煤層氣地面負壓抽采裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于煤層氣開發技術領域，涉及一種煤層氣抽采裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著常規油氣資源量的日益減少、煤礦瓦斯治理要求的提高及向大氣排放污染氣 體的限制，煤層氣作為清潔能源的勘探開發目前已經進入大規模生產階段。中國埋深淺于 2000m的煤層氣資源量超過36萬億立方米，居世界第三，這一豐富的能源資源如能得到完 全的利用，將會對我國國民經濟的持續發展做出巨大的貢獻。近年來，煤層氣開發呈現出欣 欣向榮的局面，中石油、中石化、中海油三大能源巨頭、地方煤炭企業、外資企業等單位均有 大規模開發，煤層氣地面抽采是按照國家的"先抽后采"的產業政策進行煤礦開采的。
[0003] 目前，煤層氣的開發有兩種方式，一種是井下開采，另一種是地面抽采。
[0004] 井下開采采用巷道作業，煤層氣的純度通常在10%以內，其中混有空氣，單位體積 熱值低、運輸成本高，無法實現規模化的利用，只能在當地就近使用或者直接稀釋排空，每 年國內排空的煤層氣達150億方，溫室效應遠高于二氧化碳，浪費了資源，污染了大氣；如 果煤層氣的濃度高又會對煤礦安全構成一定的影響，所以為保證采煤安全，需要大量往井 下送風，降低瓦斯濃度，確保安全生產，因此，井下開采的煤層氣純度低，不便運輸。
[0005] 只有當煤層氣濃度達到80%及以上時，采用低壓運輸管道、LNG或CNG槽車運輸等 才具有經濟性。高濃度瓦斯主要有兩種來源：一種是通過濃縮工藝將井下抽采的煤層氣濃 度提高，但低濃度瓦斯濃縮工藝則成本過高。目前低濃度瓦斯提純技術主要使用真空變壓 吸附法（VPSA)，即低濃度瓦斯在常壓下被吸附塔吸附后，再利用抽真空的方法降低CH4的 分壓使其解吸并匯集起來，處理原料為抽采泵排出的CH4含量在5 %~50 %之間的煤層氣， 通過兩級吸附可以實現甲烷濃度30 %~90 %之間自由調節，其中30 %以上的可以直接用 作民用燃氣、瓦斯發電、鍋爐燃燒等。濃度在90%以上的才可以通過LNG撬車、CNG裝罐或 者管道運輸實現商業化利用；另一是采用地面抽采的煤層氣，甲烷含量達95%以上。
[0006] 目前，地面抽采的主要方式是降液采氣，通過打井的方式鉆井，井的深度比煤層 深，通過在井底安裝抽水泵，降低井筒內水的壓力，從而使得煤層中的吸附的煤層氣解析并 在低壓下上升采出供應給用戶。但我國的煤層氣藏普遍是低壓、低滲煤層氣藏，目前這種地 面開采方式煤層壓力枯竭后，受煤層氣鎖和水鎖的影響，煤層中的天然氣（瓦斯）依然有 50%左右的殘余，為維持系統需要，依然要有0. 2 - 0. 5Mpa煤層壓力，否則，需要在煤礦開 采階段從井下進行抽采。
【發明內容】
[0007] 為解決現有地面抽采方式開采效率低的技術問題，本實用新型提供一種煤層氣地 面負壓抽采裝置。
[0008] 一種煤層氣地面負壓抽采裝置，包括用于降低井中液位的抽水泵，所述抽水泵的 進水口位于水面以下，所述抽水泵的排水口通過排水管道將水排至地面，
[0009] 其特殊之處在于：所述煤層氣地面負壓抽采裝置還包括設置于地面上的負壓泵， 所述負壓泵的進氣口朝向排水管道與井口形成的間隙，所述負壓泵的排氣口排出煤層氣。
[0010] 上述抽水泵的進水口位于煤層以下。
[0011] 上述抽水泵的進水口處還設置有篩管和沉砂管，所述沉砂管位于篩管以下。
[0012] 上述煤層氣地面負壓抽采裝置還包括洗井液入口，所述洗井液入口相對于負壓泵 位于井口的另一側且朝向排水管與井口形成的間隙。
