注剂与强排的复合排液设备和方法与流程

1.本发明涉及石油天然气开采技术领域，具体涉及一种注剂与强排的复合排液设备和方法，尤其是适用于低气压井的注剂与强排的复合排液设备和方法。


背景技术：

2.天然气井开采进入中后期，井底积液严重影响气井生产甚至水淹停产，泡沫排液采气工艺是排除气井积液、维持气井稳产的主导工艺，在各类排液采气工艺中应用最为广泛。
3.近年来，低压(一般指不大于5mpa)气井泡沫排液采气加注工艺正在向自动化、智能化方向发展，如中国专利cn202560193u、cn203347764u、cn203097856u等所公开的。
4.上述的注剂方法虽然向自动化发展，一定程度上提高了生产效率。但是，现有注剂方法仍然存在不少的问题。比如，对于井口油压基本和输气压力持平的低压气井，地层能量不足，目前注入起泡剂后需要关井复压再人工强排，才能带出井内液体。这种方式不仅浪费人力财力，而且耽误生产时间。再例如，人工强排通过分离器后针阀调节放喷流量，将天然气和产出液混合物直接排放到大气中，存在安全风险，还会造成环境污染。还有，虽然实现了自动化注剂，但注剂的开始时间、结束时间、放喷持续时间等工艺参数均依靠经验，操作和控制不方便。


技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种注剂与强排的复合排液设备和方法。该注剂与强排的复合排液设备和方法能实现自动注剂、自动放喷排液等操作，同时，采用该方法可以降低环境和安全风险、提高注剂的效率。
6.根据本发明的一方面，提出了一种注剂与强排的复合排液设备，包括：
7.控制系统，
8.能与油套环空选择性连通的注剂管线，注剂管线能受控制系统的控制以确定注剂的时间以及注剂的量，
9.能与油管选择性连通的输气管线，输气管线受控制系统的控制以打开或者关闭，
10.能与油管选择性连通的泄压管线，泄压管线在控制系统的控制下能打开或者关闭，并且泄压管线上设置有燃烧器以使得可燃物经过燃烧后排放。
11.在一个实施例中，从井口到外方向上，注剂管线上依次设置有套管压力传感器、注剂电动阀、注剂流量计和注剂装置，其中，控制系统能接受来自套管压力传感器的数据，控制系统能控制注剂电动阀打开或关闭，控制系统能监控注剂流量计的信号以在达到注剂量后控制注剂电动阀关闭。
12.在一个实施例中，在注剂管线上的套管压力传感器与注剂电动阀之间设置有监测支线，在从井口到外方向上，监测支线具有监测电动阀和监测装置，其中，控制系统能控制监测电动阀打开或关闭，控制系统能接受来自监测装置的油套环空的液位数据。
13.在一个实施例中，从井口到外方向上，泄压管线上依次设置有放喷电动阀、放喷流量计和燃烧器，在燃烧器的下端连通式设置储液罐，在储液罐的内腔中设置有液位传感器，
14.其中，控制系统能控制放喷电动阀的打开和关闭，控制系统能接受放喷流量计的数据，控制系统能控制燃烧器的打开和关闭，控制系统能接受来自液位传感器的数据。
15.在一个实施例中，在燃烧器与放喷电动阀之间设置有温度传感器，控制系统根据接受温度传感器的数据以调节放喷电动阀的开度，
16.和/或还包括用于测量油管内压力的油管压力传感器，油管压力传感器与控制系统连接以将数据传送到控制系统。
17.根据本发明的另一方面，提供一种根据上述的设备进行注剂与强排的复合排液方法，包括：
18.步骤一，控制系统计算井筒的总积液量并与阈值进行比较，
19.步骤二，当井筒的总积液量不低于阈值时，控制系统控制注剂管线向油套环空内进行注剂操作，
20.步骤三，注剂完成后控制系统关闭输气管线，接着进行放喷操作，在放喷过程中，可燃物需要燃烧处理后排放，
21.步骤四，放喷结束后，控制系统打开输气管线进行生产，
22.步骤五，重复步骤一到步骤四。
23.在一个实施例中，在步骤一中，井筒的总积液量为油套环空的积液量、油管内的积液量和油管鞋以下的积液量的和，其中，
24.通过监测支线监测油套环空的液面深度并通过公式(1)计算环空的积液量：
[0025][0026]
式中，q1：环空的积液量，单位m3；d1：套管内径，单位m；d2：油管外径，单位m；h：油管下深，单位m；h1：环空液面深度，单位m，
