專利名稱：一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)抽采裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)抽采裝置，屬于煤層氣抽采領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤層氣是一種吸附于煤層的解吸氣，在開發(fā)過程中，始終有水從煤層中流出，在生產(chǎn)期間，井筒中形成約5(Γ80米高液柱，此液柱產(chǎn)生壓力極大地影響煤層氣的產(chǎn)氣能力?，F(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)中，基本是照搬石油天然氣開發(fā)方式，其基本 思路是“排液采氣”(見附圖1)，由地面抽油機I通過抽油桿2，帶動抽油泵5，通過抽油泵5的活塞上下往復(fù)運動，不斷地將井底水抽出，以降低液柱高度，使得射孔位置地層壓力高于液柱壓力，形成一定的“生產(chǎn)壓差”;這樣，煤層解吸氣隨著水不斷地從油井套管4射孔位置流出。氣體運移至井口，進入管道，完成“排液采氣”工作?，F(xiàn)有技術(shù)的煤層氣開發(fā)抽放煤層甲烷的最大障礙，是煤層的超低滲透性，而且吸附的甲烷難以充分解吸，目前針對低滲透性的煤層主要采取鉆水平井，水力噴吵壓裂及煤層改造等措施來實現(xiàn)增加煤層滲透性及煤層氣解吸量。這種用地面抽油機抽采的設(shè)備，雖已成熟，但存在以下問題I、運動部件多，能量損失大，能耗高，相對故障機率大；2、對地下采出區(qū)形成“負壓”較弱，不利煤層氣采出速度；3、設(shè)備造價較高，全套設(shè)備總造價約25萬人民幣；4、生產(chǎn)維護成本高，定期檢泵，作業(yè)較復(fù)雜；5對煤層氣井增產(chǎn)無任何效果；

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)及霧化抽采的裝置，該裝置可以有效地完成煤層氣井下超聲波增產(chǎn)及霧化抽采工作；具有井下沒有機械運動、大幅度節(jié)能、增加煤的解吸總量、降低采氣成本、維護簡單、對煤層無污染等特點。本實用新型的技術(shù)方案是一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)及霧化抽采裝置，包括，置于地面上的控制柜、往復(fù)式真空泵、地面超聲波發(fā)生器、煤層氣井、纜線、和置于井下的超聲波增產(chǎn)霧化裝置，套管、油管，其特征在于，所述的控制柜用纜線連接并控制著往復(fù)式真空泵和地面超聲波發(fā)生器，其中，地面超聲波發(fā)生器，通過纜線連接并控制井下超聲波增產(chǎn)及霧化裝置；所述的往復(fù)式真空泵，通過管線與煤層氣井口內(nèi)油管相連；所述套管從地面煤層氣井口豎直深到煤層，在套管內(nèi)豎直裝有一油管，所述油管口高于套管口，油管內(nèi)下端裝有超聲波增產(chǎn)及霧化裝置，密封住油管下口。所述的超聲波增產(chǎn)霧化裝置裝在油管內(nèi)下端，該裝置包括超聲波霧化換能器和增產(chǎn)裝置超聲波換能器；超聲波霧化換能器下端、連接著增產(chǎn)裝置超聲波換能器，并伸出油管管口 ；在油管內(nèi)還設(shè)有與套管內(nèi)腔相通的進水孔道，該孔道下端有過濾網(wǎng)，上端裝有電磁閥和霧化腔液位傳感器；該電磁閥上部連通位于油管內(nèi)上部的、與超聲波霧化裝置一起構(gòu)成的霧化腔；在所屬套管下部液位部分，管壁上設(shè)有孔眼；在地面上套管與油管所成環(huán)空處，還設(shè)有煤層氣出口。在油管內(nèi)超聲波霧化換能器內(nèi)裝有環(huán)形壓電組片；在該增產(chǎn)裝置超聲波換能器下端連接有錨定裝置。