井口天然氣增壓裝置及其方法
2023-12-01 22:24:46 1
專利名稱：井口天然氣增壓裝置及其方法
技術領域：
本發明屬於石油天然氣工業技術領域的方法和裝置，進一步涉及一種井口天然氣增壓裝置及其方法。
背景技術：
天然氣或煤層氣從地下被採出時，隨著不斷地被採出，天然氣或煤層氣的壓力會降低。當壓力低到0. 3Mpa以下，就需要在井口對天然氣或煤層氣進行增壓，使採出的天然氣或煤層氣具有足夠被輸運到集輸站的動力。目前還沒有理想的天然氣增壓裝置可以將一口井或是幾口井的天然氣的壓力增加。其主要的困難是天然氣裡含有水和凝析油，這些液體的存在使得天然氣增壓的運行發生困難，甚至無法運行。目前，對天然氣或煤層氣的增壓無論是採用螺杆壓縮機還是往復式壓縮機都不能在帶有水的條件下正常工作。為了實現無人看守的撬裝天然氣增壓站的工作要求，需要研究新的方法來去除天然氣裡含有的水和凝析油，使得天然氣增壓裝置能夠滿足無人看守的連續工作環境。
發明內容
針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在於，提供一種井口天然氣增壓裝置及其方法。為了實現上述目的，本發明採取以下技術方案得以實現 一種井口天然氣增壓裝置，其特徵在於，包括
一設置在井口的管柱式氣液旋流分離器，用於對井口天然氣所含水和固體顆粒進行分
罔；
一管套式換熱器，用於提高進口天然氣溫度，降低壓縮機出口天然氣溫度； 一汙水罐，該汙水罐內有液位傳感器，用於儲存水和固體物質； 一換熱器，該換熱器連接有發動機，用於將管套式換熱器內的溫度提高到設定溫度，使水蒸氣達到不飽和狀態，並蒸發掉微量的游離水；
一空氣冷卻器，用於將部分換熱後的天然氣冷卻至正常溫度； 一天然氣和潤滑油分離罐，用於天然氣和潤滑油分離，分離後的氣體經管套式換熱器和空氣冷卻器冷卻後由天然氣出口輸出，分離後的潤滑油進入壓縮機天然氣進口處，和天然氣混合進入壓縮機內，循環使用；
管柱式氣液旋流分離器分別通過管路與管套式換熱器和汙水罐連接；管套式換熱器通過管路和閥門分別與汙水罐、空氣冷卻器、換熱器以及天然氣和潤滑油分離罐連接；換熱器通過管路與天然氣和潤滑油分離罐相連。一種井口天然氣增壓方法，其特徵在於，該方法在井口天然氣進入增壓泵前，採用上述的井口天然氣增壓裝置，按下列步驟進行
1)天然氣在進入增壓泵前，先經過管柱式氣液旋流分離器，依靠管柱式氣液旋流分離器進行分離，天然氣切向進入管柱式氣液旋流分離器後形成的旋渦產生了作用於液體的離心力、重力和浮力，其離心加速度比重力加速度要高出許多倍，重力、離心力和浮力聯合作用將天然氣中的氣體和液體分離開，液體沿徑向被推向外側，並向下由液體出口進入汙水罐；而氣體則向上由氣體出口進入管套式換熱器；
2)進入管套式換熱器的天然氣經換熱後溫度提高，使得氣體為不飽和蒸汽，沒有凝結水析出，使微量游離水蒸發，進入壓縮機的天然氣不含游離水分。壓縮後的天然氣先和潤滑油進行分離，然後通過管套管式換熱器熱側的管線和閥門，和進口天然氣換熱，有一部分出口天然氣和空氣換熱冷卻。降低溫度後的天然氣進入集輸管道；
3)汙水罐上的進出管道通過電動閥門控制，汙水罐內的液位由液位傳感器控制，在裝滿汙水時，液位傳感器發出信號，控制汙水罐的進出口閥門打開，用來自管套式換熱器內的壓力較高的氣體將汙水排入集輸管道內。不對周圍環境排出任何汙水和固體物質；
4)天然氣和潤滑油分離罐將分離後的天然氣經管套式換熱器和空氣冷卻器冷卻後由天然氣出口輸出，分離後的潤滑油進入壓縮機天然氣進口處，和天然氣混合進入壓縮機內， 循環使用；