[0027]
通过套管压力传感器所测得的套管压力值计算套管管鞋处压力p
wf
，迭代计算得出从油管鞋向上的液柱压力分布曲线a，同时，通过迭代计算得出从井口向下的油管内压力分布曲线b，将曲线a和曲线b的交点所对应的深度设定为油管内实际积液深度h2，并通过公式(2)计算油管内的积液量：
[0028][0029]
式中，q2：油管内的积液量，单位：m3；d2：油管内径，单位：m；h：油管下深，单位：m；h2：通过曲线交点所确定的油管实际液面深度，单位：m。
[0030]
在一个实施例中，在步骤二中，通过控制系统控制注剂管线向油套环空内注剂，其中，注剂量为：
[0031]
qz＝c*(qw+q)/w，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0032]
其中，qz：起泡剂用量，单位：m3；c：实验评价的推荐浓度，常取值1～2，单位：kg/m3；qw：气井日产水量，单位：m3；q：井筒内的总积液量，单位：m3；w：起泡剂与水加注比，无单位。
[0033]
在一个实施例中，在步骤三中，在关闭输气管线后，控制系统使得放喷电动阀全开，并接受温度传感器的温度数据，若温度传感器所测量的输气管线的温度小于水合物生
产温度，则调节放喷电动阀的开度。
[0034]
在一个实施例中，在步骤三中，燃烧器的点火口处设置有可燃气体检测仪以在检测到气体浓度达到燃烧浓度进行点火，
[0035]
或/和，在步骤三中，通过火焰检测器监测是否点火成功，若成功后停止点火。
[0036]
与现有技术相比，本发明的优点在于，本发明提出了一种气井自动注剂并自动放喷排液的复合方法，实现了低压低产气井自动注剂和自动强排的精准控制，通过燃烧后强排到外界，消除了环境污染，降低了安全风险，提高了自动泵注系统的效率和可靠性。
附图说明
[0037]
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
[0038]
图1所示为本发明的注剂与强排的复合排液设备；
[0039]
图2所示为本发明的自动注剂的步骤的流程图；
[0040]
图3所示为本发明的气井自动注剂、自动强排、自动点火一体化的步骤流程图。
[0041]
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
[0042]
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
[0043]
图1显示了根据本发明的注剂与强排的复合排液设备。如图1所示，该注剂与强排的复合排液设备包括控制系统20、注剂管线、输气管线和泄压管线。其中，注剂管线能与油套环空选择性连通，用于在控制系统20的控制以确定注剂的时间以及注剂的量。输气管线与油管选择性连通，并受控制系统20的控制以打开或者关闭，用于向外界输送气体。泄压管线能与油管选择性连通，并在控制系统20的控制下能打开或者关闭，用以进行强排操作。另外，泄压管线上设置有燃烧器11以使得可燃物经过燃烧后排放。
[0044]
具体地，在注剂管线上，从井口到外方向上，依次设置有套管压力传感器1、注剂电动阀4、注剂流量计5和注剂装置6。其中，套管压力传感器1主要用于感知套管内的压力，并将数据传送给控制系统20。注剂电动阀4在需要时，被控制系统20打开以开始注剂操作，并在注剂完成后被关闭，以结束注剂操作。注剂流量计5用于监测注剂的量，并将监测结果实时发送到控制系统20，以便于控制系统20监测注剂的量到达规定值后，及时发出控制指令以关闭注剂电动阀4。注剂装置6用于进行注试剂操作。
[0045]
在注剂管线上的套管压力传感器1与注剂电动阀4之间设置有监测支线。在从井口到外方向上，监测支线具有监测电动阀2和监测装置3。也就是说，监测支线与注剂电动阀4、注剂流量计5和注剂装置6并联式设置。在注剂前，控制系统20能控制监测电动阀2打开，利用监测装置3自动测试一次油套环空液位数据，并将该液位数据发送到控制系统20，以用于计算油套环空的积液量。例如监测装置3可以为回声仪。
