煤层气井超声雾化排水降液装置的制作方法

本发明涉及煤层气开采领域，具体涉及一种煤层气井超声雾化排水降液装置。

背景技术：

在煤层气井开采煤层气过程中，需将井内的水排出，以使煤层气解析产出。煤层气井在开采初期由于地层出水量较大，一般需在地面安装抽油机，井内下油管、抽油杆和深井泵进行排水，而到了开采的中后期，地层水产出大幅减少，抽油机只能间开，且需经常测量液面，以确保液面在设计的深度，造成设备和电能浪费。

综上所述，现有技术中存在以下问题：在煤层气井开采的中后期，地层水产出大幅减少，传统抽油机排水不方便。

技术实现要素：

本发明提供一种煤层气井超声雾化排水降液装置，以解决在煤层气井开采的中后期，地层水产出大幅减少，传统抽油机排水不方便的问题。

为此，本发明提出一种煤层气井超声雾化排水降液装置，所述煤层气井超声雾化排水降液装置设置在煤层气井的套管中，所述煤层气井超声雾化排水降液装置包括：

位于套管中的上油管2、下油管11以及连接在所述上油管和下油管之间的连接接头9；所述上油管的上端位于煤层气井的井口；

小油管4，套设在所述上油管内2，所述小油管的内径小于所述上油管的内径；所述小油管4位于所述连接接头9的上方；

电缆3，设置在所述小油管4中，并从井口向下延伸；

湿式接头5，设置在所述小油管中，并连接所述电缆3；

换能器7，位于所述连接接头9内并连接所述湿式接头5；

水泵12，位于换能器7之下并向所述换能器供水；所述水泵连接所述湿式接头5；

井口密封装置，设置在小油管和所述上油管上，所述电缆从所述井口密封装置中穿出；

抽气泵，位于地面上并连接所述小油管。

进一步的，所述换能器7包括多个压电晶体，多个所述压电晶体布置形成环形矩阵，所述环形矩阵的中间具有中空的通道，所述煤层气井超声雾化排水降液装置还包括：连接所述水泵的上水管10，所述上水管10从所述下油管11向上穿出所述通道，所述上水管10的顶端位于所述换能器7的上方并且位于所述湿式接头5的下方。

进一步的，所述连接接头9的侧壁上设有煤粉排出孔6，所述煤粉排出孔6位于所述换能器7的上方。

进一步的，所述上油管和下油管的外径相同，所述连接接头9为变径短节，所述连接接头9的最大外径大于所述上油管2的外径，所述连接接头9的最小外径等于所述上油管2的外径。

进一步的，所述下油管11的底端还连接有水泵保护短节13，水泵保护短节13的最大内径大于所述下油管11的内径，所述水泵12位于所述水泵保护短节13内。

进一步的，所述煤层气井超声雾化排水降液装置还包括：设置在所述上水管10的侧壁上的液位开关，所述液位开关位于所述水泵的上方，所述液位开关连接所述水泵、换能器和抽气泵。

进一步的，所述上油管2的外径为73mm，所述上油管2的内径为62mm，所述小油管4的外径为50mm，所述小油管4内径为40mm。

进一步的，所述换能器7包括8个所述压电晶体，各所述压电晶体为直径为22mm的圆形，各所述压电晶体的圆心布置在直径为60mm的圆周上。

本发明通过水泵将井筒内的水抽到换能器7处，通过换能器对井筒内水的雾化，将已雾化的水气通过小油管4抽出，并通过抽气泵有效抽排到地面，起到降液采气的目的，可准确控制井筒内液面高度，使煤层气解析产出。本发明取代了抽油机，设备整体成本低、耗电少、安装和维护简便、运行效益好。

进而，本发明将换能器7布置成环形矩阵，矩阵中间设置连接所述水泵的上水管10，换能器7的工作更加均匀稳定，这样，能够解决大功率换能器频率问题，降低对换能器频率的要求，二是减小雾滴直径，提高降液效率。