所述超聲波增產(chǎn)及霧化抽采裝置裝置的生產(chǎn)過程是所述的煤層氣在地層壓力作用下，煤層氣隨水從套管孔眼流入套筒中，并形成一定高度液柱；水在液柱壓力作用下，在液位傳感器及電磁閥控制下，自濾網(wǎng)經(jīng)進水孔道，流入油管與超聲波霧化裝置構(gòu)成的霧化腔內(nèi)；地面超聲波發(fā)生器產(chǎn)生28kHz的高頻振蕩信號，經(jīng)電纜，由控制器分配給超聲波霧化換能器，及增產(chǎn)裝置換能器，分別產(chǎn)生縱向、及徑向的機械振動；其中由超聲波霧化換能器進行霧化腔內(nèi)的液體霧化，將液態(tài)水霧化形成直徑4(Γ120微米的霧滴狀，在地面往復(fù)真空泵的抽吸作用下，由油管快速地運移到地面；隨著套管內(nèi)積液減少，液柱不斷降低，使得煤層壓力高于液柱造成壓力，形成一定的“生產(chǎn)壓差”，解吸煤層氣從煤層中釋放出來，經(jīng)由套管與油管組成的環(huán)形空間，到達地面采氣裝置；由增產(chǎn)裝置換能器產(chǎn)生的振動波，沿射孔孔眼水平方向進入到煤層中，經(jīng)一系列空化作用，及熱效應(yīng)變化，增大煤巖內(nèi)部孔隙體積，提高煤巖的滲透率，同時增加煤層對煤層氣的解吸總量。所述的超聲波增產(chǎn)及霧化抽采裝置，同樣適用于如頁巖氣、致密砂巖氣非常規(guī)天然氣領(lǐng)域抽采。本實用新型是一種利用超聲波增產(chǎn)及霧化抽采裝置，在煤層氣開發(fā)井中使用，輔助地面真空泵的抽吸作用，實現(xiàn)煤層氣井下的增產(chǎn)，及井筒間大液量抽排，高效地完成“排液采氣”工作。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，超聲波霧化采氣具有非常明顯的優(yōu)勢I、超聲波增產(chǎn)霧化采氣裝置，井下無任何機械運動，霧化水分子流動阻力遠遠小于液態(tài)水，故能耗大幅度降低，節(jié)能50%以上。原抽油機抽采系統(tǒng)一般功率為22kw，而超聲波系統(tǒng)僅為10kw。2、產(chǎn)量增加30%以上，超聲波從根本上增加了煤的解吸總量；并在煤層形成一系列微孔隙，故而增加了煤層氣采出的通道及采出總量。3、降低采氣成本，地面抽油機及井下抽油泵，抽油桿等全部不用。工藝設(shè)備總造價是原地面抽油機排液采氣的6(Γ70%。4、生產(chǎn)過程中，維護簡單，井筒中，由于超聲波的作用，還可以不間斷的沖刷套管射孔孔眼及煤層裂隙孔道，使煤屑不沉積，起到解堵作用。5、工作過程中，對煤層無任何污染。6、針對煤層氣井筒不同液量及液柱高度，可實現(xiàn)霧化量實時控制，進行優(yōu)化生產(chǎn)；提高排液效率。7、獨特的霧化腔結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)井筒內(nèi)高液柱大液量霧化，應(yīng)用范圍大。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)的采用“排液采氣”方式，用地面抽油機帶動抽油泵的抽采的系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)及霧化抽采裝置的結(jié)構(gòu)示意圖、[0026]附圖中圖2 :1-超聲波霧化換能器，2-電磁閥，3.-霧化腔液位傳感器，4.-增產(chǎn)裝置超聲波換能器，5.-錨定裝置，6-油管，7-套管，8-環(huán)形壓電組片，9，-射孔孔眼，10-霧化腔，11-進水孔道，12-電纜，13-過濾網(wǎng)，14-套管內(nèi)積液，15-煤層氣出口；圖I :1_抽油機，2-井口，3-抽油桿，4-套管，5-抽油泵，6-油管。
具體實施方式
以下，結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型進行詳細的描述；圖I是現(xiàn)有技術(shù)的采用“排液采氣”方式，用地面抽油機帶動抽油泵的抽采的系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)及霧化抽采工藝配套的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖I可以看出，由地面抽油機I通過抽油桿2，帶動抽油泵5，通過抽油泵5的活塞上下往復(fù)運動，不斷地將井底水抽出，以降低液柱高度，使得射孔位置壓力高于液柱壓力，形成一定的“生產(chǎn)壓差”;這樣，煤層解吸氣隨著水不斷地從油井套管4射孔位置流出。氣體運移至井口，進入管道，完成“排液采氣”工作。