煤层气地面负压抽采装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于煤层气开发技术领域，涉及一种煤层气抽采装置。
【背景技术】
[0002] 随着常规油气资源量的日益减少、煤矿瓦斯治理要求的提高及向大气排放污染气 体的限制，煤层气作为清洁能源的勘探开发目前已经进入大规模生产阶段。中国埋深浅于 2000m的煤层气资源量超过36万亿立方米，居世界第三，这一丰富的能源资源如能得到完 全的利用，将会对我国国民经济的持续发展做出巨大的贡献。近年来，煤层气开发呈现出欣 欣向荣的局面，中石油、中石化、中海油三大能源巨头、地方煤炭企业、外资企业等单位均有 大规模开发，煤层气地面抽采是按照国家的"先抽后采"的产业政策进行煤矿开采的。
[0003] 目前，煤层气的开发有两种方式，一种是井下开采，另一种是地面抽采。
[0004] 井下开采采用巷道作业，煤层气的纯度通常在10%以内，其中混有空气，单位体积 热值低、运输成本高，无法实现规模化的利用，只能在当地就近使用或者直接稀释排空，每 年国内排空的煤层气达150亿方，温室效应远高于二氧化碳，浪费了资源，污染了大气；如 果煤层气的浓度高又会对煤矿安全构成一定的影响，所以为保证采煤安全，需要大量往井 下送风，降低瓦斯浓度，确保安全生产，因此，井下开采的煤层气纯度低，不便运输。
[0005] 只有当煤层气浓度达到80%及以上时，采用低压运输管道、LNG或CNG槽车运输等 才具有经济性。高浓度瓦斯主要有两种来源：一种是通过浓缩工艺将井下抽采的煤层气浓 度提高，但低浓度瓦斯浓缩工艺则成本过高。目前低浓度瓦斯提纯技术主要使用真空变压 吸附法（VPSA)，即低浓度瓦斯在常压下被吸附塔吸附后，再利用抽真空的方法降低CH4的 分压使其解吸并汇集起来，处理原料为抽采泵排出的CH4含量在5 %~50 %之间的煤层气， 通过两级吸附可以实现甲烷浓度30 %~90 %之间自由调节，其中30 %以上的可以直接用 作民用燃气、瓦斯发电、锅炉燃烧等。浓度在90%以上的才可以通过LNG撬车、CNG装罐或 者管道运输实现商业化利用；另一是采用地面抽采的煤层气，甲烷含量达95%以上。
[0006] 目前，地面抽采的主要方式是降液采气，通过打井的方式钻井，井的深度比煤层 深，通过在井底安装抽水泵，降低井筒内水的压力，从而使得煤层中的吸附的煤层气解析并 在低压下上升采出供应给用户。但我国的煤层气藏普遍是低压、低渗煤层气藏，目前这种地 面开采方式煤层压力枯竭后，受煤层气锁和水锁的影响，煤层中的天然气（瓦斯）依然有 50%左右的残余，为维持系统需要，依然要有0. 2 - 0. 5Mpa煤层压力，否则，需要在煤矿开 采阶段从井下进行抽采。
【发明内容】
[0007] 为解决现有地面抽采方式开采效率低的技术问题，本实用新型提供一种煤层气地 面负压抽采装置。
[0008] 一种煤层气地面负压抽采装置，包括用于降低井中液位的抽水泵，所述抽水泵的 进水口位于水面以下，所述抽水泵的排水口通过排水管道将水排至地面，
[0009] 其特殊之处在于：所述煤层气地面负压抽采装置还包括设置于地面上的负压泵， 所述负压泵的进气口朝向排水管道与井口形成的间隙，所述负压泵的排气口排出煤层气。
[0010] 上述抽水泵的进水口位于煤层以下。
[0011] 上述抽水泵的进水口处还设置有筛管和沉砂管，所述沉砂管位于筛管以下。
[0012] 上述煤层气地面负压抽采装置还包括洗井液入口，所述洗井液入口相对于负压泵 位于井口的另一侧且朝向排水管与井口形成的间隙。
[0013] 上述煤层气地面负压抽采装置还包括气液分离器，所述气液分离器的入口与负压 泵的排气口连接，所述气液分离器的出口排出煤层气。