[0013] 上述煤層氣地面負壓抽采裝置還包括氣液分離器，所述氣液分離器的入口與負壓 泵的排氣口連接，所述氣液分離器的出口排出煤層氣。
[0014] 上述煤層氣地面負壓抽采裝置還包括集水箱，所述集水箱的入口與氣液分離器的 出口連接，所述集水箱的出口與負壓泵的冷卻水入口連接。
[0015] 上述抽水泵為柱塞泵。
[0016] 上述負壓泵為水環真空泵。
[0017] 本實用新型與現有技術相比，優點是：
[0018] 1、本實用新型的煤層氣地面負壓抽采裝置，通過增加地面負壓泵對煤層施加負 壓，可以使吸附在煤層表面的瓦斯（煤層氣）解吸出來，抽到地面后以密閉方式（壓縮成 LNG、CNG)或者通過管道輸送到用戶。
[0019] 2、通過本實用新型的煤層氣地面負壓抽采裝置，增加了煤層氣的采收率，同時也 增加煤層氣的單產和總產。
[0020] 3、通過本實用新型的煤層氣地面負壓抽采裝置進行煤層氣開采，通過洗井管線加 清洗液，用抽水泵排出地面，清除煤粉變得十分容易和方便，洗井的費用大幅度的降低。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本實用新型地面以下管柱示意圖；
[0022] 圖2為本實用新型的優化裝置的原理圖；
[0023] 圖3為2012年5月至2015年2月的排采曲線圖；
[0024] 其中附圖標記為：1-抽水泵，2-負壓泵，3-煤層氣出口，4-集水箱，5-洗井液入 口，6-煤層，7-氣液分離器，8-煤層自燃裂隙，9-井底，10-篩管，11-沉砂管，12-抽油管， 13-油管，14-煤層水出口。
【具體實施方式】
[0025] 以下從本實用新型的原理出發并結合附圖對本實用新型做詳細說明。
[0026] 本實用新型煤層氣地面負壓抽采裝置的原理及應用效果分析：
[0027] 煤層氣作為一種吸附氣的成藏方式，寄生在煤的內表面，在常規地面開采過程中， 由于吸附的數量和地層能量不足，絕大部分煤層氣無法通過自身能量而解析出來。儲層傷 害的三種類型：煤粉堵塞、煤層氣鎖、水鎖、應力閉合，本實用新型通過對其機理及生產情況 進行研宄而采用了負壓抽采，負壓抽采技術是建立在以解除氣鎖、水鎖及煤粉堵塞基礎上 的一項技術，就像嬰兒吃奶和奶牛產奶一樣，如果給牛的乳頭增加一個負壓吸奶器，牛奶就 會很容易產出，該裝置就是利用這個原理，給煤層施加一個負壓，從而使吸附在煤層表面積 的甲烷瓦斯很容易的在地面抽采出來而形成具有工業價值的清潔能源，經過該裝置抽采的 煤層，將煤層瓦斯含量將到0.1 %以下，為煤礦提供了安全生產的保證。
[0028] 本實用新型煤層氣地面負壓抽采裝置包括包括用于降低井中液位的抽水泵1及 設置于地面上的負壓泵2,抽水泵的進水口位于水面以下，其出水口通過排水管道送至地 面，負壓泵的進氣口朝向排水管與井口形成的間隙，負壓泵2的排氣口排出煤層氣。
[0029] 圖1是本實用新型地面管柱示意圖，其中的抽水泵可借用油田上通常使用的利用 抽油桿12驅動的活塞式抽油泵或者螺桿泵，其排水管道也可借用油田上的油管13 ;當然， 本實用新型的抽水泵也可使用潛水泵；煤層氣出口 3接負壓泵。
[0030] 進一步的，為了防止抽水泵的進水口堵塞，本實用新型在抽水泵的進水口處還設 置有篩管10和沉砂管11，以便對大顆粒物質及砂子進行過濾除砂，將其沉于井底9,其中篩 管用于過濾水中的砂子，沉砂管用于洗完砂子沉淀。
[0031] 進一步的，本實用新型的沉砂管位于篩管以下。
[0032] 進一步的，本實用新型在地面上井口的一側還設置有洗井液入口 5,用于向井中放 入洗井液，消除堵塞。
[0033] 進一步的，為了消除所抽采的煤層氣中夾雜的大顆粒物質及水，本實用新型在負 壓泵的排氣口處設置氣液分離器以消除煤層氣中的大顆粒物質及水。
