一种天然气井场能源供给方法及能量转化设备与流程

本发明涉及能源开采技术领域，特别涉及，一种天然气井场能源供给方法及能量转化设备。

背景技术：

石油、天然气等能源开采过程中，井场的生产用能源有三种供给方式：外部供给式、自给式、自然摄取式。外部供给式是从井场外输入能源，如电力或气源，这种方式需要大量的部署成本和运营成本，是最不经济的能源供给方式。自给式能源供给是以天然气井自身的客观自然条件或自身的产物作为能量来源，产生井场生产需要的电力、气体、热量等能量的一种供给方式，该方式通常会对井场产物的产量、品质造成或多或少的影响，同时可能因为对生产物的处理不规范，造成对环境的破坏。第三种能量供方式是利用自然界存在的某些资源，产生井场需要能量的一种供给方式，如太阳能或风能发电等，这种方式能量的采集和存储效率存在很大的局限性。

目前这些能量供给方式，从生产效率、产品品质、环境保护、投资运营成本等方面，或多或少都存在一定的局限性，因此亟需设计一款解决现有供能方式容易使生产效率和产品品质低、对环境造成负面破坏问题的设备及解决方法。

技术实现要素：

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种天然气井场能源供给方法及能量转化设备，以解决现在技术所存在的生产效率和产品品质低、对环境造成负面破坏的问题。

本发明提供一种天然气井场能源供给方法，该方法具体步骤包括：

步骤1、依据套管与输气管线之间存在的气体压差，从套管中获取套管气，调节阀门将套管气调节成固定压力的气体进行传输；

步骤2、固定压力的气体流入能量转换气缸或发电机，该气体作为能量转换气缸或发电机的动力，推动能量转换气缸或发电机运行；

步骤3、能量转换气缸产生的压缩气体或发电机转化并输出的电能，带动现场气动或电动设备运作；

步骤4、固定压力的气体在能量转换气缸或发电机与输气管线之间气体压差的作用下，流出能量转换气缸或发电机，输入输气管线；

步骤5、输气管线内汇集携带剩余能量的天然气，最终天然气经输气管线输送到集气站。

本发明还提供了一种能量转化设备包括：

进气管，用于与套管连通；

出气管，用于与输气管线连通；

高压容腔，分别与所述进气管和所述出气管连通；

传动装置，设置于所述高压容腔内，所述传动装置的一端与所述高压容腔连接，另一端为活动端，所述活动端穿过所述高压容腔用于与执行机构连接，所述传动装置用于在气流的作用下往复运动。