进而，本发明的超声雾化排水降液装置具有液位开关，能够自动检测液面深度，根据液面深度自动启动和停止雾化排水，液面控制准确、成本低、耗电少。

附图说明

图1为本发明的煤层气井超声雾化排水降液装置的整体结构示意图；

图2为本发明的换能器的环形矩阵的结构示意图。

附图标号说明：

1.套管2.上油管3.电缆4.小油管

5.湿式接头6.煤粉排出孔7.换能器8.电子舱9连接接头

10.上水管11.下油管12.水泵13.水泵保护短节

70.通道71.压电晶体

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。

如图1所示，本发明实施例的煤层气井超声雾化排水降液装置设置在煤层气井的套管1中，所述煤层气井超声雾化排水降液装置包括：

位于套管1中的上油管2、下油管11以及连接在所述上油管和下油管之间的连接接头9；所述上油管1的上端位于煤层气井的井口；

小油管4，套设在所述上油管内2，所述小油管4的内径小于所述上油管2的内径；所述小油管4位于所述连接接头9的上方；小油管4用于下入电缆和湿式接头等部件以及用于排出雾化后的水气；

电缆3，设置在所述小油管4中，并从井口向下延伸；电缆3连接地面上的电源，为换能器和水泵等部件提供电力；

湿式接头5，设置在所述小油管中，并连接所述电缆3；电缆3连接在电缆头上，湿式接头5连接电缆头和换能器7，以使得换能器7在井下连接电缆；进一步的，为了适应井下超声雾化排水降液，湿式接头耐压≥15mpa，绝缘值≥50mω，工作电流≥10a、工作电压≥110v；进一步的，湿接头外径：ф32，不做打捞设计，完成公、母湿接头设计；

换能器7，位于所述连接接头9内并连接所述湿式接头5，换能器7起到对水的超声雾化作用；

水泵12，位于换能器7之下并向所述换能器7供水；所述水泵12连接所述湿式接头5，以实现电力连接；作为较好的选择，水泵扬程≥15m，流量8l/h；水泵12的功率例如为300w，比抽油机功率小很多，节能省电；

井口密封装置，设置在小油管和所述上油管上，对电缆密封，所述电缆从所述井口密封装置中穿出；进一步的，井口密封装置耐压≥10mpa，以保证防喷耐压；

抽气泵，位于地面上并连接所述小油管，抽气泵可以通过管路穿过井口密封装置连接小油管。

本发明通过水泵12将井筒内的水抽到换能器7处，形成位于连接接头9内的液面或水面，换能器7位于该液面或水面之下，换能器7对井筒内水的雾化，将已雾化的水气通过小油管4抽出，并通过抽气泵有效抽排到地面，起到降液采气的目的。本发明取代了抽油机，设备整体成本低、耗电少、安装和维护简便、运行效益好。

进一步的，如图2所示，所述换能器7包括多个压电晶体71，多个所述压电晶体布置形成环形矩阵，所述环形矩阵的中间具有中空的通道70，所述煤层气井超声雾化排水降液装置还包括：连接所述水泵的上水管10，所述上水管10从所述下油管11向上穿出所述通道，所述上水管10的顶端位于所述换能器7的上方并且位于所述湿式接头5的下方。上水管10，将水泵抽出的水提供到换能器7处，换能器7位于液面或水面之下。

本发明将换能器7布置成环形矩阵，矩阵中间设置连接所述水泵的上水管10，能够提高井筒内空间的利用效率，使上水管10各方位受限或受力均匀，定位准确，不晃动，而且换能器7的工作更加均匀稳定，这样，能够解决大功率换能器频率问题，降低对换能器频率的要求，二是减小雾滴直径，提高降液效率。

进一步的，所述连接接头9的侧壁上设有煤粉排出孔6，所述煤粉排出孔6位于所述换能器7的上方。煤粉排出孔6一是起到控制换能器7上表面的液面(水面)高度的作用，二是起到冲洗煤粉的作用。换能器对其上表面上水的高度比较敏感，在某一高度范围时换能器的雾化效率最高，过高过低会严重影响换能器的雾化效率。当换能器7上表面液面过高时，通过煤粉排出孔6排出；当煤粉沉积在换能器上时，通过水泵的抽动和换能器7上表面液面的流动，煤粉会很容易通过煤粉排出孔6排出，水泵不但起到给换能器基阵提供水，同时还将沉积在换能器基阵表明的煤粉冲刷干净，因而能够防止因煤粉沉积在换能器上，影响雾化效率。

