煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于煤層氣開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種煤層氣抽采裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著常規(guī)油氣資源量的日益減少、煤礦瓦斯治理要求的提高及向大氣排放污染氣 體的限制，煤層氣作為清潔能源的勘探開發(fā)目前已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段。中國(guó)埋深淺于 2000m的煤層氣資源量超過36萬億立方米，居世界第三，這一豐富的能源資源如能得到完 全的利用，將會(huì)對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。近年來，煤層氣開發(fā)呈現(xiàn)出欣 欣向榮的局面，中石油、中石化、中海油三大能源巨頭、地方煤炭企業(yè)、外資企業(yè)等單位均有 大規(guī)模開發(fā)，煤層氣地面抽采是按照國(guó)家的"先抽后采"的產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)行煤礦開采的。
[0003] 目前，煤層氣的開發(fā)有兩種方式，一種是井下開采，另一種是地面抽采。
[0004] 井下開采采用巷道作業(yè)，煤層氣的純度通常在10%以內(nèi)，其中混有空氣，單位體積 熱值低、運(yùn)輸成本高，無法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；睦?，只能在當(dāng)?shù)鼐徒褂没蛘咧苯酉♂屌趴?，?年國(guó)內(nèi)排空的煤層氣達(dá)150億方，溫室效應(yīng)遠(yuǎn)高于二氧化碳，浪費(fèi)了資源，污染了大氣；如 果煤層氣的濃度高又會(huì)對(duì)煤礦安全構(gòu)成一定的影響，所以為保證采煤安全，需要大量往井 下送風(fēng)，降低瓦斯?jié)舛?，確保安全生產(chǎn)，因此，井下開采的煤層氣純度低，不便運(yùn)輸。
[0005] 只有當(dāng)煤層氣濃度達(dá)到80%及以上時(shí)，采用低壓運(yùn)輸管道、LNG或CNG槽車運(yùn)輸?shù)?才具有經(jīng)濟(jì)性。高濃度瓦斯主要有兩種來源：一種是通過濃縮工藝將井下抽采的煤層氣濃 度提高，但低濃度瓦斯?jié)饪s工藝則成本過高。目前低濃度瓦斯提純技術(shù)主要使用真空變壓 吸附法（VPSA)，即低濃度瓦斯在常壓下被吸附塔吸附后，再利用抽真空的方法降低CH4的 分壓使其解吸并匯集起來，處理原料為抽采泵排出的CH4含量在5 %~50 %之間的煤層氣， 通過兩級(jí)吸附可以實(shí)現(xiàn)甲烷濃度30 %~90 %之間自由調(diào)節(jié)，其中30 %以上的可以直接用 作民用燃?xì)?、瓦斯發(fā)電、鍋爐燃燒等。濃度在90%以上的才可以通過LNG撬車、CNG裝罐或 者管道運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)商業(yè)化利用；另一是采用地面抽采的煤層氣，甲烷含量達(dá)95%以上。
[0006] 目前，地面抽采的主要方式是降液采氣，通過打井的方式鉆井，井的深度比煤層 深，通過在井底安裝抽水泵，降低井筒內(nèi)水的壓力，從而使得煤層中的吸附的煤層氣解析并 在低壓下上升采出供應(yīng)給用戶。但我國(guó)的煤層氣藏普遍是低壓、低滲煤層氣藏，目前這種地 面開采方式煤層壓力枯竭后，受煤層氣鎖和水鎖的影響，煤層中的天然氣（瓦斯）依然有 50%左右的殘余，為維持系統(tǒng)需要，依然要有0. 2 - 0. 5Mpa煤層壓力，否則，需要在煤礦開 采階段從井下進(jìn)行抽采。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決現(xiàn)有地面抽采方式開采效率低的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種煤層氣地 面負(fù)壓抽采裝置。
[0008] 一種煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，包括用于降低井中液位的抽水泵，所述抽水泵的 進(jìn)水口位于水面以下，所述抽水泵的排水口通過排水管道將水排至地面，
[0009] 其特殊之處在于：所述煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置還包括設(shè)置于地面上的負(fù)壓泵， 所述負(fù)壓泵的進(jìn)氣口朝向排水管道與井口形成的間隙，所述負(fù)壓泵的排氣口排出煤層氣。
[0010] 上述抽水泵的進(jìn)水口位于煤層以下。
[0011] 上述抽水泵的進(jìn)水口處還設(shè)置有篩管和沉砂管，所述沉砂管位于篩管以下。
[0012] 上述煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置還包括洗井液入口，所述洗井液入口相對(duì)于負(fù)壓泵 位于井口的另一側(cè)且朝向排水管與井口形成的間隙。
[0013] 上述煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置還包括氣液分離器，所述氣液分離器的入口與負(fù)壓 泵的排氣口連接，所述氣液分離器的出口排出煤層氣。