本實用新型的一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)及霧化抽采裝置是一個完全不同現(xiàn)有技術(shù)的抽采方式的技術(shù)方案，是一個具有實質(zhì)性特點的方案；從圖2可以看出，所述的煤層氣井下超聲波增產(chǎn)霧化抽采裝置，包括，一種煤層氣井下超聲波霧化抽采裝置，包括，置于地面上的控制柜、往復(fù)式真空泵、地面超聲波發(fā)生器、煤井、纜線、和置于井下的超聲波霧化裝置，套管7、油管6，所述的控制柜用纜線16連接并控制著往復(fù)式真空泵和地面超聲波發(fā)生器，其中，地面超聲波發(fā)生器，通過纜線16連接并控制井下超聲波霧化裝置；所述的往復(fù)式真空泵，通過管線連接煤層氣井套管與油管所成環(huán)形空間；所述套管7從地面煤井口豎直深到煤層，在套管7內(nèi)豎直裝有一油管6，所述油管口 6高于套管口 7，油管6內(nèi)下端裝有超聲波霧化裝置，密封住油管下口 6。所述的超聲波增產(chǎn)及霧化裝置裝在油管6內(nèi)下端，該裝置包括，超聲波霧化換能器I和增產(chǎn)裝置超聲波換能器4 ;超聲波換能器I下端、連接著增產(chǎn)裝置超聲波換能器4，并伸出油管管口 6低端；在該增產(chǎn)裝置超聲波換能器4下端連接有錨定裝置5，該錨定裝置5用于固定超聲波換能器4屬于公知技術(shù)；在油管6內(nèi)超聲波換能器I內(nèi)裝有環(huán)形壓電組片8是霧化裝置通用的壓電磁片，屬公知技術(shù)，在油管6內(nèi)還設(shè)有與套管7內(nèi)腔相通的進水孔道11，該孔道11下端有過濾網(wǎng)13，上端裝有電磁閥2和霧化腔液位傳感器3 ;該電磁閥2上部連通位于油管6內(nèi)上部的、與超聲波霧化裝置一起構(gòu)成的霧化腔10 ；在所屬套管7下部液位部分，管壁上設(shè)有孔眼9 ;在地面上套管外，還設(shè)有煤層氣出口 15。該裝置的生產(chǎn)過程是所述的煤層氣在地層壓力作用下，煤層氣隨水從套管射孔孔眼(9)流入井筒中，并形成一定高度液柱；水在液柱壓力作用下，在液位傳感器(3)及電磁閥(2)控制下，自濾網(wǎng)(13)經(jīng)進水孔道(11)流入油管(6)與霧化裝置構(gòu)成的霧化腔(10)內(nèi)；地面超聲波發(fā)生器產(chǎn)生28kHz的高頻振蕩信號經(jīng)電纜(12)，由控制器分配給超聲波霧化換能器(I)及增產(chǎn)裝置換能器(4)，分別產(chǎn)生縱向及徑向的機械振動；其中由霧化換能器
(I)進行霧化腔內(nèi)液體霧化，將液態(tài)水霧化形成直徑4(Γ120微米的霧滴狀，在地面往復(fù)真空泵的抽吸作用下，由油管(6)快速地運移到地面；隨著套管內(nèi)積液(14)減少，液柱不斷降低，使得煤層壓力高于液柱造成壓力，形成一定的“生產(chǎn)壓差”，解吸煤層氣從煤層中釋放出來，經(jīng)由套管7與油管6組成的環(huán)形空間，到達地面采氣裝置。由增產(chǎn)裝置換能器(4)產(chǎn)生的振動波沿射孔孔眼(9)水平方向進入到煤層中，經(jīng)一系列空化作用及熱效應(yīng)變化，增加煤層的解吸氣量，增大煤巖內(nèi)部孔隙體積，提高煤巖的滲透率；這樣有更多的煤層氣進入了生產(chǎn)通道；源源不斷地開采到地面。本實用新型的超聲波增產(chǎn)及霧化抽采裝置，同樣適用于如頁巖氣、致密砂巖氣等其它非常規(guī)天然氣抽采領(lǐng)域。煤層氣井下超聲波增產(chǎn)及霧化抽采裝置增產(chǎn)助排原理是，I.頻率高于2*104Hz的聲波統(tǒng)稱超聲波，具有許多特性。首先，由于頻率高，它能在均勻介質(zhì)中沿直線傳播；其次超聲波具有功率特性，即在傳播過程中，引起介質(zhì)顆粒往復(fù)振動而對介質(zhì)顆粒作功，它的功率是非常大的；第三，空化作用，當(dāng)超聲波在液體中傳播時，由于液體微粒的劇烈振動，會在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞，這些小空洞迅速脹大和閉合，會使液 體微粒間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產(chǎn)生幾乎到上萬個大氣壓的壓強；第四，超聲波具有熱效應(yīng)，微粒間劇烈的相互作用，會使液體的溫度驟然升高，并起到很好的攪拌作用，從而使超聲波在液體介質(zhì)中傳播并產(chǎn)生一定的熱效應(yīng)。