煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統的製作方法

2024-02-06 19:03:15

本發明屬於煤層氣開採領域，具體涉及一種煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統。

背景技術：

煤層氣是一種由煤層生成並主要以吸附狀態儲集於煤層中的非常規天然氣，主要成分為甲烷。煤層氣排採又稱為排水採氣，通過人工升舉方法，將水從煤層氣井內排出，使煤儲層壓力降低到煤層氣臨界解吸壓力值以下，從而使吸附態甲烷解吸為大量游離態甲烷並運移至井口。

長期以來，我國煤層氣開發沒有形成自己的理論體系，移植常規油氣的開採設備，以三抽排採系統(抽油機、抽油杆、抽油泵組成的排採系統)為主。但是，我國煤層氣現場主要應用的三抽排採系統普遍存在著投資大、設備選型不配套、杆管偏磨嚴重、卡泵、埋泵等問題，導致修井周期短，嚴重影響了煤層氣井的正常排採，直接降低了煤層氣的投資效益。此外，我國煤層氣開發井場平臺上往往多井聯合排採，各井工況參數不同且同一煤層氣井在不同排採階段的液量變化也比較大，無論何種排採工藝都需要進行頻繁的調參，三抽排採系統排採時調參不方便且調參範圍小。

技術實現要素：

為克服現有技術存在的問題，本發明提供一種煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：

煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統，包括：地面液壓泵站、動力液傳輸控制系統、井下抽油泵機組和油管。地面液壓泵站是整套系統的動力源，將動力液通過動力液傳輸控制系統輸送到井下抽油泵機組，驅動井下抽油泵機組工作以完成井液的排採，降低井底壓力，實現煤層氣的採收，井下抽油泵機組整體固定於油管中，檢泵修井作業時可以在不起出油管的情況下起出井下抽油泵機組。

地面液壓泵站，包括：動力液罐、電動機、液壓泵、過濾器、單向閥、第一壓力表、先導式溢流閥、兩位兩通式電磁閥、蓄能器；其中，液壓泵是地面液壓泵站的核心部件，動力液罐用來存儲液壓系統用動力液；液壓泵由電動機驅動，將動力液罐中的動力液經過濾器過濾後泵出，動力液罐中的動力液經液壓泵升壓後進入高壓控制管匯，液壓泵出口處連接有單向閥，所述單向閥用於防止系統中液壓衝擊而影響液壓泵的穩定工作；先導式溢流閥與液壓泵並聯，用於調節系統壓力；所述兩位兩通式電磁閥與先導式溢流閥相連，所述儲能器與液壓泵並聯，用於調節系統壓力，當系統壓力不足時，補給系統，當系統瞬間壓力增大時，吸收部分能量，以保證整個系統壓力正常。所述第一壓力表與液壓泵並聯，計量儀表及控制系統完成系統運行參數的檢測、監測參數遠程傳輸及發送故障報警信息等。

作為優選，液壓泵可以採用往復柱塞泵。

動力液傳輸控制系統，包括：高壓控制管匯、截止閥、先導式減壓閥、第二壓力表、調速閥、流量表、電液換向閥、時間繼電器、背壓閥、動力液管線、井口裝置；其中，高壓控制管匯將截止閥、先導式減壓閥、第二壓力表、調速閥、流量表、電液換向閥、時間繼電器和背壓閥集成在一起，應用時安裝在動力液分配間，控制輸往各井口的動力液壓力和流量；動力液管線為兩根適用於中高壓的高壓軟管，一端與高壓控制管匯相連接，另一端穿過井口裝置與井下抽油泵機組相連接。

井下抽油泵機組，包括：動力缸、動力管線一、動力管線二、中心管、雙通動力管接頭、缸底接頭、缸底、活塞、活塞缸內筒、活塞杆、活塞缸導向套、泵動力缸接箍、閥杆活塞杆接箍、閥杆、閥杆導向套、抽油泵、支撐密封環上接箍、泵芯軸、支撐密封環下接箍、機械支撐接頭、上加長泵筒、上遊動閥、上遊動閥閥罩、上遊動閥閥球、上遊動閥閥座、上內螺紋柱塞接頭、內螺紋整體式柱塞、泵筒、下內螺紋柱塞接頭、下遊動閥、下遊動閥閥罩、下遊動閥閥球、下遊動閥閥座、下遊動閥壓帽、下加長泵筒、固定閥、固定閥閥罩、固定閥閥球、固定閥閥座、固定閥閥蓋、篩管、沉砂管、絲堵。

