利用天然气井油套压差实现助剂加注装置及方法与流程

本发明涉及一种助剂加注装置及方法，特别涉及一种利用天然气井油套压差实现助剂加注装置及方法。

背景技术：

天然气井在生产过程中，为了防止管线冻堵和采出地层水，通常采用向气井内或集输管线内注甲醇、泡排剂等生产措施，常用的加注工艺是用柱塞泵和加注管线。随着加注管线老化、穿孔等问题的出现，致使不能正常进行。特别是一些边远井，重新铺设管线成本高，施工难度大，给气井的生产带了极大的影响，造成这部分天然气井因为水淹气层，生产压力降低，不能正产生产。于是出现了井口加药装置，利用不同的设备在井口对气井进行助剂加注。

目前的井口加药方式有：静置设备加注、移动设备加注两种。

移动设备加注是通过移动的加药车进行加注，工作量大，不能做到24小时不间断加注，运行成本高等缺点。

静置设备加注有：井口平衡罐；井口电动加药泵加注。井口平衡罐加注虽然解决了进口无电源的难题，但是同时存在加药量不好控制，药剂储罐属于压力容器，受压力影响，容积有所限制，管理不方便。

井口电动加药泵加注是在井口安装发电机（柴油、风力、太阳能）提供电源，驱动加药泵进行加注，柴油发电机发电成本高，动力设备在无人值守的情况下出现故障不易被发现，经济效益很低，运行成本高。风力、太阳能发电，受环境因素影响，功率有限，不能满足现场加注的动力要求，

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天然气井的生产中，油管与套管之间都会有一定的压差，对于油管生产井，套管压力大于油管压力，即p套＞p油；套管生产井则相反，即p套＜p油。存在压差就存在动能，本发明利用这个动能来实现偏远井场的助剂加注。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种利用天然气井油套压差实现助剂加注装置及方法，在油套管之间接入高压气驱泵，在天然气的驱动下往复运动，从而带动液体增压泵工作，将助剂增压注入管网。

本发明提到的一种利用天然气井油套压差实现助剂加注装置，其技术方案是：包括气体驱动头（a）、连接轴（b）、助剂增压泵（c），所述气体驱动头（a）通过连接轴（b）连接助剂增压泵（c），气体驱动头（a）将油套天然气压差能量转换为驱动力，并通过连接轴（b）传递的动力驱动助剂增压泵（c）对助剂增压；

所述气体驱动头（a）包括导向杆固定块（1）、气缸上压盖（2）、滑块（3）、导向杆（4）、滑块顶杆（5）、上缸筒（6）、气动活塞（7）、气缸中压盖（8）、下缸筒（9）、气缸下压盖（10）、缸体紧固螺杆（11）、下密封垫（12）、上密封垫（13）、板杠（14），

上缸筒（6）的顶部设有气缸上压盖（2），气缸上压盖（2）的中部安设导向杆固定块（1），上缸筒（6）的底部通过带有进气口的气缸中压盖（8）与下缸筒（9）连接，下缸筒（9）的底部设有带有出气口的气缸下压盖（10），且通过缸体紧固螺杆（11）固定连接，所述的气动活塞（7）把上缸筒（6）和下缸筒（9）分隔成三个腔：上腔（a1）、中腔（a2）、下腔（a3），进气口与中腔（a2）连通，出气口与下腔（a3）连通；滑块（3）通过滑块顶杆（5）与气动活塞（7）相连，滑块（3）的运动由导向杆（4）导向，通过导向杆固定块（1）和导向杆（4）进行上、下换向限位；下密封垫（12）和上密封垫（13）固定在板杠（14）上，板杠（14）与滑块（3）通过中心孔安装在导向杆（4）上，滑块（3）的上下运动，带动板杠（14）上下运动，联动下密封垫（12）和上密封垫（13）更替开启关闭，进行换向。