[0014] 上述煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置還包括集水箱，所述集水箱的入口與氣液分離器的 出口連接，所述集水箱的出口與負(fù)壓泵的冷卻水入口連接。
[0015] 上述抽水泵為柱塞泵。
[0016] 上述負(fù)壓泵為水環(huán)真空泵。
[0017] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是：
[0018] 1、本實(shí)用新型的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，通過增加地面負(fù)壓泵對(duì)煤層施加負(fù) 壓，可以使吸附在煤層表面的瓦斯（煤層氣）解吸出來，抽到地面后以密閉方式（壓縮成 LNG、CNG)或者通過管道輸送到用戶。
[0019] 2、通過本實(shí)用新型的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，增加了煤層氣的采收率，同時(shí)也 增加煤層氣的單產(chǎn)和總產(chǎn)。
[0020] 3、通過本實(shí)用新型的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置進(jìn)行煤層氣開采，通過洗井管線加 清洗液，用抽水泵排出地面，清除煤粉變得十分容易和方便，洗井的費(fèi)用大幅度的降低。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本實(shí)用新型地面以下管柱示意圖；
[0022] 圖2為本實(shí)用新型的優(yōu)化裝置的原理圖；
[0023] 圖3為2012年5月至2015年2月的排采曲線圖；
[0024] 其中附圖標(biāo)記為：1-抽水泵，2-負(fù)壓泵，3-煤層氣出口，4-集水箱，5-洗井液入 口，6-煤層，7-氣液分離器，8-煤層自燃裂隙，9-井底，10-篩管，11-沉砂管，12-抽油管， 13-油管，14-煤層水出口。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下從本實(shí)用新型的原理出發(fā)并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說明。
[0026] 本實(shí)用新型煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置的原理及應(yīng)用效果分析：
[0027] 煤層氣作為一種吸附氣的成藏方式，寄生在煤的內(nèi)表面，在常規(guī)地面開采過程中， 由于吸附的數(shù)量和地層能量不足，絕大部分煤層氣無法通過自身能量而解析出來。儲(chǔ)層傷 害的三種類型：煤粉堵塞、煤層氣鎖、水鎖、應(yīng)力閉合，本實(shí)用新型通過對(duì)其機(jī)理及生產(chǎn)情況 進(jìn)行研宄而采用了負(fù)壓抽采，負(fù)壓抽采技術(shù)是建立在以解除氣鎖、水鎖及煤粉堵塞基礎(chǔ)上 的一項(xiàng)技術(shù)，就像嬰兒吃奶和奶牛產(chǎn)奶一樣，如果給牛的乳頭增加一個(gè)負(fù)壓吸奶器，牛奶就 會(huì)很容易產(chǎn)出，該裝置就是利用這個(gè)原理，給煤層施加一個(gè)負(fù)壓，從而使吸附在煤層表面積 的甲烷瓦斯很容易的在地面抽采出來而形成具有工業(yè)價(jià)值的清潔能源，經(jīng)過該裝置抽采的 煤層，將煤層瓦斯含量將到0.1 %以下，為煤礦提供了安全生產(chǎn)的保證。
[0028] 本實(shí)用新型煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置包括包括用于降低井中液位的抽水泵1及 設(shè)置于地面上的負(fù)壓泵2,抽水泵的進(jìn)水口位于水面以下，其出水口通過排水管道送至地 面，負(fù)壓泵的進(jìn)氣口朝向排水管與井口形成的間隙，負(fù)壓泵2的排氣口排出煤層氣。
[0029] 圖1是本實(shí)用新型地面管柱示意圖，其中的抽水泵可借用油田上通常使用的利用 抽油桿12驅(qū)動(dòng)的活塞式抽油泵或者螺桿泵，其排水管道也可借用油田上的油管13 ;當(dāng)然， 本實(shí)用新型的抽水泵也可使用潛水泵；煤層氣出口 3接負(fù)壓泵。
[0030] 進(jìn)一步的，為了防止抽水泵的進(jìn)水口堵塞，本實(shí)用新型在抽水泵的進(jìn)水口處還設(shè) 置有篩管10和沉砂管11，以便對(duì)大顆粒物質(zhì)及砂子進(jìn)行過濾除砂，將其沉于井底9,其中篩 管用于過濾水中的砂子，沉砂管用于洗完砂子沉淀。
[0031] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的沉砂管位于篩管以下。
[0032] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型在地面上井口的一側(cè)還設(shè)置有洗井液入口 5,用于向井中放 入洗井液，消除堵塞。
[0033] 進(jìn)一步的，為了消除所抽采的煤層氣中夾雜的大顆粒物質(zhì)及水，本實(shí)用新型在負(fù) 壓泵的排氣口處設(shè)置氣液分離器以消除煤層氣中的大顆粒物質(zhì)及水。
