井口天然气增压装置及其方法

专利名称：井口天然气增压装置及其方法
技术领域：
本发明属于石油天然气工业技术领域的方法和装置，进一步涉及一种井口天然气增压装置及其方法。
背景技术：
天然气或煤层气从地下被采出时，随着不断地被采出，天然气或煤层气的压力会降低。当压力低到0. 3Mpa以下，就需要在井口对天然气或煤层气进行增压，使采出的天然气或煤层气具有足够被输运到集输站的动力。目前还没有理想的天然气增压装置可以将一口井或是几口井的天然气的压力增加。其主要的困难是天然气里含有水和凝析油，这些液体的存在使得天然气增压的运行发生困难，甚至无法运行。目前，对天然气或煤层气的增压无论是采用螺杆压缩机还是往复式压缩机都不能在带有水的条件下正常工作。为了实现无人看守的撬装天然气增压站的工作要求，需要研究新的方法来去除天然气里含有的水和凝析油，使得天然气增压装置能够满足无人看守的连续工作环境。

发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种井口天然气增压装置及其方法。为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案得以实现 一种井口天然气增压装置，其特征在于，包括
一设置在井口的管柱式气液旋流分离器，用于对井口天然气所含水和固体颗粒进行分
罔；
一管套式换热器，用于提高进口天然气温度，降低压缩机出口天然气温度； 一污水罐，该污水罐内有液位传感器，用于储存水和固体物质； 一换热器，该换热器连接有发动机，用于将管套式换热器内的温度提高到设定温度，使水蒸气达到不饱和状态，并蒸发掉微量的游离水；
一空气冷却器，用于将部分换热后的天然气冷却至正常温度； 一天然气和润滑油分离罐，用于天然气和润滑油分离，分离后的气体经管套式换热器和空气冷却器冷却后由天然气出口输出，分离后的润滑油进入压缩机天然气进口处，和天然气混合进入压缩机内，循环使用；
管柱式气液旋流分离器分别通过管路与管套式换热器和污水罐连接；管套式换热器通过管路和阀门分别与污水罐、空气冷却器、换热器以及天然气和润滑油分离罐连接；换热器通过管路与天然气和润滑油分离罐相连。一种井口天然气增压方法，其特征在于，该方法在井口天然气进入增压泵前，采用上述的井口天然气增压装置，按下列步骤进行
1)天然气在进入增压泵前，先经过管柱式气液旋流分离器，依靠管柱式气液旋流分离器进行分离，天然气切向进入管柱式气液旋流分离器后形成的旋涡产生了作用于液体的离心力、重力和浮力，其离心加速度比重力加速度要高出许多倍，重力、离心力和浮力联合作用将天然气中的气体和液体分离开，液体沿径向被推向外侧，并向下由液体出口进入污水罐；而气体则向上由气体出口进入管套式换热器；
2)进入管套式换热器的天然气经换热后温度提高，使得气体为不饱和蒸汽，没有凝结水析出，使微量游离水蒸发，进入压缩机的天然气不含游离水分。压缩后的天然气先和润滑油进行分离，然后通过管套管式换热器热侧的管线和阀门，和进口天然气换热，有一部分出口天然气和空气换热冷却。降低温度后的天然气进入集输管道；
3)污水罐上的进出管道通过电动阀门控制，污水罐内的液位由液位传感器控制，在装满污水时，液位传感器发出信号，控制污水罐的进出口阀门打开，用来自管套式换热器内的压力较高的气体将污水排入集输管道内。不对周围环境排出任何污水和固体物质；
4)天然气和润滑油分离罐将分离后的天然气经管套式换热器和空气冷却器冷却后由天然气出口输出，分离后的润滑油进入压缩机天然气进口处，和天然气混合进入压缩机内， 循环使用；
本发明的井口天然气增压装置及其方法，能够保证井口的任何类型的增压压缩机正常工作。能够撬装，移动。适用于无人值守天然气增压站的需要。可广泛用于天然气开采后期单井天然气增压需要。