优选地，所述传动装置包括：

弹性组件，与所述高压容腔连接；

连杆，设置于所述高压容腔与所述执行机构之间，所述连杆与所述弹性组件连接；

活塞，设置于所述高压容腔内、且与所述连杆连接。

优选地，所述活塞包括：

弹性塞，分别与所述高压容腔和所述连杆连接、且设有第一开口；

活动撑板，分别与所述高压容腔、所述弹性塞和所述连杆连接，所述活动撑板设有第二开口，所述第二开口与所述第一开口相对应；

活动盖，设置于所述第二开口上，所述活动盖面积大于所述第二开口。

优选地，所述弹性组件包括：

撑杆，与所述高压容腔连接；

弹簧，穿套于所述撑杆上，所述弹簧一端与所述撑杆连接，另一端与所述连杆连接。

优选地，所述进气管靠近所述套管的位置设有进气控制阀，所述进气管靠近所述高压容腔的位置设有单向开关阀。

优选地，所述出气管上设有出气控制阀。

优选地，所述进气管上还设有调压器，所述调压器设置于所述进气控制阀和所述单向开关阀之间，所述调压器上设有储存预设压力值的组件。

优选地，所述进气控制阀与所述调压器之间设有气体过滤器，所述气体过滤器包括滤芯，所述滤芯与所述气体过滤器其余组件可拆卸连接。

由上述方案可知，本发明提供了一种天然气井场能源供给方法，该方法主要针对石油石化天然气井场生产所需的能量供给，其特点是利用天然气井自身能量，在不改变生产效率和产品品质，不对环境造成负面破坏的前提下，实现自给式能量供给。本发明还提供了一种能量转化设备，其进气管从套管中获取套管气，套管气进入高压容腔推动高压容腔内的传动装置运动，传动装置的活动端连接的执行机构将传动装置所具有的机械能转化为电能或者高压气体的势能，转化得到的能量供现场的设备生产运作，套管气流经高压容腔沿出气管进入输气管线，最终传输至集气站，达到能源的有效利用，同时避免现有技术中能源获取不当对环境造成破坏。本发明解决了现在技术所存在的生产效率和产品品质低、对环境造成负面破坏的问题，适于广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种天然气井场能源供给方法的流程框图；

图2为本发明实施例提供的一种能量转化设备应用过程中的结构示意图；

图3为图2所示的一种能量转化设备应用过程中的a处放大结构示意图；

图4为图3所示的一种能量转化设备的高压容腔高压气体流入时活塞状态的结构示意图；

图5为图3所示的一种能量转化设备的高压容腔高压气体流出时活塞状态的结构示意图。

图中：

1、进气管；2、出气管；3、高压容腔；4、传动装置；5、执行机构；6、套管；7、输气管线；8、油管；9、岩层；11、进气控制阀；12、调压器；13、单向开关阀；14、气体过滤器；21、出气控制阀；41、弹性组件；42、连杆；43、活塞；51、气源输出管；52、执行压力计；53、压缩塞；71、压力计；72、输气控制阀；81、开采控制总阀；82、开采控制备用阀；411、撑杆；412、弹簧；431、弹性塞；432、活动撑板；433、活动盖；511、输出控制阀。

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、完整地描述，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1

请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的一种天然气井场能源供给方法的一种具体实施方式进行说明。该种天然气井场能源供给方法具体步骤包括：

s1、依据套管6与输气管线7之间存在的气体压差，从套管6中获取套管气，调节阀门将套管气调节成固定压力的气体进行传输；

套管气和输气管线7气压存在一定的压差，压差控制在1mpa以内使用效率最佳。在天然气开采中，输气管线7属于低压管线，因此压力相对比较恒定。天然气井的初始压力都比较高，一般都在20mpa以上，有的甚至超过100mpa，随着天然气井生产过程的延续，地层压力的释放，压力会慢慢下降，当压力下降到一定值，一般3mpa(接近输气管线7压力)，不足以将天然气输送到输气管线7时，气井的生产周期宣告结束。利用天然气井套管6和输气管线7的气体压力差，实现能量转换，为现场气动或电动设备提供能量供给。

s2、固定压力的气体作为能量来源经控制阀输入能量转换气缸或发电机，该气体作为能量转换气缸或发电机的动力，推动能量转换气缸或发电机运行；

s3、能量转换气缸产生的压缩气体或发电机转化出的电能，带动现场气动或电动设备运作；

在气井的全生命周期中，均可以利用套管6和输气管线7之间存在的压力差，借助能量转换气缸，将这种压力势能转换为机械能，再用机械能做功实现能量转换。其能量供给方式是这样的，套管气直接或经调压装置调节成固定压力的气源，该气源属于高压气源，以该气源作为能量转换气缸的输入气源，为能量转换气缸提供动力，推动气缸运行，气缸的输出接输气管线7，这样利用套管气和输气管线7，就形成了整个高压气源的一个闭环运作，不会对大气环境造成破坏，生产的天然气也可以进入输气管线7而不浪费。同时还可以产生活塞或旋转动力，驱动其他机构实现能量转换，其他机构包括但不限于气泵、发电机。利用套管6和输气管线7的气体压力差，将套管气或套管气的调压气源作为气缸的输入气源，输气管线7作为气缸的排气口，推动气缸活塞往复或旋转运动，产生机械能，带动气泵或发电机实现能量转换，进而实现其他设备的能量供给。

s4、固定压力的气体在能量转换气缸或发电机与输气管线7之间气体压差的作用下，流出能量转换气缸或发电机，输入输气管线7；

s5、输气管线7内汇集携带剩余能量的天然气，最终天然气经输气管线7输送到集气站。

该种天然气井场能源供给方法主要针对石油石化天然气井场生产所需的能量供给，其特点是利用天然气井自身能量，在不改变生产效率和产品品质，不对环境造成负面破坏的前提下，实现自给式能量供给。在此，只要应用上述方法的产品均在本发明保护的范围之内。

