线控制阀，所述安全阀和无线控制阀均从靠近内套管的一侧向远离内套管的一侧倾斜向下设置。

进一步的，所述天然气井下方的外壁上开设有若干个进入管，所述外套管靠近若干个进气管的外壁上均开设有输入管。

进一步的，所述控制柜包括数据采集模块、数据分析模块、处理器和信号执行模块；

所述数据采集模块用于采集内套管内外侧的液压信息，并将其传输至数据分析模块，而内套管内外侧的液压由水压因素和水量因素组成，且水压因素表示为水压传感器接收到的气液分离区域的水压变化量数据值，水量因素表示为红外线传感器接收到的储水区域内的水深数据值；

所述数据分析模块依据接收到的内套管内外侧的液压信息，来对外套管下方的液压进行分析监管，具体步骤如下：

A：获取得到内套管内外侧的液压信息，并将其中的水压因素和水量因素分别标记为Ds和H；

B：依据公式：DS=(Ds*v+H*c)*2.35，得到内套管内外侧的液压值DS，v为液体输送过程中的速度修正因子，c为测量储水区域内水深的误差因子，且v>1，c>1；

C：当得到的内套管内外侧的液压值DS大于等于预设范围d的最大值、位于预设范围d之内或小于预设范围d的最小值时，将其分别生成液压危险信号、液压稳定信号和液压优异信号；

将得到的内套管内外侧的液压危险信号、液压稳定信号和液压优异信号通过处理器传输至信号执行模块；

信号执行模块在接收到液压危险信号时，安全阀自动排液，并开启无线控制阀，使得出水区域内部的液体快速通过控制阀向外套管的侧壁排放，直到红外线传感器测量的储水区域内的水深处于预设范围，压力传感器接收到的气液分离区域的水压变化量处于预设范围，通过液体的排放对外套管内壁上的输入管和进入管内壁进行冲刷，避免输入管和进入管被颗粒堵塞，接着控制抽油机中驱动电机的功率为P，控制驱动电机的转速至R，抽油机设备工作的强度增加至最大，提高抽油泵预设时间内抽吸储水区域内液体的速度，快速降低储水区域内部的压力，维护井底压力的稳定，避免在采气排液过程中发生气体***；

信号执行模块在接收到液压稳定信号时，安全阀自动排液，无线控制阀关闭，控制抽油机中驱动电机的功率为P，控制驱动电机的转速至R，抽油机设备工作的强度增加，提高抽油泵预设时间内抽吸储水区域内液体的速度，快速降低储水区域内部的压力，维护井底压力的稳定；

信号执行模块在接收到液压优异信号时，将不做任何处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，通过抽油泵上冲程时，外套管下方的气液混合物从吸入阀进入至内套管的内部，大气泡气首先穿过三组气液分离板，被输送至外套管被采集，而气液混合物中的少量气体依次穿过三组气液分离板，使得气液混合物依次受到三次气液分离板的撞击，将其中少量的气体被分离出来，少量气体输送至外套管内被采集，而液体则不断地上升直到穿过空隙导流板，通过出液管进入至储水区域的内部，通过抽液管将储水区域内部的水通过油管被排出，出液管中排出的水不断地冲击软管，使得软管在储水区域的内部摆动，避免储水区域内中有颗粒堵塞软管的输入端；

本发明中，通过控制柜对内套管内外侧的液压进行监管分析，当其液压过大时，通过控制柜自动增强设备的功率，让其加快对液体的排出，同时通过控制无线控制阀泄压，降低井底液压，且在泄压时，从无线控制阀排出的液体对输入管和进入管进行冲刷，不仅避免在采气排液过程中输入管和进入管被颗粒堵死，还可以维持井底压力的稳定，当其液压稳定时，通过安全阀自动泄压，来维持井层压力的稳定，通过控制柜控制设备运行，不仅维持井层的压力稳定和增强设备的防爆功能，同时智能化的根据气体的生产要求，自动调整设备的运行状态，提高设备采气排液的工作效率；

本发明中，通过将控制柜按防爆要求做出改进，将控制柜拆分为两个主体，分别为动力柜主体和操作柜主体，操作柜主体防爆，符合井口危险区域要求，放在抽油机底座尾端，动力柜主体放在离井口10米外安全区，本装置通过对井上控制柜防爆的前提下，不影响其进行散热。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中天然气井的正视图；