优选的，上述的气动活塞（7）的内腔上部与连接轴（b）连接固定，且连接轴（b）的上侧设有空腔，用于安装导向杆（4）；所述导向杆（4）的下端为凸起的限位台阶，与连接轴（b）上的空腔配合，导向杆（4）的上端与导向杆固定块（1）固定连接。

优选的，上述气动活塞（7）的上盖体的上表面通过转轴连接滑块顶杆（5），滑块顶杆（5）的另一端通过销轴与滑块（3）连接，所述滑块（3）安设在导向杆上，可以沿着导向杆上下移动；所述气动活塞（7）的上盖体的外壁与上缸筒（6）的内壁滑动配合，且上盖体上设有外孔和内孔，其中，外孔将上腔（a1）和中腔（a2）连通，内孔将上腔（a1）与气动活塞（7）的内腔和下腔（a3）连通。

优选的，上述滑块（3）设有凹槽，且凹槽内固定板杠（14），板杠（14）上安设两组连接杆，第一连接杆的下部固定下密封垫（12），第二连接杆的下部固定上密封垫（13）；且第一连接杆穿过气动活塞（7）的上盖体，并设置在上盖体的下侧，并且位于气动活塞（7）与上缸筒（6）之间的中腔（a2）；所述第二连接杆穿过气动活塞（7）的上盖体，并设置在上盖体的上侧，并且位于气动活塞（7）的内腔位置。

优选的，上述气动活塞（7）的上盖体与连接轴（b）为整体结构，其截面为t字形结构，连接轴（b）的上部设有大孔，用于与滑块（3）的底面配合。

优选的，上述导向杆固定块（1）的底部设有凹槽，用于与滑块（3）的顶部配合；且下侧中心固定导向杆（4）。

本发明提到的一种利用天然气井油套压差实现助剂加注装置的使用方法，包括以下过程：

a、气动活塞（7）上行：滑块（3）在滑块顶杆（5）的作用下，处于上位，下密封垫（12）关闭，上密封垫（13）开启，此时上腔与下腔连通，套管内的天然气通过进气口进入中腔（a2），推动气动活塞（7）向上运动；上腔（a1）与下腔（a3）中的天然气通过气缸下压盖（10）的出气口排出到油管中；

b、顶部限位换向：当气动活塞（7）上行到上限位点时，滑块（3）与导向杆固定块（1）的底部接触固定，气动活塞（7）继续上行，促使滑块（3）相对于气动活塞（7）下行到换向临界点，过临界点立即换向，换向完成；

c、气动活塞（7）下行：滑块（3）在滑块顶杆（5）的作用下，处于下位，下密封垫（12）开启，上密封垫（13）关闭，此时上腔（a1）与中腔（a2）连通，套管内的天然气通过进气口进入中腔（a2）、上腔（a1），推动气动活塞（7）向下运动；下腔（a3）中的天然气通过出气口排出，排入到油管内；

d、底部限位换向：当气动活塞（7）下行到下限位点时，滑块（3）与导向杆（4）底部凸起的限位台阶接触固定，气动活塞（7）继续下行，促使滑块（3）相对于气动活塞（7）上行到换向临界点，过临界点立即换向，换向完成；活塞开始上行，如此往复循环运动，实现气体驱动头（a）通过连接轴（b）带动助剂增压泵（c）运动，将常压助剂增压至井口所需助剂压力，从而实现助剂加注。