实施例2

请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的一种能量转化设备的一种具体实施方式进行说明。该种能量转化设备包括进气管1、出气管2、高压容腔3和传动装置4，其中进气管1用于与套管6连通；出气管2用于与输气管线7连通；高压容腔3分别与进气管1和出气管2连通；传动装置4设置于高压容腔3内，传动装置4的一端与高压容腔3连接，另一端为活动端，活动端穿过高压容腔3用于与执行机构5连接，传动装置4用于在气流的作用下往复运动。套管6和油管8是井场生产基础设施，可以伸入岩层9从中获取高压气源；输气管线7连通集气站进行天然气的传输，执行机构5包括气泵、发动机、发电机、空气压缩机等结构中的一种或几种。油管8设有开采控制总阀81和开采控制备用阀82，输气管线7设有输气控制阀72。执行机构5上设有气源输出管51，气源输出管51上设有输出控制阀511。

套管6内的套管气通过进气管1输送至高压容腔3，油管8用于天然气、石油开采，直接输入输气管线7，套管气进入高压容腔3推动高压容腔3内的传动装置4运动，套管气作为传动装置4的动力将气体具有的势能转化为机械能，传动装置4的活动端连接的执行机构5将传动装置4所具有的机械能转化为电能或压缩气体的势能或便于利用的其他形式的能量，转化得到的能量供现场的设备生产运作，套管气流经高压容腔3沿出气管2进入输气管线7，最终传输至集气站，达到能源的有效利用，输气管线7将其内汇集的全部能源送往集气站。

该种能量转化设备有效利用现有的气压能量，干净环保的将能量转化为生产所需的能量储存并使用，高压气体到低压气体流通的过程，从进气管1进入产生效果，从出气管2流出汇入输气管线7，最终和其他能源一起传输至集气站，整个过程避免了能量浪费，减少外部能量的使用，减少资源浪费避免成本过高，同时解决了现在技术所存在的生产效率和产品品质低、对环境造成负面破坏的问题，适于广泛推广。

实施例3

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图5，本实施例提供的一种能量转化设备的结构与实施例2基本相同，其不同之处在于传动装置4包括弹性组件41、连杆42和活塞43，其中弹性组件41与高压容腔3连接；连杆42设置于高压容腔3与执行机构5之间，连杆42与弹性组件41连接；活塞43设置于高压容腔3内、且与连杆42连接。活塞43与连杆42的连接方式可以是焊接也可以是螺纹连接。

在本实施例中，活塞43包括弹性塞431、活动撑板432和活动盖433，其中弹性塞431分别与高压容腔3和连杆42连接、且设有第一开口；活动撑板432分别与高压容腔3、弹性塞431和连杆42连接，活动撑板432且设有第二开口，第二开口与第一开口相对应；活动盖433设置于第二开口上，活动盖433面积大于第二开口。弹性塞431包括橡胶塞、硅胶材质的塞子。活塞43与连杆42组合在一起将高压容腔3分成两部分，分别是进气腔与出气腔，进气腔与出气腔只通过第一开口与第二开口连通，当活动盖433关闭时，进气腔与出气腔处于不连通的状态。活动盖433位于活动撑板432与弹性塞431连接面的相对的表面，可以随运动需要进行开关。