图3为本发明中气液分离机构的正视图；

图4为本发明气液分离机构中气液分离板的正视图；

图5为本发明的***结构示意图；

图6为本发明的井上操作柜主体和动力柜主体的正视图。

附图标记：1、抽油机；2、采油树；3、油管；4、天然气井；5、抽油泵；6、操作柜主体；7、输气管；8、连接管；9、V分离板；10、分隔板；11、排气口；12、出液管；13、软管；14、输入管；15、进入管；16、第一单向阀；17、抽液管；18、密封环；19、第二单向阀；20、红外线传感器；21、气液分离板；22、无线控制阀；23、水压传感器；24、安全阀；25、挡板；26、气液分离器；27、储液罐；28、动力柜主体。

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、完整的描述，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。

实施例一

如图1-5所示，本实施例提出的一种智能防爆排水采气机抽用抽水机，包括抽油机1、采油树2、天然气井4、抽油泵5、气液分离机构和控制柜，控制柜包括操作柜主体6和动力柜主体28，操作柜主体6和动力柜主体28均安装在地面上，天然气井4中设置有外套管，采油树2安装在天然气井4的井口上，采油树2的输出端连通有气液分离器26和储液罐27，抽油机1设置在地面上，抽油机1的油管3经过采油树2进入至外套管内，且油管3输入端与抽油泵5的输出端连通，气液分离机构设置在外套管的下方；操作柜主体6和抽油机1之间通过防爆电缆连接，操作柜主体6和动力柜主体28之间通过防护电缆连接，操作柜主体6与抽油机1之间的距离约为5米，操作柜主体6和动力柜主体28之间的距离大于10米。

气液分离机构包括有与外套管内壁固定连接的分隔板10，分隔板10位于抽油泵5的正下方，外套管底部的内侧壁上固定连接有挡板25，分隔板10和挡板25之间设置有内套管，内套管的上方与分隔板10连接，内套管的下方延伸至挡板25的下方，内套管的外部与分隔板10、挡板25和外套管之间形成储水区域，内套管的内部与分隔板10之间形成气液分离区域，内套管的内部通过连接管8与抽油泵5的输入端连通，内套管的输入端的外壁上安装有吸入阀，内套管位于吸入阀上方的内侧壁上固定安装有水压传感器23，内套管位于水压传感器23上方的外壁上设置有分离组件。

分离组件包括固定安装在内套管外壁上的三组气液分离板21，三组气液分离板21位于吸入阀的上方，内套管位于三组气液分离板21上方的内侧壁上固定安装空隙导流板，内套管位于空隙导流板两侧的外壁上均横向固定插设有出液管12，出液管12延伸至储水区域的内部，内套管上方的内侧壁上固定连接有V分离板9，内套管位于V分离板9下方的内侧壁上开设有两个排气口11，在抽油泵5上冲程时，外套管下方的气液混合物从吸入阀进入至内套管的内部，大气泡气首先穿过三组气液分离板21，再穿过空隙导流板，穿过排气口11进入至排气区域，再输送至外套管被采集，而气液混合物中的少量气体依次穿过三组气液分离板21，使得气液混合物依次受到三次气液分离板21的撞击，将其中少量的气体被分离出来，少量气体输送至外套管内被采集，而液体则不断地上升直到穿过空隙导流板，通过出液管12进入至储水区域的内部，通过抽液管17将储水区域内部的水通过油管3被排出；

内套管上方的外侧壁上固定连接有密封环18，且密封环18的顶部与分隔板10固定连接，密封环18与分隔板10和内套管外壁之间形成排气区域，排气口11与排气区域连通，内套管位于V分离板9上方的内侧壁上固定插设有两个抽液管17，抽液管17的输出端穿过排气区域延伸至储水区域的内部，抽液管17的底端固定连接有软管13，且软管13位于出液管12的一侧，出液管12中排出的水不断地冲击软管13，使得软管13在储水区域的内部摆动，避免储水区域内中有颗粒堵塞软管13的输入端。

分隔板10位于排气区域上方的外壁上开设有两个输气管7，且输气管7与外套管连通。

出液管12的外壁上固定安装有第一单向阀16，抽液管17的外壁上设置有第二单向阀19。

挡板25的两侧外壁上分别固定连接有安全阀24和无线控制阀22，安全阀24和无线控制阀22均从靠近内套管的一侧向远离内套管的一侧倾斜向下设置。

天然气井4下方的外壁上开设有若干个进入管15，外套管靠近若干个进气管的外壁上均开设有输入管14。

控制柜包括数据采集模块、数据分析模块、处理器和信号执行模块。

本发明的工作过程及原理如下：

在抽油泵5上冲程时，外套管下方的气液混合物从吸入阀进入至内套管的内部，大气泡气首先穿过三组气液分离板21，再穿过空隙导流板，穿过排气口11进入至排气区域，再输送至外套管被采集；