本發明的井口天然氣增壓裝置及其方法，能夠保證井口的任何類型的增壓壓縮機正常工作。能夠撬裝，移動。適用於無人值守天然氣增壓站的需要。可廣泛用於天然氣開採後期單井天然氣增壓需要。
圖1為本發明的結構原理圖。圖中的標號分別表示1、管柱式氣液旋流分離器，2、 管套式換熱器，3、汙水罐，4、第一閥門，5、第二閥門，6、第三閥門，7、第四閥門，8換熱器，9、 第五閥門，10、第六閥門，11、第七閥門，12、第八閥門、13、液位傳感器，14、空氣冷卻器，15、 天然氣和潤滑油分離罐，16、天然氣發動機。下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式參見圖1，依照本發明的技術方案，本實施例給出一種種井口天然氣增壓裝置，包括
一設置在井口的管柱式氣液旋流分離器1，用於對井口天然氣所含水和固體顆粒進行分離；
一管套式換熱器2，用於調節天然氣溫度；
一汙水罐3，該汙水罐3內有液位傳感器13，用於儲存水和固體物質； 一換熱器8，該換熱器8連接有發動機16，用於將套式換熱器2內的溫度提高到設定溫度，使水蒸氣達到不飽和狀態；
一空氣冷卻器14，用於將換熱後的天然氣冷卻至正常溫度；
一天然氣和潤滑油分離罐15，用於天然氣和潤滑油分離，分離後的氣體經空氣冷卻器 14冷卻後由天然氣出口輸出，分離後的潤滑油再次回流至換熱器8中；
管柱式氣液旋流分離器1分別通過管路與管套式換熱器2和汙水罐3連接；管套式換熱器2通過管路和閥門分別與汙水罐3、空氣冷卻器14、換熱器8以及天然氣和潤滑油分離罐15連接；換熱器8通過管路與天然氣和潤滑油分離罐15相連。
採用上述裝置的井口天然氣增壓方法，首先由管柱式氣液旋流分離器1對天然氣進行分離，將大部分水(霧滴、水滴)以及固體微粒等離心分離出來，天然氣切向進入管柱式氣液旋流分離器1後形成的旋渦產生了作用於液體的離心力、重力和浮力，其離心加速度比重力加速度要高出許多倍，重力、離心力和浮力聯合作用將天然氣中的氣體和液體分離開，液體沿徑向被推向外側，並向下由液體出口進入汙水罐3 ；而氣體則向上由氣體出口進入管套式換熱器2 ；
進入管套式換熱器2的氣體經溫度調節後，使得氣體為不飽和蒸汽，沒有凝結水析出， 然後通過管套管式換熱器2熱側的管線和閥門(第五閥門9，10、第六閥門，11、第七閥門，第八閥門12)經空氣冷卻器14冷卻後由天然氣出口輸出至後續的增壓泵；
3)汙水罐3上的進出管道通過閥門(即第一閥門4，第二閥門5、第三閥門6，第四閥門 7)控制，汙水罐3內的液位由液位傳感器13控制，在裝滿汙水時，液位傳感器13發出信號， 控制汙水罐的進出口閥門打開(即第一閥門4關閉，第二閥門5打開、第三閥門6打開，第四閥門7關閉)，用來自管套式換熱器2內的壓力較高的氣體將汙水排入集輸管道內；
4)天然氣和潤滑油分離罐15的作用是，將分離後的氣體經第八閥門12和空氣冷卻器 14冷卻後由天然氣出口輸出，分離後的潤滑油再次回流至換熱器8中，不對周圍環境排出任何汙水和固體物質。經發明人的實驗證明，管柱式氣液旋流分離器1可以完全滿足氣液的完全分離， 可以將95%以上水分去除，極大地降低成本及設備重量，尤其適用於撬裝設備，具有體積小，效率高的優點，可以滿足撬裝的空間大小要求。管柱式氣液旋流器的工作動力依靠自身壓頭，壓頭損失量在5%以下，管柱式旋流器1內部的摩擦壓力和局部壓力降都很小。 採用管套管換熱器2，依靠連接發動機16的換熱器8去加熱天然氣，使得進入後續增壓泵的天然氣溫度提高，天然氣中水蒸氣為不飽和蒸氣。從而在增壓過程中沒有游離水析出。同樣，天然氣溫度需要提高到使得凝析油無法凝結，全部蒸發。從而保證後續增壓泵的正常運行。 一般的井口天然氣溫度為10-15攝氏度，而經過管套式換熱器2後的天然氣溫度可以達到60°C以上。使天然氣溫度提高10°C -300C，因此可以根據天然氣生產產量情況，開啟或關閉管線，使得天然氣為不飽和蒸汽，沒有凝結水析出。可以保證後續的增壓泵穩定和可靠工作，避免水的析出和固體顆粒影響運行。