进一步的，所述上油管和下油管的外径相同，所述连接接头9为变径短节，所述连接接头9的最大外径大于所述上油管2的外径，所述连接接头9的最小外径等于所述上油管2的外径，以提供较大的空间容纳换能器。

进一步的，所述下油管11的底端还连接有水泵保护短节13，以容纳、支撑和保护水泵，水泵保护短节13的最大内径大于所述下油管11的内径，所述水泵12位于所述水泵保护短节13内。

进一步的，所述煤层气井超声雾化排水降液装置还包括：设置在所述上水管10的侧壁上的液位开关，所述液位开关位于所述水泵的上方，所述液位开关连接所述水泵、换能器和抽气泵。换能器对其上表面上水的高度比较敏感，在某一高度范围时换能器的雾化效率最高，过高过低会严重影响换能器的雾化效率。而换能器在下到井下时的深度误差可能超过这个值，所以在本发明中的换能器是在井底的液面以上，液面开关在设计的液面附近，水泵在井底的液面以下。当液井下的面达到需处理的位置时，液面开关接通电源，水泵、换能器和地面抽气泵同时工作，液面降到需处理的位置以下时，液面开关关闭，系统停止工作。

进一步的，所述上油管2的外径为73mm，所述上油管2的内径为62mm，所述小油管4的外径为50mm，所述小油管4内径为40mm，以适应井下超声雾化排水。

进一步的，如图2所示，所述换能器7包括8个所述压电晶体71，各所述压电晶体71为直径为22mm的圆形，各所述压电晶体71的圆心布置在直径为60mm的圆周上，对上水管10有较好的限位作用。换能器基阵发射功率可达200w以上，雾化量≥4l/h，适应煤层气井超声雾化排水。

为了使换能器7具有稳定的工作性能，在换能器7之下还连接有电子舱8，电子舱是为一种用于产生并向超声换能器提供超声能量的装置。电子舱第一个作用是提供输出功率信号。当发生器的供电电源(电压)发生变化时。发生器的输出功率也会发生变化，这时反映在换能器上就是机械振动忽大忽小，导致效果不稳定。因此需要稳定输出功率，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定。电子舱第二个作用是提供频率跟踪信号。当换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，当然这种改变的频率只是漂移，变化不是很大，频率跟踪信号可以控制信号发生器，使信号发生器的频率在一定范围内跟踪换能器的谐振频率点。让发生器工作在最佳状态。

本发明的井筒深度可达1000米以上，井下环境：最高压力5mpa，最高温度40℃，本发明不需测量液面，液位开关就能够控制液面，本发明的水泵功率只有300瓦，比抽油机的功率低的多。

本发明的工作过程例如为：

将水泵保护短节13与上油管2连接，下入3根上油管2后将水泵12、上水管10及水泵电源线进行连接下入，使水泵坐在电泵保护短节13中，在井口将上水管10及水泵电源线上端与连接接头9相连(电子舱8、换能器7与湿式接头5已预先装配在连接接头中)，继续下上油管2至预定深度，下小油管4至预定深度，在井口安装电缆密封装置，下电缆3与与湿式接头对接，地面通断检查，系统可正常工作后，关闭电源，将电缆密封装置密封。

开启电源，水泵向换能器供水，换能器开始进行水雾化，地面抽气风机开始工作，将已雾化的水气体通过小油管4抽出，煤层气通过上油管2与套管1的环空产至地面输送管线。为防止换能器上表面液面过高和煤粉沉积在换能器上，影响雾化效率，在连接接头安装换能器位置的上部开有排水孔(煤粉排出孔)，排水孔起到控制换能器上表面液面高度和冲洗煤粉的作用。换能器在工作的同时通过液位开关对井内液面进行检测，一旦液面降至设计深度，装置自动关机。液面上升至设计深度时，装置自动开机。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。