而气液混合物中的少量气体依次穿过三组气液分离板21，使得气液混合物依次受到三次气液分离板21的撞击，将其中少量的气体被分离出来，少量气体输送至外套管内被采集，而液体则不断地上升直到穿过空隙导流板，通过出液管12进入至储水区域的内部，通过抽液管17将储水区域内部的水通过油管3被排出，此时，出液管12中排出的水不断地冲击软管13，使得软管13在储水区域的内部摆动，避免储水区域内中有颗粒堵塞软管13的输入端，在此过程中，抽油机1中驱动电机的功率为P1，转速为R1；

在采气排液的过程中，采集内套管内外侧的液压信息，并将其传输至数据分析模块，而内套管内外侧的液压由水压因素和水量因素组成，且水压因素表示为水压传感器23接收到的气液分离区域的水压变化量数据值，水量因素表示为红外线传感器20接收到的储水区域内的水深数据值；

数据分析模块依据接收到的内套管内外侧的液压信息，来对外套管下方的液压进行分析监管，具体步骤如下：

A：获取得到内套管内外侧的液压信息，并将其中的水压因素和水量因素分别标记为Ds和H；

B：依据公式：DS=(Ds*v+H*c)*2.35，得到内套管内外侧的液压值DS，v为液体输送过程中的速度修正因子，c为测量储水区域内水深的误差因子，且v>1，c>1；

C：当得到的内套管内外侧的液压值DS大于等于预设范围d的最大值、位于预设范围d之内或小于预设范围d的最小值时，将其分别生成液压危险信号、液压稳定信号和液压优异信号；

将得到的内套管内外侧的液压危险信号、液压稳定信号和液压优异信号通过处理器传输至信号执行模块；

信号执行模块在接收到液压危险信号时，安全阀24自动排液，并开启无线控制阀22，使得出水区域内部的液体快速通过控制阀向外套管的侧壁排放，直到红外线传感器20测量的储水区域内的水深处于预设范围，压力传感器接收到的气液分离区域的水压变化量处于预设范围，通过液体的排放对外套管内壁上的输入管14和进入管15内壁进行冲刷，避免输入管14和进入管15被颗粒堵塞，接着控制抽油机1中驱动电机的功率为P3，控制驱动电机的转速至R3，抽油机1设备工作的强度增加至最大，提高抽油泵5预设时间内抽吸储水区域内液体的速度，快速降低储水区域内部的压力，维护井底压力的稳定，避免在采气排液过程中发生气体***；

信号执行模块在接收到液压稳定信号时，安全阀24自动排液，无线控制阀22关闭，控制抽油机1中驱动电机的功率为P2，控制驱动电机的转速至R2，抽油机1设备工作的强度增加，提高抽油泵5预设时间内抽吸储水区域内液体的速度，快速降低储水区域内部的压力，维护井层压力的稳定；

信号执行模块在接收到液压优异信号时，将不做任何处理。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种智能防爆排水采气机抽用抽水机，其特征在于，包括抽油机（1）、采油树（2）、天然气井（4）、抽油泵（5）、气液分离机构和控制柜，所述控制柜包括操作柜主体（6）和动力柜主体（28），且操作柜主体（6）和动力柜主体（28）均安装在地面上，所述天然气井（4）中设置有外套管，所述采油树（2）安装在天然气井（4）的井口上，所述采油树（2）的输出端连通有气液分离器（26）和储液罐（27），所述抽油机（1）设置在地面上，所述抽油机（1）的油管（3）经过采油树（2）进入至外套管内，且油管（3）输入端与抽油泵（5）的输出端连通，所述气液分离机构设置在外套管的下方；

所述气液分离机构包括有与外套管内壁固定连接的分隔板（10），所述分隔板（10）位于抽油泵（5）的正下方，所述外套管底部的内侧壁上固定连接有挡板（25），所述分隔板（10）和挡板（25）之间设置有内套管，所述内套管的上方与分隔板（10）连接，所述内套管的下方延伸至挡板（25）的下方，所述内套管的外部与分隔板（10）、挡板（25）和外套管之间形成储水区域，所述内套管的内部与分隔板（10）之间形成气液分离区域，所述内套管的内部通过连接管（8）与抽油泵（5）的输入端连通，所述内套管的输入端的外壁上安装有吸入阀，所述内套管位于吸入阀上方的内侧壁上固定安装有水压传感器（23），所述内套管位于水压传感器（23）上方的外壁上设置有分离组件；