[0034] 再進一步的，本實用新型煤層氣地面負壓抽采裝置還包括集水箱，集水箱的入口 與氣液分離器的出口連接，集水箱的出口與負壓泵的冷卻水入口連接。集水箱、氣液分離 器、集水箱之間形成了一個水循環，即起到了分離水的作用，又起到了對負壓泵進行冷卻的 作用。
[0035] 另外，本實用新型的抽水泵可選擇柱塞泵，也可選擇螺桿泵；本實用新型的負壓泵 可選擇水環真空泵，也可選擇其他負壓真空裝置。
[0036] 圖3所示為2012年5月至2015年2月的排采曲線圖，通過這個曲線不難看出： 井底壓力越低，煤層氣的產量越高，在負壓抽采以前產量低于50立方米/日（該圖因比例 太大無法體現負壓值，實際負壓表指示值為-0. 〇97Mpa)，第一個峰值出現時的產量也是在 250立方米/日左右的水平。通過負壓抽采，日前的產量已經上升到630立方米/日左右， 增產幅度為40%，目前產量依然在上升的通道，當井底壓力接近于零的時候，產量可上升到 660立方米/日。而且井底壓力的降低對煤層的水的產出也有積極的貢獻，由負壓真空抽采 前的0.3立方米/日，增加到目前的0.63立方米/日，增加幅度為：4倍，這又是一個積極 信號，如果產水量能維持下去，增產的幅度按照規律要呈現幾何倍數的增加。
[0037] 表1為現場實際試驗數據
[0038]
【主權項】
1. 一種煤層氣地面負壓抽采裝置，包括用于降低井中液位的抽水泵，所述抽水泵的進 水口位于水面以下，所述抽水泵的排水口通過排水管道將水排至地面， 其特征在于：所述煤層氣地面負壓抽采裝置還包括設置于地面上的負壓泵，所述負壓 泵的進氣口朝向排水管道與井口形成的間隙，所述負壓泵的排氣口排出煤層氣。
2. 根據權利要求1所述的煤層氣地面負壓抽采裝置，其特征在于：所述抽水泵位于煤 層以下。
3. 根據權利要求2所述的煤層氣地面負壓抽采裝置，其特征在于：所述抽水泵的進水 口處還設置有篩管和沉砂管，所述沉砂管位于篩管以下。
4. 根據權利要求3所述的煤層氣地面負壓抽采裝置，其特征在于：所述煤層氣地面負 壓抽采裝置還包括洗井液入口，所述洗井液入口相對于負壓泵位于井口的另一側且朝向排 水管與井口形成的間隙。
5. 根據權利要求1或4之一所述的煤層氣地面負壓抽采裝置，其特征在于： 所述煤層氣地面負壓抽采裝置還包括氣液分離器，所述氣液分離器的入口與負壓泵的 排氣口連接，所述氣液分離器的出口排出煤層氣。
6. 根據權利要求5所述的煤層氣地面負壓抽采裝置，其特征在于：所述煤層氣地面負 壓抽采裝置還包括集水箱，所述集水箱的入口與氣液分離器的出口連接，所述集水箱的出 口與負壓泵的冷卻水入口連接。
7. 根據權利要求6所述的煤層氣地面負壓抽采裝置，其特征在于：所述抽水泵為柱塞 栗。
8. 根據權利要求7所述的煤層氣地面負壓抽采裝置，其特征在于：所述負壓泵為水環 真空泵。
【專利摘要】本實用新型煤層氣地面負壓抽采裝置包括用于降低井中液位的抽水泵及設置于地面上的負壓泵，抽水泵的進水口位于水面以下，其出水口通過排水管道送至地面，負壓泵的進氣口朝向排水管與井口形成的間隙，負壓泵的排氣口排出煤層氣。本實用新型的煤層氣地面負壓抽采裝置，通過增加地面負壓泵對煤層施加負壓，可以使吸附在煤層表面的瓦斯(煤層氣)解吸出來，抽到地面后以密閉方式(壓縮成LNG、CNG)或者通過管道輸送到用戶，增加了煤層氣的采收率，同時也增加煤層氣的單產和總產。
【IPC分類】E21B43-00, E21F7-00
【公開號】CN204436342
【申請號】CN201520076525
【發明人】劉銀太, 馮三利, 丁凱華, 龐洪森
【申請人】陜西龍門天地油氣技術有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年2月2日