2、煤層氣井下超聲波增產(chǎn)機理a)超聲波作用下提高煤巖滲透率在超聲波作用下煤塵顆粒產(chǎn)生高頻的往復(fù)振動，使得煤巖松動產(chǎn)生裂隙及微裂縫，同時高頻機械振動可有效地解除原有裂隙中的微小煤屑沉積及堵塞，從而提高整個煤層相對滲透率，并使得儲層毛細孔隙孔徑增大，且孔隙體積隨超聲處理時間增加而增大，最大可增大28. 3%。在實驗室中用20kHz的功率超聲，研究了超聲波對巖樣滲透率的影響(實驗結(jié)果見表I)。結(jié)果表明在常溫常壓下，超聲波可使油對多孔巖樣的滲透率增加I倍以上，使空氣對多孔巖樣的滲透率提高18%。參見表I.表I 超聲波作用下巖心滲透率的提高率
超聲波作用前超聲波作用后 巖心滲透率滲透率提高率
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343 465 450 "對煤層,室內(nèi)試驗表明超聲振動方向與煤層層理一致時，可使煤層測試試樣的滲透率增大I倍左右，而振動方向與煤樣的層理方向垂直時超聲對滲透率的影響不明顯。參見表2表2 功率超聲對煤的力學(xué)性質(zhì)與滲透率的影響
權(quán)利要求1.一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)抽采裝置，包括，置于地面上的控制柜、往復(fù)式真空泵、地面超聲波發(fā)生器、煤層氣井、纜線、和置于井下的超聲波增產(chǎn)及霧化裝置，套管、油管，其特征在于，所述的控制柜用纜線連接并控制著往復(fù)式真空泵和地面超聲波發(fā)生器，其中，地面超聲波發(fā)生器，通過纜線連接并控制井下超聲波增產(chǎn)及霧化裝置；所述的往復(fù)式真空泵，通過管線連接煤層氣井中的油管；所述套管從地面煤井口豎直深到煤層，在套管內(nèi)豎直裝有一油管，所述油管口高于套管口，油管內(nèi)下端裝有超聲波增產(chǎn)及霧化裝置，密封住油管下□。
2.按照權(quán)利要求I所述的一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)抽采裝置，其特征在于，所述的超聲波增產(chǎn)及霧化裝置裝在油管內(nèi)下端，該裝置包括，超聲波霧化換能器和增產(chǎn)裝置超聲波換能器；超聲波霧化換能器下端連接著增產(chǎn)裝置超聲波換能器，并伸出油管管口 ；在油管內(nèi)還設(shè)有與套管內(nèi)腔相通的進水孔道，該孔道下端有過濾網(wǎng)，上端裝有電磁閥和霧化腔液位傳感器；該電磁閥上部連通位于油管內(nèi)上部的、與超聲波霧化裝置一起構(gòu)成的霧化腔； 在所屬套管下部液位部分，管壁上設(shè)有孔眼；在地面上套管外，還設(shè)有煤層氣出口。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)抽采裝置，其特征在于，在油管內(nèi)超聲波換能器內(nèi)裝有環(huán)形復(fù)合壓電組片；在該增產(chǎn)裝置超聲波換能器下端連接有錨定裝置。
專利摘要一種煤層氣井下超聲波增產(chǎn)抽采裝置，包括，從地面深到煤層的套管，在套管內(nèi)裝有油管，油管內(nèi)裝有超聲波換能器，在該換能器下端、連接有增產(chǎn)裝置超聲波換能器，在該增產(chǎn)裝置超聲波換能器下端連接有錨定裝置；在超聲波換能器內(nèi)設(shè)有環(huán)形壓電組片，還設(shè)有與套管內(nèi)腔相通的進水孔道，該孔道下端有過濾網(wǎng)，上端裝有電磁閥和霧化腔液位傳感器；該電磁閥上部連通霧化腔；在所述套管下部，管壁上有射孔孔眼；在地面上套管外，還有煤層氣出口；在地面上，還有與油管連接的真空泵，以及超聲波發(fā)生器；真空泵和超聲波發(fā)生器，由地面上的控制器控制。該裝置可完成煤層氣井下超聲波增產(chǎn)及霧化抽采工作、井下沒有機械運動、節(jié)能、增加煤層氣的解吸總量、降低成本、維護簡單。
文檔編號E21B43/00GK202370487SQ20112037696
公開日2012年8月8日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者龔大建 申請人:龔大建