其中，動力管線一通過彎管接頭與雙通動力管接頭連接，動力管線二的上部通過彎管接頭與雙通動力管接頭連接，動力管線二的下部通過彎管接頭與活塞缸導向套連接，中心管通過螺紋與雙通動力管接頭連接，缸底接頭的上部通過螺紋與雙通動力管接頭連接，缸底接頭的下部通過螺紋與缸底的上部連接，缸底的下部通過螺紋與活塞缸內筒的上部連接，活塞通過螺母與活塞杆的上部連接，活塞缸內筒的下部通過螺紋與活塞缸導向套的上部連接，活塞缸導向套的下部通過螺紋與泵動力缸接箍的上部連接，活塞杆的下部通過閥杆活塞杆接箍與閥杆的上部連接，閥杆的下部通過螺紋與上遊動閥閥罩連接，閥杆導向套的上部通過螺紋與泵動力缸接箍的下部連接，泵芯軸的上部通過螺紋與閥杆導向套的下部連接，泵芯軸的下部通過螺紋與機械支撐接頭的上部連接，支撐密封環上接箍通過螺紋與支撐密封環下接箍連接，上加長泵筒的上部通過螺紋與機械支撐接頭的下部連接，上加長泵筒的下部通過螺紋與泵筒的上部連接，上遊動閥位於上加長泵筒內，上內螺紋柱塞接頭上部通過螺紋與上遊動閥閥罩下部連接，並將上遊動閥閥座壓緊固定在上遊動閥閥罩孔內，上遊動閥閥球位於上遊動閥閥罩內部，放置在上遊動閥閥座上，上內螺紋柱塞接頭下部通過螺紋與內螺紋整體式柱塞上部連接，內螺紋整體式柱塞下部通過螺紋與下內螺紋柱塞接頭的上部連接，下遊動閥閥罩位於泵筒內，下遊動閥閥罩的上部通過螺紋與下內螺紋柱塞接頭的下部連接，下遊動閥閥罩的下部連接下遊動閥壓帽，下遊動閥閥球和下遊動閥閥座安裝在下遊動閥閥罩內部，下遊動閥閥球放置在下遊動閥閥座上，下遊動閥壓帽的上部通過螺紋與下遊動閥閥罩的下部連接，並壓緊固定住下遊動閥閥座；井下抽油泵機組整體固定於油管中，檢泵修井作業時可以在不起出油管的情況下起出井下抽油泵機組；動力缸是井下抽油泵機組的動力裝置，把高壓動力液的壓力能轉換為機械能，傳遞給抽油泵；抽油泵是在常規抽油泵基礎上經過改造，使其更適用於煤層氣排採的特定環境；篩管起到阻止煤粉進入油管中的作用；沉砂管用來沉積進入篩管內的煤粉。

本發明的煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統，其工作原理如下：地面液壓泵站利用液壓泵將電動機的機械能轉化為動力液的壓力能，來自動力液罐的動力液經過液壓泵升壓，再通過高壓控制管匯的先導式減壓閥和調速閥的控制，定壓定量的分配給各井，地面換向機構採用電液換向閥自動控制主油路換向，使高壓液通過動力液管線到達井下的動力缸的上下腔，帶動抽油泵工作。井液通過油管被舉升到地面，煤層氣通過油套環空進入地面集輸管匯。

本發明的煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統，其液壓控制流程為：上行程時，電液換向閥上位接入，動力液罐的動力液，經過液壓泵增壓，通過高壓控制管匯的先導式減壓閥和調速閥調節，然後經過電液換向閥的上位進入動力液管線，然後經過中心管進入動力管線二，之後進入活塞缸導向套，然後進入活塞缸內筒下腔，之後驅動活塞上行，帶動抽油泵的內螺紋整體式柱塞上行，井液通過油管被舉升到地面；動力液進油路：動力液罐→過濾器→液壓泵→單向閥→截止閥→先導式減壓閥→調速閥→電液換向閥上位→動力液管線→中心管→動力管線二→活塞缸導向套→活塞缸內筒下腔；動力液回油路：活塞缸內筒上腔→缸底→動力管線一→動力液管線→電液換向閥上位→背壓閥→動力液罐；下行程時，電液換向閥下位接入，動力液罐的動力液，經過液壓泵增壓，通過高壓控制管匯的先導式減壓閥和調速閥調節，然後經過電液換向閥的下位進入動力液管線，經過動力管線一和缸底，進入活塞缸內筒上腔，之後驅動活塞下行，帶動抽油泵的內螺紋整體式柱塞下行，使抽油泵吸液；動力液進油路：動力液罐→過濾器→液壓泵→單向閥→截止閥→先導式減壓閥→調速閥→電液換向閥下位→動力液管線→動力管線一→缸底→活塞缸內筒上腔；動力液回油路：活塞缸內筒下腔→動力管線二→動力液管線→電液換向閥下位→背壓閥→動力液罐。