所述挡板（25）的两侧外壁上分别固定连接有安全阀（24）和无线控制阀（22），所述安全阀（24）和无线控制阀（22）均从靠近内套管的一侧向远离内套管的一侧倾斜向下设置；

所述天然气井（4）下方的外壁上开设有若干个进入管（15），所述外套管靠近若干个进气管的外壁上均开设有输入管（14）；

所述控制柜包括数据采集模块、数据分析模块、处理器和信号执行模块；

所述数据采集模块用于采集内套管内外侧的液压信息，并将其传输至数据分析模块，而内套管内外侧的液压由水压因素和水量因素组成，且水压因素表示为水压传感器（23）接收到的气液分离区域的水压变化量数据值，水量因素表示为红外线传感器（20）接收到的储水区域内的水深数据值；

所述数据分析模块依据接收到的内套管内外侧的液压信息，来对外套管下方的液压进行分析监管，具体步骤如下：

A：获取得到内套管内外侧的液压信息，并将其中的水压因素和水量因素分别标记为Ds和H；

B：依据公式：DS=(Ds*v+H*c)*2.35，得到内套管内外侧的液压值DS，v为液体输送过程中的速度修正因子，c为测量储水区域内水深的误差因子，且v>1，c>1；

C：当得到的内套管内外侧的液压值DS大于等于预设范围d的最大值、位于预设范围d之内或小于预设范围d的最小值时，将其分别生成液压危险信号、液压稳定信号和液压优异信号；

将得到的内套管内外侧的液压危险信号、液压稳定信号和液压优异信号通过处理器传输至信号执行模块；

信号执行模块在接收到液压危险信号时，安全阀（24）自动排液，并开启无线控制阀（22），使得出水区域内部的液体快速通过控制阀向外套管的侧壁排放，直到红外线传感器（20）测量的储水区域内的水深处于预设范围，压力传感器接收到的气液分离区域的水压变化量处于预设范围，通过液体的排放对外套管内壁上的输入管（14）和进入管（15）内壁进行冲刷，避免输入管（14）和进入管（15）被颗粒堵塞，接着控制抽油机（1）中驱动电机的功率为P3，控制驱动电机的转速至R3，抽油机（1）设备工作的强度增加至最大，提高抽油泵（5）预设时间内抽吸储水区域内液体的速度，快速降低储水区域内部的压力，维护井底压力的稳定，避免在采气排液过程中发生气体***；

信号执行模块在接收到液压稳定信号时，安全阀（24）自动排液，无线控制阀（22）关闭，控制抽油机（1）中驱动电机的功率为P2，控制驱动电机的转速至R2，抽油机（1）设备工作的强度增加，提高抽油泵（5）预设时间内抽吸储水区域内液体的速度，快速降低储水区域内部的压力，维护井底压力的稳定；

信号执行模块在接收到液压优异信号时，将不做任何处理。

2.根据权利要求1所述的一种智能防爆排水采气机抽用抽水机，其特征在于，所述分离组件包括固定安装在内套管外壁上的三组气液分离板（21），三组所述气液分离板（21）位于吸入阀的上方，所述内套管位于三组气液分离板（21）上方的内侧壁上固定安装空隙导流板，所述内套管位于空隙导流板两侧的外壁上均横向固定插设有出液管（12），所述出液管（12）延伸至储水区域的内部，所述内套管上方的内侧壁上固定连接有V分离板（9），所述内套管位于V分离板（9）下方的内侧壁上开设有两个排气口（11）；

所述内套管上方的外侧壁上固定连接有密封环（18），且密封环（18）的顶部与分隔板（10）固定连接，所述密封环（18）与分隔板（10）和内套管外壁之间形成排气区域，所述排气口（11）与排气区域连通，所述内套管位于V分离板（9）上方的内侧壁上固定插设有两个抽液管（17），所述抽液管（17）的输出端穿过排气区域延伸至储水区域的内部，所述抽液管（17）的底端固定连接有软管（13），且软管（13）位于出液管（12）的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种智能防爆排水采气机抽用抽水机，其特征在于，所述分隔板（10）位于排气区域上方的外壁上开设有两个输气管（7），且输气管（7）与外套管连通。

4.根据权利要求2所述的一种智能防爆排水采气机抽用抽水机，其特征在于，所述出液管（12）的外壁上固定安装有第一单向阀（16），所述抽液管（17）的外壁上设置有第二单向阀（19）。