[0046]
从井口到外方向上，泄压管线上依次设置有放喷电动阀8、放喷流量计9、温度传感器10和燃烧器11。在燃烧器11的下端连通式设置储液罐15。在储液罐15的内腔中设置有液位传感器16。在注剂结束且关闭输气电动阀18后，控制系统20打开放喷电动阀8，开始进行放喷操作。其中，温度传感器10感知泄压管线的温度，并将数据传输至控制系统20。若放喷管线温度小于水合物生成温度，则控制系统20不断调节放喷电动阀8的开度，直至放喷管线
不结冰为止，用于保证安全。在燃烧器11的出气口端设置可燃气体检测仪12。该气体检测仪12用于检测气体浓度，并将信号发送到控制系统20。当气体浓度达到预设的天然气燃烧浓度时，控制系统20控制高能点火器14在点火窗13处点火。火焰探测器17检测到火焰后，将信号发送控制系统20，控制系统20控制高能点火器14停止点火。
[0047]
例如，高能点火器器14包括高能发生器、点火电缆、两相电极、放电圆盘。点火电缆选用耐高温耐高压电缆，由耐高温高压点火电缆、耐高温高压硅离子点火软管和不锈钢防火软管组成。高能发生器包括交流一次变压器、交流二次调理电路和高压线路保护电路。
[0048]
输气管线上设置有输气电动阀18。该输气电动阀18与控制系统20连接，以在控制系统20控制下打开或者关闭。
[0049]
在油管上部考克压力表19左侧设置油管压力传感器7，用于监测油管内的压力，并将该所得压力值发送到控制系统20。在设备中的不同管线还设置有一个或多个阀21，以用于控制相应的管线的打开或者关闭。并容易理解地，输气电动阀18为普通常开型，监测电动阀2、注剂电动阀4为普通常闭型，放喷电动阀8为可调开度的常闭型。
[0050]
下面根据图1-3详细描述进行注剂与强排的复合排液方法。
[0051]
每次注剂前，通过控制系统20控制，以打开监测电动阀2。利用监测装置3自动测试一次环空液位数据，并将该数据发送到控制系统20。在测试完后，控制系统20关闭监测电动阀2。根据油管下入深度h，套管内径d1、油管外径d2、监测装置3测得的环空液面深度h1，控制系统20按照式(1)计算油套环空积液量q1。
[0052]
其中：
[0053]
q1：环空积液量，单位：m3；d1：套管内径，单位：m；d2：油管外径，单位：m；h：油管下深，单位：m；h1：回声仪测得的环空液面深度，单位：m。
[0054]
根据套管压力传感器1所测得的套管压力值，通过环空静气柱压力模型计算出套管管鞋处压力p
wf
。油管管鞋处压力等于套管管鞋处压力。从油管管鞋处(h，p
wf
)出发，向上取一微元段长度为δh，并假设该段对应的压降为δp1，计算该段的平均压力、平均温度以及其对应的压缩因子、密度等气液两相流参数，迭代计算得出从油管鞋向上的液柱压力分布曲线a。
[0055]
将油管从井口到管鞋处划分成一定的段数，取其中一个微元段长度为δh，假设该段对应的压降为δp2，计算该段的平均压力、平均温度以及其对应的压缩因子、密度等气液两相流参数，迭代计算得出从井口向下的油管内压力分布曲线b。曲线a和曲线b的交点所对应的深度即为油管内实际积液深度h2。
[0056]
根据计算得到的油管积液深度h2得到油管内积液量q2。
[0057]
其中：q2：油管积液量，单位：m3；d2：油管内径，单位：m；h：油管下深，单位：m；h2：上述计算得到的油管实际液面深度，单位：m。
[0058]
再通过公式(3)计算油管鞋以下的积液量q3。
[0059]
其中：q3：油管积液量，单位：m3；d1：套管内径，单位：m；h：油管下深，单位：m；h
′
：人工井底，单位：m。
[0060]
由此，可以计算井筒内总积液量q的公式为：q＝q1+q2+q3，其中：q1：套管内积液量，单位：m3；q2：油管内积液量，单位：m3；q3：油管鞋以下的积液量，单位：m3。
[0061]
根据井筒积液量q达到预先设定的启动阈值q0时，控制系统20发出指令，打开注剂电动阀4，开始向套管自动注剂。
[0062]