權利要求
1.一種井口天然氣增壓裝置，其特徵在於，包括一設置在井口的管柱式氣液旋流分離器(1 )，用於對井口天然氣所含水和固體顆粒進行分離；一管套式換熱器(2)，用於調節天然氣溫度；一汙水罐(3)，該汙水罐(3)內有液位傳感器(13)，用於儲存水和固體物質；一換熱器(8)，該換熱器(8)連接有發動機(16)，用於將套式換熱器(2)內的溫度提高到設定溫度，使水蒸氣達到不飽和狀態；一空氣冷卻器(14)，用於將換熱後的天然氣冷卻至正常溫度；一天然氣和潤滑油分離罐(15)，用於天然氣和潤滑油分離，分離後的氣體經空氣冷卻器(14)冷卻後由天然氣出口輸出，分離後的潤滑油再次回流至換熱器(8)中；管柱式氣液旋流分離器(1)分別通過管路與管套式換熱器(2 )和汙水罐(3 )連接；管套式換熱器(2)通過管路和閥門分別與汙水罐(3)、空氣冷卻器(14)、換熱器(8)以及天然氣和潤滑油分離罐(15)連接；換熱器(8)通過管路與天然氣和潤滑油分離罐(15)相連。
2.一種井口天然氣增壓方法，其特徵在於，該方法在井口天然氣進入增壓泵前，採用權利要求1所述的井口天然氣增壓裝置，按下列步驟進行1)天然氣在進入增壓泵前，先經過管柱式氣液旋流分離器，依靠管柱式氣液旋流分離器進行分離，天然氣切向進入管柱式氣液旋流分離器後形成的旋渦產生了作用於液體的離心力、重力和浮力，其離心加速度比重力加速度要高出許多倍，重力、離心力和浮力聯合作用將天然氣中的氣體和液體分離開，液體沿徑向被推向外側，並向下由液體出口進入汙水罐；而氣體則向上由氣體出口進入管套式換熱器；2)進入管套式換熱器的氣體經溫度調節後，使得氣體為不飽和蒸汽，沒有凝結水析出， 然後通過管套管式換熱器熱側的管線和閥門經空氣冷卻器冷卻後由天然氣出口輸出；3)汙水罐上的進出管道通過電動閥門控制，汙水罐內的液位由液位傳感器控制，在裝滿汙水時，液位傳感器發出信號，控制汙水罐的進出口閥門打開，用來自管套式換熱器內的壓力較高的氣體將汙水排入集輸管道內；4)天然氣和潤滑油分離罐將分離後的氣體經空氣冷卻器冷卻後由天然氣出口輸出，分離後的潤滑油再次回流至換熱器中，不對周圍環境排出任何汙水和固體物質。
全文摘要
本發明公開了一種單井天然氣增壓裝置及其方法，在天然氣進入增壓泵前，先經過管柱式氣液旋流分離器，依靠管柱式氣液旋流分離器進行分離，液體沿徑向被推向外側，並向下由液體出口進入汙水罐；而氣體則向上由氣體出口進入管套式換熱器；進入管套式換熱器的氣體經溫度調節後，使得氣體為不飽和蒸汽，沒有凝結水析出，然後通過管套管式換熱器熱側的管線和閥門經空氣冷卻器冷卻後由天然氣出口輸出；採用本發明的井口天然氣增壓裝置，能夠保證井口的任何類型的增壓壓縮機正常工作。能夠撬裝，移動。適用於無人值守天然氣增壓站的需要。可廣泛用於天然氣開採後期單井天然氣增壓需要。
文檔編號E21B43/34GK102382699SQ20111020681
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月22日
發明者冉新權, 劉海浪, 劉禕 申請人:中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司