[0014] 上述煤层气地面负压抽采装置还包括集水箱，所述集水箱的入口与气液分离器的 出口连接，所述集水箱的出口与负压泵的冷却水入口连接。
[0015] 上述抽水泵为柱塞泵。
[0016] 上述负压泵为水环真空泵。
[0017] 本实用新型与现有技术相比，优点是：
[0018] 1、本实用新型的煤层气地面负压抽采装置，通过增加地面负压泵对煤层施加负 压，可以使吸附在煤层表面的瓦斯（煤层气）解吸出来，抽到地面后以密闭方式（压缩成 LNG、CNG)或者通过管道输送到用户。
[0019] 2、通过本实用新型的煤层气地面负压抽采装置，增加了煤层气的采收率，同时也 增加煤层气的单产和总产。
[0020] 3、通过本实用新型的煤层气地面负压抽采装置进行煤层气开采，通过洗井管线加 清洗液，用抽水泵排出地面，清除煤粉变得十分容易和方便，洗井的费用大幅度的降低。
【附图说明】
[0021] 图1为本实用新型地面以下管柱示意图；
[0022] 图2为本实用新型的优化装置的原理图；
[0023] 图3为2012年5月至2015年2月的排采曲线图；
[0024] 其中附图标记为：1-抽水泵，2-负压泵，3-煤层气出口，4-集水箱，5-洗井液入 口，6-煤层，7-气液分离器，8-煤层自燃裂隙，9-井底，10-筛管，11-沉砂管，12-抽油管， 13-油管，14-煤层水出口。
【具体实施方式】
[0025] 以下从本实用新型的原理出发并结合附图对本实用新型做详细说明。
[0026] 本实用新型煤层气地面负压抽采装置的原理及应用效果分析：
[0027] 煤层气作为一种吸附气的成藏方式，寄生在煤的内表面，在常规地面开采过程中， 由于吸附的数量和地层能量不足，绝大部分煤层气无法通过自身能量而解析出来。储层伤 害的三种类型：煤粉堵塞、煤层气锁、水锁、应力闭合，本实用新型通过对其机理及生产情况 进行研宄而采用了负压抽采，负压抽采技术是建立在以解除气锁、水锁及煤粉堵塞基础上 的一项技术，就像婴儿吃奶和奶牛产奶一样，如果给牛的乳头增加一个负压吸奶器，牛奶就 会很容易产出，该装置就是利用这个原理，给煤层施加一个负压，从而使吸附在煤层表面积 的甲烷瓦斯很容易的在地面抽采出来而形成具有工业价值的清洁能源，经过该装置抽采的 煤层，将煤层瓦斯含量将到0.1 %以下，为煤矿提供了安全生产的保证。
[0028] 本实用新型煤层气地面负压抽采装置包括包括用于降低井中液位的抽水泵1及 设置于地面上的负压泵2,抽水泵的进水口位于水面以下，其出水口通过排水管道送至地 面，负压泵的进气口朝向排水管与井口形成的间隙，负压泵2的排气口排出煤层气。
[0029] 图1是本实用新型地面管柱示意图，其中的抽水泵可借用油田上通常使用的利用 抽油杆12驱动的活塞式抽油泵或者螺杆泵，其排水管道也可借用油田上的油管13 ;当然， 本实用新型的抽水泵也可使用潜水泵；煤层气出口 3接负压泵。
[0030] 进一步的，为了防止抽水泵的进水口堵塞，本实用新型在抽水泵的进水口处还设 置有筛管10和沉砂管11，以便对大颗粒物质及砂子进行过滤除砂，将其沉于井底9,其中筛 管用于过滤水中的砂子，沉砂管用于洗完砂子沉淀。
[0031] 进一步的，本实用新型的沉砂管位于筛管以下。
[0032] 进一步的，本实用新型在地面上井口的一侧还设置有洗井液入口 5,用于向井中放 入洗井液，消除堵塞。
[0033] 进一步的，为了消除所抽采的煤层气中夹杂的大颗粒物质及水，本实用新型在负 压泵的排气口处设置气液分离器以消除煤层气中的大颗粒物质及水。