相對於現有技術，本發明的有益效果如下：

煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統採用液壓驅動無杆排採系統，從根本上解決了三抽排採系統杆管偏磨的問題，具有調參方便且調參範圍大的優點；

煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統採用液壓控制系統，可以實現同一平臺多機聯動，而且互不幹擾，大大降低了排採成本；

煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統的動力液循環方式採用閉式循環的方式，動力液與煤層氣井產液不混合，而是通過各自的通道返回地面，這樣不僅避免了複雜地面混合液分離處理，也更容易保證動力液的質量，減少動力液的汙染，從而減小液壓系統因動力液汙染的故障率，提高了系統效率；

煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統的井下抽油泵機組整體固定於油管中，檢泵修井作業時可以在不起出油管的情況下起出井下抽油泵機組，大大提高作業效率。

附圖說明

附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本發明的限制。

圖1為本發明具體實施方式的煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統的整體圖；

圖2為本發明具體實施方式的煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統的動力缸結構圖；

圖3為本發明具體實施方式的煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統的抽油泵結構圖；

圖4為本發明具體實施方式的煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統的液壓控制圖。

圖中：100、煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統，1、地面液壓泵站，11、動力液罐，12、電動機，13、液壓泵，14、過濾器，15、單向閥，16、第一壓力表，17、先導式溢流閥，18、兩位兩通式電磁閥，19、蓄能器，2、動力液傳輸控制系統，21、高壓控制管匯，211、截止閥，212、先導式減壓閥，213、第二壓力表，214、調速閥，215、流量表，216、電液換向閥，217、時間繼電器，218、背壓閥，22、動力液管線，23、井口裝置，3、井下抽油泵機組，31、動力缸，311、動力管線一，312、動力管線二，313、中心管，314、雙通動力管接頭，315、缸底接頭，316、缸底，317、活塞，318、活塞缸內筒，319、活塞杆，3110、活塞缸導向套，3111、泵動力缸接箍，3112、閥杆活塞杆接箍，3113、閥杆，3114、閥杆導向套，32、抽油泵，321、支撐密封環上接箍，322、泵芯軸，323、支撐密封環下接箍，324、機械支撐接頭，325、上加長泵筒，326、上遊動閥，3261、上遊動閥閥罩，3262、上遊動閥閥球，3263、上遊動閥閥座，327、上內螺紋柱塞接頭，328、內螺紋整體式柱塞，329、泵筒，3210、下內螺紋柱塞接頭，3211、下遊動閥，32111、下遊動閥閥罩，32112、下遊動閥閥球，32113、下遊動閥閥座，32114、下遊動閥壓帽，3212、下加長泵筒，3213、固定閥，32131、固定閥閥罩，32132、固定閥閥球，32133、固定閥閥座，32134、固定閥閥蓋，33、篩管，34、沉砂管，35、絲堵，4、油管。

具體實施方式

本發明技術方案不局限於所列舉的具體實施方式，還包括實施方式之間的任意組合。

如附圖1至圖3，煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統，包括：地面液壓泵站1、動力液傳輸控制系統2、井下抽油泵機組3和油管4。地面液壓泵站1是整套系統的動力源，將動力液通過動力液傳輸控制系統2輸送到井下抽油泵機組3，驅動井下抽油泵機組3工作以完成井液的排採，降低井底壓力，實現煤層氣的採收,井下抽油泵機組3整體固定於油管4中，檢泵修井作業時可以在不起出油管4的情況下起出井下抽油泵機組3。