控制系统20接受注剂流量计5的实时数据，当实际单次注剂流量达到计算单次注剂量qz时，关闭注剂电动阀4。其中，通过qz＝c*(qw+q)/w计算单次注剂量qz。上式中，qz：起泡剂用量，单位：m3；c：实验评价的推荐浓度，常取值1～2，单位：kg/m3；qw：气井日产水量，单位：m3；q：井筒内总的积液量，单位：m3；w：起泡剂与水加注比，无单位。
[0063]
注剂完成后，通过控制系统20自动关闭输气电动阀18。控制系统20控制打开放喷电动阀8。放喷电动阀8初始为全开，开始放喷。将温度传感器10的数据传输至控制系统20，若放喷管线温度小于水合物生成温度，则控制系统20控制以不断调小放喷电动阀8开度，直至管线不结冰为止。
[0064]
当可燃气体检测仪12检测到的气体浓度达到天然气燃烧浓度时，可通过控制系统20遥控点火装置启动高能点火器14点火。待火焰探测器17检测到火焰后，控制系统20控制高能点火器14停止点火。
[0065]
自动放喷过程中，液位传感器16记录储液罐15中实时液位l、放喷时间t，及时将数据传输至控制系统20。控制系统20按照计算实时放喷排量qf。公式中，qf：瞬时放喷排量，单位：m3/h；a：储液罐的横截面积，单位：m2；l2：放喷停止时间t2对应的储液罐中液位，单位：m；l1：放喷瞬时时间t1对应的储液罐中液位，单位：m；t2：放喷停止时间，单位：s；t1：放喷瞬时时间，单位：s。
[0066]
步骤九：
[0067]
当计算的实时放喷排量数据qf≤0.01m3/h时，控制系统20控制以关闭放喷电动阀8，停止放喷作业。然后打开输气电动阀18，恢复气井生产。
[0068]
本次自动注剂、自动强排、自动点火一体化施工完毕。根据注剂周期进行下一轮施工。
[0069]
本技术，根据井筒积液量确定自动注剂启动阈值、注剂流量，监测以及计算简便，针对性高，效率高。可以对储液罐15液体进行实时监测，通过计算放喷液体流量来控制放喷时间。通过温度实时监测、电动球阀开度控制实现放喷管线不结冰，减少管线堵塞风险。通过远程控制系统20以及高能点火器等实现气体实时检测、自动放喷点火，减少安全风险和环境污染。在操作中无需关井，实现了低压气井的自动注剂、自动强排、自动点火一体化，提高了低压井气井泡沫排液工艺效果，保证了气井的稳定生产。
[0070]
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：
1.一种注剂与强排的复合排液设备，其特征在于，包括：控制系统，能与油套环空选择性连通的注剂管线，所述注剂管线能受所述控制系统的控制以确定注剂的时间以及注剂的量，能与油管选择性连通的输气管线，所述输气管线受所述控制系统的控制以打开或者关闭，能与油管选择性连通的泄压管线，所述泄压管线在所述控制系统的控制下能打开或者关闭，并且所述泄压管线上设置有燃烧器以使得可燃物经过燃烧后排放。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，从井口到外方向上，所述注剂管线上依次设置有套管压力传感器、注剂电动阀、注剂流量计和注剂装置，其中，所述控制系统能接受来自所述套管压力传感器的数据，所述控制系统能控制所述注剂电动阀打开或关闭，所述控制系统能监控所述注剂流量计的信号以在达到注剂量后控制所述注剂电动阀关闭。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，在所述注剂管线上的所述套管压力传感器与所述注剂电动阀之间设置有监测支线，在从井口到外方向上，所述监测支线具有监测电动阀和监测装置，其中，所述控制系统能控制所述监测电动阀打开或关闭，所述控制系统能接受来自所述监测装置的油套环空的液位数据。4.根据权利要求1到3中任一项所述的设备，其特征在于，从井口到外方向上，所述泄压管线上依次设置有放喷电动阀、放喷流量计和燃烧器，在所述燃烧器的下端连通式设置储液罐，在所述储液罐的内腔中设置有液位传感器，其中，所述控制系统能控制所述放喷电动阀的打开和关闭，所述控制系统能接受所述放喷流量计的数据，所述控制系统能控制燃烧器的打开和关闭，所述控制系统能接受来自所述液位传感器的数据。