图1为本发明的结构原理图。图中的标号分别表示1、管柱式气液旋流分离器，2、 管套式换热器，3、污水罐，4、第一阀门，5、第二阀门，6、第三阀门，7、第四阀门，8换热器，9、 第五阀门，10、第六阀门，11、第七阀门，12、第八阀门、13、液位传感器，14、空气冷却器，15、 天然气和润滑油分离罐，16、天然气发动机。下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式参见图1，依照本发明的技术方案，本实施例给出一种种井口天然气增压装置，包括
一设置在井口的管柱式气液旋流分离器1，用于对井口天然气所含水和固体颗粒进行分离；
一管套式换热器2，用于调节天然气温度；
一污水罐3，该污水罐3内有液位传感器13，用于储存水和固体物质； 一换热器8，该换热器8连接有发动机16，用于将套式换热器2内的温度提高到设定温度，使水蒸气达到不饱和状态；
一空气冷却器14，用于将换热后的天然气冷却至正常温度；
一天然气和润滑油分离罐15，用于天然气和润滑油分离，分离后的气体经空气冷却器 14冷却后由天然气出口输出，分离后的润滑油再次回流至换热器8中；
管柱式气液旋流分离器1分别通过管路与管套式换热器2和污水罐3连接；管套式换热器2通过管路和阀门分别与污水罐3、空气冷却器14、换热器8以及天然气和润滑油分离罐15连接；换热器8通过管路与天然气和润滑油分离罐15相连。
采用上述装置的井口天然气增压方法，首先由管柱式气液旋流分离器1对天然气进行分离，将大部分水(雾滴、水滴)以及固体微粒等离心分离出来，天然气切向进入管柱式气液旋流分离器1后形成的旋涡产生了作用于液体的离心力、重力和浮力，其离心加速度比重力加速度要高出许多倍，重力、离心力和浮力联合作用将天然气中的气体和液体分离开，液体沿径向被推向外侧，并向下由液体出口进入污水罐3 ；而气体则向上由气体出口进入管套式换热器2 ；
进入管套式换热器2的气体经温度调节后，使得气体为不饱和蒸汽，没有凝结水析出， 然后通过管套管式换热器2热侧的管线和阀门(第五阀门9，10、第六阀门，11、第七阀门，第八阀门12)经空气冷却器14冷却后由天然气出口输出至后续的增压泵；
3)污水罐3上的进出管道通过阀门(即第一阀门4，第二阀门5、第三阀门6，第四阀门 7)控制，污水罐3内的液位由液位传感器13控制，在装满污水时，液位传感器13发出信号， 控制污水罐的进出口阀门打开(即第一阀门4关闭，第二阀门5打开、第三阀门6打开，第四阀门7关闭)，用来自管套式换热器2内的压力较高的气体将污水排入集输管道内；
4)天然气和润滑油分离罐15的作用是，将分离后的气体经第八阀门12和空气冷却器 14冷却后由天然气出口输出，分离后的润滑油再次回流至换热器8中，不对周围环境排出任何污水和固体物质。经发明人的实验证明，管柱式气液旋流分离器1可以完全满足气液的完全分离， 可以将95%以上水分去除，极大地降低成本及设备重量，尤其适用于撬装设备，具有体积小，效率高的优点，可以满足撬装的空间大小要求。管柱式气液旋流器的工作动力依靠自身压头，压头损失量在5%以下，管柱式旋流器1内部的摩擦压力和局部压力降都很小。 采用管套管换热器2，依靠连接发动机16的换热器8去加热天然气，使得进入后续增压泵的天然气温度提高，天然气中水蒸气为不饱和蒸气。从而在增压过程中没有游离水析出。同样，天然气温度需要提高到使得凝析油无法凝结，全部蒸发。从而保证后续增压泵的正常运行。 一般的井口天然气温度为10-15摄氏度，而经过管套式换热器2后的天然气温度可以达到60°C以上。使天然气温度提高10°C -300C，因此可以根据天然气生产产量情况，开启或关闭管线，使得天然气为不饱和蒸汽，没有凝结水析出。可以保证后续的增压泵稳定和可靠工作，避免水的析出和固体颗粒影响运行。
权利要求
1.一种井口天然气增压装置，其特征在于，包括一设置在井口的管柱式气液旋流分离器(1 )，用于对井口天然气所含水和固体颗粒进行分离；一管套式换热器(2)，用于调节天然气温度；一污水罐(3)，该污水罐(3)内有液位传感器(13)，用于储存水和固体物质；一换热器(8)，该换热器(8)连接有发动机(16)，用于将套式换热器(2)内的温度提高到设定温度，使水蒸气达到不饱和状态；一空气冷却器(14)，用于将换热后的天然气冷却至正常温度；一天然气和润滑油分离罐(15)，用于天然气和润滑油分离，分离后的气体经空气冷却器(14)冷却后由天然气出口输出，分离后的润滑油再次回流至换热器(8)中；管柱式气液旋流分离器(1)分别通过管路与管套式换热器(2 )和污水罐(3 )连接；管套式换热器(2)通过管路和阀门分别与污水罐(3)、空气冷却器(14)、换热器(8)以及天然气和润滑油分离罐(15)连接；换热器(8)通过管路与天然气和润滑油分离罐(15)相连。
2.一种井口天然气增压方法，其特征在于，该方法在井口天然气进入增压泵前，采用权利要求1所述的井口天然气增压装置，按下列步骤进行1)天然气在进入增压泵前，先经过管柱式气液旋流分离器，依靠管柱式气液旋流分离器进行分离，天然气切向进入管柱式气液旋流分离器后形成的旋涡产生了作用于液体的离心力、重力和浮力，其离心加速度比重力加速度要高出许多倍，重力、离心力和浮力联合作用将天然气中的气体和液体分离开，液体沿径向被推向外侧，并向下由液体出口进入污水罐；而气体则向上由气体出口进入管套式换热器；2)进入管套式换热器的气体经温度调节后，使得气体为不饱和蒸汽，没有凝结水析出， 然后通过管套管式换热器热侧的管线和阀门经空气冷却器冷却后由天然气出口输出；3)污水罐上的进出管道通过电动阀门控制，污水罐内的液位由液位传感器控制，在装满污水时，液位传感器发出信号，控制污水罐的进出口阀门打开，用来自管套式换热器内的压力较高的气体将污水排入集输管道内；4)天然气和润滑油分离罐将分离后的气体经空气冷却器冷却后由天然气出口输出，分离后的润滑油再次回流至换热器中，不对周围环境排出任何污水和固体物质。
全文摘要
本发明公开了一种单井天然气增压装置及其方法，在天然气进入增压泵前，先经过管柱式气液旋流分离器，依靠管柱式气液旋流分离器进行分离，液体沿径向被推向外侧，并向下由液体出口进入污水罐；而气体则向上由气体出口进入管套式换热器；进入管套式换热器的气体经温度调节后，使得气体为不饱和蒸汽，没有凝结水析出，然后通过管套管式换热器热侧的管线和阀门经空气冷却器冷却后由天然气出口输出；采用本发明的井口天然气增压装置，能够保证井口的任何类型的增压压缩机正常工作。能够撬装，移动。适用于无人值守天然气增压站的需要。可广泛用于天然气开采后期单井天然气增压需要。
文档编号E21B43/34GK102382699SQ20111020681
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者冉新权, 刘海浪, 刘祎 申请人:中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司