本发明的有益效果是：本发明采用驱动气体做功后排入生产管道，零泄漏、零排放，虽然驱动气体为易燃易爆介质，但不影响设备的运行，只要气井生产就取之不尽用之不竭；

另外，实现此方法的主要设备是高压差气驱泵，其具有的优点是：1)设计巧妙，合理利用油套压差，无需电源，方便井口加注；2)驱动头耐高压，驱动气体为高压，无需调压处理，最高耐压等级可以做到35mpa，普通气动泵耐压不超过1.6mpa；3)高压差驱动，气体驱动头前后压差最大3.5mpa，普通气动泵压差不超过1.0mpa；4)设备零排放，本设备排出气体接入生产管网，实现零排放，普通气动泵的排出气体直接排放到大气，污染环境；5)适应性强，对驱动气体的清洁度要求低，气体中含有少量液体不会影响泵的运行；6)性能稳定，纯机械换向，稳定性高，受介质、环境的影响小。普通气动泵通过换向阀换向，对介质的要求高，对不清洁的驱动气体，容易造成换向失效。7)排量大，由于驱动气体压差大，能够提供更大的驱动力，在增压相同的情况下，比普通的气动泵大，该泵增压5mpa的最大排量可达到2000l/d；8)配套方便，与配套的模块组合能够方便实现自动化加注。

附图说明

附图1是本发明的整体外形图；

附图2是气体驱动头的结构示意图；

附图3是气体驱动头的气动活塞下行到换向临界点的结构示意图；

附图4是气体驱动头的下行换向完成的结构示意图；

附图5是气体驱动头的气动活塞下行到底部限位的结构示意图；

附图6是气体驱动头的滑块上行到换向临界点的结构示意图；

附图7是气体驱动头的上行换向完成的结构示意图；

附图8是本发明的原理框图；

上图中：气体驱动头（a）、连接轴（b）、助剂增压泵（c），上腔（a1）、中腔（a2）、下腔（a3），导向杆固定块（1）、气缸上压盖（2）、滑块（3）、导向杆（4）、滑块顶杆（5）、上缸筒（6）、气动活塞（7）、气缸中压盖（8）、下缸筒（9）、气缸下压盖（10）、缸体紧固螺杆（11）、下密封垫（12）、上密封垫（13）、板杠（14）。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提到的一种利用天然气井油套压差实现助剂加注装置，其技术方案是：包括气体驱动头（a）、连接轴（b）、助剂增压泵（c），所述气体驱动头（a）通过连接轴（b）连接助剂增压泵（c），气体驱动头（a）将油套天然气压差能量转换为驱动力，并通过连接轴（b）传递的动力驱动助剂增压泵（c）对助剂增压；

所述气体驱动头（a）包括导向杆固定块（1）、气缸上压盖（2）、滑块（3）、导向杆（4）、滑块顶杆（5）、上缸筒（6）、气动活塞（7）、气缸中压盖（8）、下缸筒（9）、气缸下压盖（10）、缸体紧固螺杆（11）、下密封垫（12）、上密封垫（13）、板杠（14），

上缸筒（6）的顶部设有气缸上压盖（2），气缸上压盖（2）的中部安设导向杆固定块（1），上缸筒（6）的底部通过带有进气口的气缸中压盖（8）与下缸筒（9）连接，下缸筒（9）的底部设有带有出气口的气缸下压盖（10），且通过缸体紧固螺杆（11）固定连接，所述的气动活塞（7）把上缸筒（6）和下缸筒（9）分隔成三个腔：上腔（a1）、中腔（a2）、下腔（a3），进气口与中腔（a2）连通，出气口与下腔（a3）连通；滑块（3）通过滑块顶杆（5）与气动活塞（7）相连，滑块（3）的运动由导向杆（4）导向，通过导向杆固定块（1）和导向杆（4）进行上、下换向限位；下密封垫（12）和上密封垫（13）固定在板杠（14）上，板杠（14）与滑块（3）通过中心孔安装在导向杆（4）上，滑块（3）的上下运动，带动板杠（14）上下运动，联动下密封垫（12）和上密封垫（13）更替开启关闭，进行换向。

优选的，上述的气动活塞（7）的内腔上部与连接轴（b）连接固定，且连接轴（b）的上侧设有空腔，用于安装导向杆（4）；所述导向杆（4）的下端为凸起的限位台阶，与连接轴（b）上的空腔配合，导向杆（4）的上端与导向杆固定块（1）固定连接。