地面液壓泵站1，包括：動力液罐11、電動機12、液壓泵13、過濾器14、單向閥15、第一壓力表16、先導式溢流閥17、兩位兩通式電磁閥18、蓄能器19；其中，液壓泵13是地面液壓泵站1的核心部件，動力液罐11用來存儲液壓系統用動力液；液壓泵13由電動機12驅動，將動力液罐11中的動力液經過濾器14過濾後泵出，動力液罐11中的動力液經液壓泵13升壓後進入高壓控制管匯21，液壓泵13出口處連接有單向閥15，所述單向閥15用於防止系統中液壓衝擊而影響液壓泵的穩定工作；先導式溢流閥17與液壓泵13並聯，用於調節系統壓力；所述兩位兩通式電磁閥18與先導式溢流閥17相連，所述儲能器19與液壓泵13並聯，用於調節系統壓力，當系統壓力不足時，補給系統，當系統瞬間壓力增大時，吸收部分能量，以保證整個系統壓力正常。所述第一壓力表16與液壓泵13並聯，計量儀表及控制系統完成系統運行參數的檢測、監測參數遠程傳輸及發送故障報警信息等。

作為優選，液壓泵可以採用往復柱塞泵。

動力液傳輸控制系統2，包括：高壓控制管匯21、截止閥211、先導式減壓閥212、第二壓力表213、調速閥214、流量表215、電液換向閥216、時間繼電器217、背壓閥218、動力液管線22、井口裝置23；其中，高壓控制管匯21將截止閥211、先導式減壓閥212、第二壓力表213、調速閥214、流量表215、電液換向閥216、時間繼電器217和背壓閥218集成在一起，應用時安裝在動力液分配間，控制輸往各井口的動力液壓力和流量；動力液管線22為兩根適用於中高壓的高壓軟管，一端與高壓控制管匯21相連接，另一端穿過井口裝置23與井下抽油泵機組3相連接。

井下抽油泵機組3，包括：動力缸31、動力管線一311、動力管線二312、中心管313、雙通動力管接頭314、缸底接頭315、缸底316、活塞317、活塞缸內筒318、活塞杆319、活塞缸導向套3110、泵動力缸接箍3111、閥杆活塞杆接箍3112、閥杆3113、閥杆導向套3114、抽油泵32、支撐密封環上接箍321、泵芯軸322、支撐密封環下接箍323、機械支撐接頭324、上加長泵筒325、上遊動閥326、上遊動閥閥罩3261、上遊動閥閥球3262、上遊動閥閥座3263、上內螺紋柱塞接頭327、內螺紋整體式柱塞328、泵筒329、下內螺紋柱塞接頭3210、下遊動閥3211、下遊動閥閥罩32111、下遊動閥閥球32112、下遊動閥閥座32113、下遊動閥壓帽32114、下加長泵筒3212、固定閥3213、固定閥閥罩32131、固定閥閥球32132、固定閥閥座32133、固定閥閥蓋32134、篩管33、沉砂管34、絲堵35；

其中，動力管線一311通過彎管接頭與雙通動力管接頭314連接，動力管線二312的上部通過彎管接頭與雙通動力管接頭314連接，動力管線二312的下部通過彎管接頭與活塞缸導向套3110連接，中心管313通過螺紋與雙通動力管接頭314連接，缸底接頭315的上部通過螺紋與雙通動力管接頭314連接，缸底接頭315的下部通過螺紋與缸底316的上部連接，缸底316的下部通過螺紋與活塞缸內筒318的上部連接，活塞317通過螺母與活塞杆319的上部連接，活塞缸內筒318的下部通過螺紋與活塞缸導向套3110的上部連接，活塞缸導向套3110的下部通過螺紋與泵動力缸接箍3111的上部連接，活塞杆319的下部通過閥杆活塞杆接箍3112與閥杆3113的上部連接，閥杆3113的下部通過螺紋與上遊動閥閥罩3261連接，閥杆導向套3114的上部通過螺紋與泵動力缸接箍3111的下部連接，泵芯軸322的上部通過螺紋與閥杆導向套3114的下部連接，泵芯軸322的下部通過螺紋與機械支撐接頭324的上部連接，支撐密封環上接箍321通過螺紋與支撐密封環下接箍323連接，上加長泵筒325的上部通過螺紋與機械支撐接頭324的下部連接，上加長泵筒325的下部通過螺紋與泵筒329的上部連接，上遊動閥326位於上加長泵筒325內，上內螺紋柱塞接頭327上部通過螺紋與上遊動閥閥罩3261下部連接，並將上遊動閥閥座3263壓緊固定在上遊動閥閥罩3261孔內，上遊動閥閥球3262位於上遊動閥閥罩3261內部，放置在上遊動閥閥座3263上，上內螺紋柱塞接頭327下部通過螺紋與內螺紋整體式柱塞328上部連接，內螺紋整體式柱塞328下部通過螺紋與下內螺紋柱塞接頭3210的上部連接，下遊動閥閥罩3211位於泵筒329內，下遊動閥閥罩32111的上部通過螺紋與下內螺紋柱塞接頭3210的下部連接，下遊動閥閥罩32111的下部連接下遊動閥壓帽32114，下遊動閥閥球32112和下遊動閥閥座32113安裝在下遊動閥閥罩32111內部，下遊動閥閥球32112放置在下遊動閥閥座32113上，下遊動閥壓帽32114的上部通過螺紋與下遊動閥閥罩32111的下部連接，並壓緊固定住下遊動閥閥座32113；井下抽油泵機組3整體固定於油管4中，檢泵修井作業時可以在不起出油管4的情況下起出井下抽油泵機組3；動力缸31是井下抽油泵機組3的動力裝置，把高壓動力液的壓力能轉換為機械能，傳遞給抽油泵32；抽油泵32是在常規抽油泵基礎上經過改造，使其更適用於煤層氣排採的特定環境；篩管33起到阻止煤粉進入油管4中的作用；沉砂管34用來沉積進入篩管33內的煤粉。