[0034] 再進(jìn)一步的，本實(shí)用新型煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置還包括集水箱，集水箱的入口 與氣液分離器的出口連接，集水箱的出口與負(fù)壓泵的冷卻水入口連接。集水箱、氣液分離 器、集水箱之間形成了一個(gè)水循環(huán)，即起到了分離水的作用，又起到了對(duì)負(fù)壓泵進(jìn)行冷卻的 作用。
[0035] 另外，本實(shí)用新型的抽水泵可選擇柱塞泵，也可選擇螺桿泵；本實(shí)用新型的負(fù)壓泵 可選擇水環(huán)真空泵，也可選擇其他負(fù)壓真空裝置。
[0036] 圖3所示為2012年5月至2015年2月的排采曲線圖，通過這個(gè)曲線不難看出： 井底壓力越低，煤層氣的產(chǎn)量越高，在負(fù)壓抽采以前產(chǎn)量低于50立方米/日（該圖因比例 太大無法體現(xiàn)負(fù)壓值，實(shí)際負(fù)壓表指示值為-0. 〇97Mpa)，第一個(gè)峰值出現(xiàn)時(shí)的產(chǎn)量也是在 250立方米/日左右的水平。通過負(fù)壓抽采，日前的產(chǎn)量已經(jīng)上升到630立方米/日左右， 增產(chǎn)幅度為40%，目前產(chǎn)量依然在上升的通道，當(dāng)井底壓力接近于零的時(shí)候，產(chǎn)量可上升到 660立方米/日。而且井底壓力的降低對(duì)煤層的水的產(chǎn)出也有積極的貢獻(xiàn)，由負(fù)壓真空抽采 前的0.3立方米/日，增加到目前的0.63立方米/日，增加幅度為：4倍，這又是一個(gè)積極 信號(hào)，如果產(chǎn)水量能維持下去，增產(chǎn)的幅度按照規(guī)律要呈現(xiàn)幾何倍數(shù)的增加。
[0037] 表1為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0038]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，包括用于降低井中液位的抽水泵，所述抽水泵的進(jìn) 水口位于水面以下，所述抽水泵的排水口通過排水管道將水排至地面， 其特征在于：所述煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置還包括設(shè)置于地面上的負(fù)壓泵，所述負(fù)壓 泵的進(jìn)氣口朝向排水管道與井口形成的間隙，所述負(fù)壓泵的排氣口排出煤層氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，其特征在于：所述抽水泵位于煤 層以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，其特征在于：所述抽水泵的進(jìn)水 口處還設(shè)置有篩管和沉砂管，所述沉砂管位于篩管以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，其特征在于：所述煤層氣地面負(fù) 壓抽采裝置還包括洗井液入口，所述洗井液入口相對(duì)于負(fù)壓泵位于井口的另一側(cè)且朝向排 水管與井口形成的間隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4之一所述的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，其特征在于： 所述煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置還包括氣液分離器，所述氣液分離器的入口與負(fù)壓泵的 排氣口連接，所述氣液分離器的出口排出煤層氣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，其特征在于：所述煤層氣地面負(fù) 壓抽采裝置還包括集水箱，所述集水箱的入口與氣液分離器的出口連接，所述集水箱的出 口與負(fù)壓泵的冷卻水入口連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，其特征在于：所述抽水泵為柱塞 栗。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，其特征在于：所述負(fù)壓泵為水環(huán) 真空泵。
【專利摘要】本實(shí)用新型煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置包括用于降低井中液位的抽水泵及設(shè)置于地面上的負(fù)壓泵，抽水泵的進(jìn)水口位于水面以下，其出水口通過排水管道送至地面，負(fù)壓泵的進(jìn)氣口朝向排水管與井口形成的間隙，負(fù)壓泵的排氣口排出煤層氣。本實(shí)用新型的煤層氣地面負(fù)壓抽采裝置，通過增加地面負(fù)壓泵對(duì)煤層施加負(fù)壓，可以使吸附在煤層表面的瓦斯(煤層氣)解吸出來，抽到地面后以密閉方式(壓縮成LNG、CNG)或者通過管道輸送到用戶，增加了煤層氣的采收率，同時(shí)也增加煤層氣的單產(chǎn)和總產(chǎn)。
【IPC分類】E21B43-00, E21F7-00
【公開號(hào)】CN204436342
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520076525
【發(fā)明人】劉銀太, 馮三利, 丁凱華, 龐洪森
【申請(qǐng)人】陜西龍門天地油氣技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年2月2日