优选的，上述气动活塞（7）的上盖体的上表面通过转轴连接滑块顶杆（5），滑块顶杆（5）的另一端通过销轴与滑块（3）连接，所述滑块（3）安设在导向杆上，可以沿着导向杆上下移动；所述气动活塞（7）的上盖体的外壁与上缸筒（6）的内壁滑动配合，且上盖体上设有外孔和内孔，其中，外孔将上腔（a1）和中腔（a2）连通，内孔将上腔（a1）与气动活塞（7）的内腔和下腔（a3）连通。

优选的，上述滑块（3）设有凹槽，且凹槽内固定板杠（14），板杠（14）上安设两组连接杆，第一连接杆的下部固定下密封垫（12），第二连接杆的下部固定上密封垫（13）；且第一连接杆穿过气动活塞（7）的上盖体，并设置在上盖体的下侧，并且位于气动活塞（7）与上缸筒（6）之间的中腔（a2）；所述第二连接杆穿过气动活塞（7）的上盖体，并设置在上盖体的上侧，并且位于气动活塞（7）的内腔位置。

优选的，上述气动活塞（7）的上盖体与连接轴（b）为整体结构，其截面为t字形结构，连接轴（b）的上部设有大孔，用于与滑块（3）的底面配合。

优选的，上述导向杆固定块（1）的底部设有凹槽，用于与滑块（3）的顶部配合；且下侧中心固定导向杆（4）。

本发明提到的一种利用天然气井油套压差实现助剂加注装置的使用方法，包括以下过程：

a、气动活塞（7）上行：滑块（3）在滑块顶杆（5）的作用下，处于上位，下密封垫（12）关闭，上密封垫（13）开启，此时上腔与下腔连通，套管内的天然气通过进气口进入中腔（a2），推动气动活塞（7）向上运动；上腔（a1）与下腔（a3）中的天然气通过气缸下压盖（10）的出气口排出到油管中；

b、顶部限位换向：当气动活塞（7）上行到上限位点时，滑块（3）与导向杆固定块（1）的底部接触固定，气动活塞（7）继续上行，促使滑块（3）相对于气动活塞（7）下行到换向临界点，过临界点立即换向，换向完成；

c、气动活塞（7）下行：滑块（3）在滑块顶杆（5）的作用下，处于下位，下密封垫（12）开启，上密封垫（13）关闭，此时上腔（a1）与中腔（a2）连通，套管内的天然气通过进气口进入中腔（a2）、上腔（a1），推动气动活塞（7）向下运动；下腔（a3）中的天然气通过出气口排出，排入到油管内；

d、底部限位换向：当气动活塞（7）下行到下限位点时，滑块（3）与导向杆（4）底部凸起的限位台阶接触固定，气动活塞（7）继续下行，促使滑块（3）相对于气动活塞（7）上行到换向临界点，过临界点立即换向，换向完成；活塞开始上行，如此往复循环运动，实现气体驱动头（a）通过连接轴（b）带动助剂增压泵（c）运动，将常压助剂增压至井口所需助剂压力，从而实现助剂加注。

本发明的优点如下：

1)设计巧妙，合理利用油套压差，无需电源，方便井口加注；

2)驱动头耐高压，驱动气体为高压，无需调压处理，最高耐压等级可以做到35mpa，普通气动泵耐压不超过1.6mpa

3)高压差驱动，气体驱动头前后压差最大3.5mpa，普通气动泵压差不超过1.0mpa

4)设备零排放，本设备排出气体接入生产管网，实现零排放，普通气动泵的排出气体直接排放到大气，污染环境。

5)适应性强，对驱动气体的清洁度要求低，气体中含有少量液体不会影响泵的运行。

6)性能稳定，纯机械换向，稳定性高，受介质、环境的影响小。普通气动泵通过换向阀换向，对介质的要求高，对不清洁的驱动气体，容易造成换向失效。

7)排量大，由于驱动气体压差大，能够提供更大的驱动力，在增压相同的情况下，比普通的气动泵大，该泵增压5mpa的最大排量可达到2000l/d

8)配套方便，与配套的模块组合能够方便实现自动化加注

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。