本發明的煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統，其工作原理如下：地面液壓泵站1利用液壓泵13將電動機12的機械能轉化為動力液的壓力能，來自動力液罐11的動力液經過液壓泵13升壓，再通過高壓控制管匯21的先導式減壓閥212和調速閥214的控制，定壓定量的分配給各井，地面換向機構採用電液換向閥216自動控制主油路換向，使高壓液通過動力液管線22到達井下的動力缸31的上下腔，帶動抽油泵32工作。井液通過油管4被舉升到地面，煤層氣通過油套環空進入地面集輸管匯。

結合圖4，本發明的煤層氣多機聯動液壓驅動排採工藝系統，其液壓控制流程為：上行程時，電液換向閥216上位接入，動力液罐11的動力液，經過液壓泵13增壓，通過高壓控制管匯21的先導式減壓閥212和調速閥214調節，然後經過電液換向閥216的上位進入動力液管線22，然後經過中心管313進入動力管線二312，之後進入活塞缸導向套3110，然後進入活塞缸內筒318下腔，之後驅動活塞317上行，帶動抽油泵32的內螺紋整體式柱塞328上行，井液通過油管4被舉升到地面；動力液進油路：動力液罐11→過濾器14→液壓泵13→單向閥15→截止閥211→先導式減壓閥212→調速閥214→電液換向閥216上位→動力液管線22→中心管313→動力管線二312→活塞缸導向套3110→活塞缸內筒318下腔；動力液回油路：活塞缸內筒318上腔→缸底316→動力管線一311→動力液管線22→電液換向閥216上位→背壓閥218→動力液罐11；下行程時，電液換向閥216下位接入，動力液罐11的動力液，經過液壓泵13增壓，通過高壓控制管匯21的先導式減壓閥212和調速閥214調節，然後經過電液換向閥216的下位進入動力液管線22，經過動力管線一311和缸底316，進入活塞缸內筒318上腔，之後驅動活塞317下行，帶動抽油泵32的內螺紋整體式柱塞328下行，使抽油泵32吸液；動力液進油路：動力液罐11→過濾器14→液壓泵13→單向閥15→截止閥211→先導式減壓閥212→調速閥214→電液換向閥216下位→動力液管線22→動力管線一311→缸底316→活塞缸內筒318上腔；動力液回油路：活塞缸內筒318下腔→動力管線二312→動力液管線22→電液換向閥216下位→背壓閥218→動力液罐11。

本發明採用液壓驅動無杆排採系統，從根本上解決了三抽排採系統杆管偏磨的問題，具有調參方便且調參範圍大的優點；可以實現同一平臺多機聯動，而且互不幹擾，大大降低了排採成本；動力液循環方式採用閉式循環的方式，動力液與煤層氣井產液不混合，而是通過各自的通道返回地面，減小液壓系統因動力液汙染的故障率，提高了系統效率；井下抽油泵機組整體固定於油管中，檢泵修井作業時可以在不起出油管的情況下起出井下抽油泵機組，使作業效率大大提高。

當然，以上是本發明的優選實施方式。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明基本原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。