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，在所述燃烧器与所述放喷电动阀之间设置有温度传感器，所述控制系统根据接受所述温度传感器的数据以调节所述放喷电动阀的开度，和/或还包括用于测量油管内压力的油管压力传感器，所述油管压力传感器与所述控制系统连接以将数据传送到所述控制系统。6.一种根据权利要求1到5中任一项所述的设备进行注剂与强排的复合排液方法，其特征在于，包括：步骤一，所述控制系统计算井筒的总积液量并与阈值进行比较，步骤二，当井筒的总积液量不低于阈值时，所述控制系统控制注剂管线向油套环空内进行注剂操作，步骤三，注剂完成后所述控制系统关闭所述输气管线，接着进行放喷操作，在放喷过程中，可燃物燃烧处理后排放，步骤四，放喷结束后，所述控制系统打开输气管线进行生产，步骤五，重复步骤一到步骤四。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤一中，井筒的总积液量为油套环空的积液量、油管内的积液量和油管鞋以下的积液量的和，其中，通过监测支线监测油套环空的液面深度并通过公式(1)计算环空的积液量：
式中，q1：环空的积液量，单位m3；d1：套管内径，单位m；d2：油管外径，单位m；h：油管下深，单位m；h1：环空液面深度，单位m，通过套管压力传感器所测得的套管压力值计算套管管鞋处压力p
wf
，迭代计算得出从油管鞋向上的液柱压力分布曲线a，同时，通过迭代计算得出从井口向下的油管内压力分布曲线b，将曲线a和曲线b的交点所对应的深度设定为油管内实际积液深度h2，并通过公式(2)计算油管内的积液量：式中，q2：油管内的积液量，单位：m3；d2：油管内径，单位：m；h：油管下深，单位：m；h2：通过曲线交点所确定的油管实际液面深度，单位：m。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤二中，通过控制系统控制注剂管线向油套环空内注剂，其中，注剂量为：q
z
＝c*(q
w
+q)/w，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，q
z
：起泡剂用量，单位：m3；c：实验评价的推荐浓度，常取值1～2，单位：kg/m3；q
w
：气井日产水量，单位：m3；q：井筒内的总积液量，单位：m3；w：起泡剂与水加注比，无单位。9.根据权利要求6到8中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤三中，在关闭所述输气管线后，所述控制系统使得放喷电动阀全开，并接受温度传感器的温度数据，若所述温度传感器所测量的所述输气管线的温度小于水合物生产温度，则调节所述放喷电动阀的开度。10.根据权利要求6到9中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤三中，所述燃烧器的点火口处设置有可燃气体检测仪以在检测到气体浓度达到燃烧浓度进行点火，或/和，在步骤三中，通过火焰检测器监测是否点火成功，若成功后停止点火。

技术总结
本发明提出了一种注剂与强排的复合排液设备和方法。该注剂与强排的复合排液设备包括控制系统；能与油套环空选择性连通的注剂管线，所述注剂管线能受所述控制系统的控制以确定注剂的时间以及注剂的量；能与油管选择性连通的输气管线，所述输气管线受所述控制系统的控制以打开或者关闭；能与油管选择性连通的泄压管线，所述泄压管线在所述控制系统的控制下能打开或者关闭，并且所述泄压管线上设置有燃烧器以使得可燃物经过燃烧后放入大气中。烧器以使得可燃物经过燃烧后放入大气中。烧器以使得可燃物经过燃烧后放入大气中。


技术研发人员：黄万书 雷炜 姚麟昱 刘通 袁剑 倪杰 朱江 陈映奇 李莉
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司西南油气分公司
技术研发日：2020.11.06
技术公布日：2022/5/25