[0034] 再进一步的，本实用新型煤层气地面负压抽采装置还包括集水箱，集水箱的入口 与气液分离器的出口连接，集水箱的出口与负压泵的冷却水入口连接。集水箱、气液分离 器、集水箱之间形成了一个水循环，即起到了分离水的作用，又起到了对负压泵进行冷却的 作用。
[0035] 另外，本实用新型的抽水泵可选择柱塞泵，也可选择螺杆泵；本实用新型的负压泵 可选择水环真空泵，也可选择其他负压真空装置。
[0036] 图3所示为2012年5月至2015年2月的排采曲线图，通过这个曲线不难看出： 井底压力越低，煤层气的产量越高，在负压抽采以前产量低于50立方米/日（该图因比例 太大无法体现负压值，实际负压表指示值为-0. 〇97Mpa)，第一个峰值出现时的产量也是在 250立方米/日左右的水平。通过负压抽采，日前的产量已经上升到630立方米/日左右， 增产幅度为40%，目前产量依然在上升的通道，当井底压力接近于零的时候，产量可上升到 660立方米/日。而且井底压力的降低对煤层的水的产出也有积极的贡献，由负压真空抽采 前的0.3立方米/日，增加到目前的0.63立方米/日，增加幅度为：4倍，这又是一个积极 信号，如果产水量能维持下去，增产的幅度按照规律要呈现几何倍数的增加。
[0037] 表1为现场实际试验数据
[0038]
【主权项】
1. 一种煤层气地面负压抽采装置，包括用于降低井中液位的抽水泵，所述抽水泵的进 水口位于水面以下，所述抽水泵的排水口通过排水管道将水排至地面， 其特征在于：所述煤层气地面负压抽采装置还包括设置于地面上的负压泵，所述负压 泵的进气口朝向排水管道与井口形成的间隙，所述负压泵的排气口排出煤层气。
2. 根据权利要求1所述的煤层气地面负压抽采装置，其特征在于：所述抽水泵位于煤 层以下。
3. 根据权利要求2所述的煤层气地面负压抽采装置，其特征在于：所述抽水泵的进水 口处还设置有筛管和沉砂管，所述沉砂管位于筛管以下。
4. 根据权利要求3所述的煤层气地面负压抽采装置，其特征在于：所述煤层气地面负 压抽采装置还包括洗井液入口，所述洗井液入口相对于负压泵位于井口的另一侧且朝向排 水管与井口形成的间隙。
5. 根据权利要求1或4之一所述的煤层气地面负压抽采装置，其特征在于： 所述煤层气地面负压抽采装置还包括气液分离器，所述气液分离器的入口与负压泵的 排气口连接，所述气液分离器的出口排出煤层气。
6. 根据权利要求5所述的煤层气地面负压抽采装置，其特征在于：所述煤层气地面负 压抽采装置还包括集水箱，所述集水箱的入口与气液分离器的出口连接，所述集水箱的出 口与负压泵的冷却水入口连接。
7. 根据权利要求6所述的煤层气地面负压抽采装置，其特征在于：所述抽水泵为柱塞 栗。
8. 根据权利要求7所述的煤层气地面负压抽采装置，其特征在于：所述负压泵为水环 真空泵。
【专利摘要】本实用新型煤层气地面负压抽采装置包括用于降低井中液位的抽水泵及设置于地面上的负压泵，抽水泵的进水口位于水面以下，其出水口通过排水管道送至地面，负压泵的进气口朝向排水管与井口形成的间隙，负压泵的排气口排出煤层气。本实用新型的煤层气地面负压抽采装置，通过增加地面负压泵对煤层施加负压，可以使吸附在煤层表面的瓦斯(煤层气)解吸出来，抽到地面后以密闭方式(压缩成LNG、CNG)或者通过管道输送到用户，增加了煤层气的采收率，同时也增加煤层气的单产和总产。
【IPC分类】E21B43-00, E21F7-00
【公开号】CN204436342
【申请号】CN201520076525
【发明人】刘银太, 冯三利, 丁凯华, 庞洪森
【申请人】陕西龙门天地油气技术有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月2日