在本实施例中，弹性组件41包括撑杆411和弹簧412，其中撑杆411与高压容腔3连接；弹簧412穿套于撑杆411上，弹簧412一端与撑杆411连接，另一端与连杆42连接，连接方式可以是焊接也可以是卡合连接。连杆42上设有一个长条孔，长条孔穿套在撑杆411上。执行机构5包括压缩塞53和泵本体，压缩塞53设置于泵本体内且与连杆42连接。第一开口与第二开口数量可以为一个或多个。

初始状态为活塞43在高压容腔3的最左边，这时进气管1打开，出气管2关闭。高压气体即套管气从套管6口通过进气管1进入高压容腔3中，高压气体作为高压容腔3的输入气源，推动活塞43从左向右运动，活动盖433与活动撑板432处于压紧密封的状态，进气腔与出气腔处于不连通的状态，当活塞43运动到最右端时，进气管1关闭，出气管2打开，高压气源从高压容腔3通过出气管2排入输气管线7，此时压力释放，活塞43在弹簧412拉力作用下，从右向左运动，活动盖433与活动撑板432处于分离的状态，进气腔与出气腔处于连通的状态，高压气体通过第一开口与第二开口，从进气腔流到出气腔，当活塞43运动到最左端时，出气管2关闭，进气管1打开，重复活塞43运动过程，同样，通过连杆42连接的执行机构5一侧的压缩塞53也进行从左向右再从右向左的往复运动，此处执行机构5可以为气泵，从左向右运动时，将执行机构5中的空气压缩为高压气体传输至其他设备，供其他设备运作或存储起来，从右向左运动时，将空气吸入执行机构5中，之后再进行压缩，这样活塞43周而复始带动执行机构5将空气压缩供其他设备使用。

在本实施例中，进气管1靠近套管6的位置设有进气控制阀11，进气管1靠近高压容腔3的位置设有单向开关阀13。出气管2上设有出气控制阀21。进气管1上还设有调压器12，调压器12设置于进气控制阀11和单向开关阀13之间，调压器12上设有储存预设压力值的组件。进气控制阀11与调压器12之间设有气体过滤器14，气体过滤器14包括滤芯，滤芯与气体过滤器14其余组件可拆卸连接。滤芯可拆卸连接有利于对其进行清洁或者更换，使得经过进气管1传输的气体为较为纯净的气体。

打开进气控制阀11，关闭出气控制阀21，高压气体从套管6口进入进气管1，首先经过气体过滤器14进行过滤，储存预设压力值的组件提前存储预设压力值，过滤出后的气体经过调压器12将气压调整到预设值左右示例性的，预设压力值为2.9mpa-3.1mpa，将气压调整至3mpa左右，调压后的气体经过单向开关阀13作为高压容腔3的输入气源传输至高压容腔3，推动活塞43从左向右运动，当活塞43运动到最右端时，关闭进气控制阀11，打开出气控制阀21，预设值压力大小的高压气体示例性的3mpa的高压气体，从高压容腔3经过出气管2排入输气管线7，压力释放后活塞43在弹性组件41作用下从右向左运动，当活塞43运动到最左端时，打开进气控制阀11，关闭出气控制阀21，重复活塞43运动过程，活塞43周而复始带动执行机构5将空气压缩至0.4-0.9mpa供其他设备使用。需要理解的是，术语“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的活塞43、连杆42、压缩塞53必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中涉及的各压力参数值是经验参数，具体实施中需根据天然气井场实际压力参数值进行设定，也不能理解为对本发明的限制。

实施例4

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图5，本实施例提供的一种能量转化设备的结构与实施例3基本相同，其不同之处在于执行机构5上设有执行压力计52，执行压力计52与单向开关阀13电连接。输气管线7上设有压力计71，压力计71与单向开关阀13电连接。高压容腔3的输入气源由单向开关阀13控制，当执行压力计52检测到执行机构5的储气压力高压为一定数值示例性的为0.8mpa或者压力计71检测到输气管线7内气体压力大于3mpa或预设的其他规定压力时，高压容腔3的输入气源被关断暂停运行，直到触发压力低于预设值，再重新启动运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。