专利名称：减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统的制作方法
技术领域：
本发明是一种减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统，属于对煤层气田机械采气装备进行节能改造和技术升级的领域。
背景技术：
在煤层气田煤气开采过程中，大量使用了油田采油机械，将采油机械直接用于采气工程，虽然起到了投资小、见效快的作用，但不适用性亦越来越明显了。这主要表现在油田是以采油为主要目的，地层损失的能量可以通过对地层注水不断得到补充；而煤层气田煤气的开采是以采气为主，采气过程中的伴生液是无法补充的，面对可采液体越来越少的情况，各种抽液泵的工作环境越来越恶劣，出现了泵需要大量检修的难题，同时，可采液量的减少直接影响到将煤灰从井内排出到地面。发明内容针对目前煤层气田煤气开采过程中存在的技术问题，本发明使用了一种减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统(简称排灰系统)，其功能基本满足煤气开采工艺的要求。本发明的排灰系统工作时，是通过排液泵的反转启动，将排出口的液体反排回进液口，建立了排液泵进出口之间的小负压差或正压差，减轻了启动载荷，使启动载荷与工作载荷趋于一致，减小了电动机的装机功率；针对采气过程中携带出的煤灰，本发明的排灰系统通过建立油水管与环套管之间的液体自循环体系，将煤灰带出地面。在控制液体自循环的同时检测和控制动液面，并通过控制地面沉淀翻斗的翻转次数，排出进入油水管与环套管之间自循环液体中多余的液体(这部分液体是地层中的水进入自循环液体中的)和煤灰，同时精确控制动液面，使之自适应采气工艺的要求。本发明的排灰系统主要由井下动液面自动控制装置、地面流量检测和煤灰沉淀排出自动控制装置、循环液体控制装置三部分组成。其中，动液面自动控制装置是由动液面检测传感器I、电动机及控制装置2、搅拌器3、无杆泵4、油水管5、环套管6 (指套管与油水管之间的环形空间)和电缆线7组成；地面流量检测和煤灰沉淀排出自动控制装置是由地面控制器(DMKZ) 8、出水管9、流量计10、 沉淀翻斗11、翻斗翻转电机12、凸轮振动器13和振动电机14组成；循环液体控制装置是由循环泵电机15、变量泵16和液位计17组成。为了提高本发明的排灰系统的效率，本发明的排灰系统选用无杆泵，同时将泵的驱动电动机功率减小60%以上，使之成为一个节能的排灰系统，电动机功率减小后会出现启动扭矩不够的现象，为了解决这个问题，本发明的排灰系统采用了先反转后正转的工作方式，充分利用负载液面远高于进口液面的条件，使负载液面对无杆泵4的反转启动做功， 通过反排液，减小了电动机的反转启动功率；同时，利用反排液搅动进液口的煤灰，改善了无杆泵4的工作条件。只有当进液口的液面高于排液口的液面时，才正式启动无杆泵4工作，通过正液位的压差，减小了电动机的启动功率。合理的动液面是提高采气量的关键，通过检测动液面并与预先设置的液面值进行比较调整无杆泵4的排液量，使实际动液面满足采气生产工艺的要求。为了保证采气过程的连续性，将煤灰带到地面是必不可少的工作，为此，本发明的排灰系统采用了排灰液体的小循环方案实现排灰功能，油管与环套管之间的液体自循环的路线是液体从无杆泵4的吸入口(环套管6)吸入，从排出口进入油水管5， 油水管5通到地面后先接一个流量计10，流量计10的出口与出水管9相连，自然流进沉淀翻斗11，进入沉淀翻斗11的含灰液体经沉淀后再由变量泵16打回环套管6，完成了一周的
3自循环。沉淀翻斗11的翻转靠地面控制器(DMKZ)S控制，其翻转的次数是由流量计10来决定的，当地层的水进入自循环体系后，会引起动液面增高，为了保持动液面，无杆泵4需加速运行增大流量，这个增大的流量被流量计10获取并输入地面控制器(DMKZ)8，由地面控制器(DMKZ)S计算后发出翻斗翻转的指令，增大的流量越大沉淀翻斗11翻转的次数就越多。因此，沉淀翻斗11翻转有两个作用其一是将煤灰排出循环，其二是排出自循环多余的液体。下面结合说明书附图和实施实例对本发明做进一步说明。
说明书附图是本发明的减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统的结构原理及工作示意图。其中，动液面检测传感器I安装在最下部，然后向上依次为电动机及控制装置2、搅拌器3和无杆泵4安装在地面以下的井中；其上的油水管5、环套管
6(指套管与油水管之间的环形空间)和电缆线7构成了地面与井下的液体和电力及通讯的通道；地面控制器(DMKZ)8、出水管9、流量计10、沉淀翻斗11、翻斗翻转电机12、凸轮振动器13、振动电机14、循环泵电机15、变量泵16和液位计17安装在地面上。
具体实施方式
本发明的减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统与目前在用的抽油机相比有三个特点其一是有一个排灰的液体自循环小系统，具备携带并排除井下煤灰的功能；其二是设置了一套精确控制动液面的自适应系统，可精确控制动液面，确保采气的合理性；第三个特点是通过控制泵的正反转排液，为排灰系统创造一个轻载启动的工作环境。下面结合实施例，对三个特点作进一步的说明。 无杆泵4启动载荷特性的简单说明无杆泵4启动时主要有两种载荷，一种是泵的排出口背压所产生的载荷，是泵的主要载荷；另一个是泵转子的惯性和摩擦载荷。其中泵转子的惯性和摩擦载荷是固有的，但是泵的排出口背压所产生的载荷是可以转换和加以利用的。具体的方法是每次启动时，都使泵的进液口相对于排液口有一个正压差，利用这个正压差对泵做功，减小泵的启动扭矩。即每次启动前都检测油管与环套间的压力差，根据压力差的方向，确定泵的运转方向，由于本系统工作时，均是油水管液位高于环套的液位，因此， 每次启动时都是先反转，待到环套的液位高于油水管液位时，再转入正转运行。说明书附图中的动液面检测传感器I、电动机及控制装置2和无杆泵4安装在井下，根据上述的方法使无杆泵4进入正常运行后，携带煤灰的液体由环套管6经无杆泵4加压后排入油水管5，油水管5通到地面后先接一个流量计10，然后与出水管9相连，最后流进沉淀翻斗11，进入沉淀翻斗11的含灰液体经沉淀后再由变量泵16打回环套管6，一个完整的循环便结束了。在这个排灰循环过程中，有一个干扰因素会破坏自循环的稳定，那就是地层流入井内的液体，本发明的排灰系统对此有专门措施，通过检测动液面，调整电动机的运转速度，实现保持动液面的目标。对于无杆泵4增速多排出的液体可通过检测流量计10的输出脉冲数来获取，并作为确定沉淀翻斗11翻转的次数的依据，以便将地层流入井内的多余液体排出自循环排灰系统。因此，本发明的排灰系统有两个自适应功能，一个是动液面自适应功能；另一个是自适应地排除地层进入循环排灰系统多余液体的功能。
权利要求
1.一种减载启动的自循环米气排灰自适应控制系统(简称排灰系统)，其特征在于 通过排液泵的反转启动，将排出口的液体反排回进液口，建立了排液泵进出口之间的小负压差或正压差，减轻了启动载荷，使启动载荷与工作载荷趋于一致，减小了电动机的装机功率；针对采气过程中携带出的煤灰，本发明的排灰系统通过建立油水管与环套管之间的液体自循环体系，将煤灰带出地面；在控制液体自循环的同时检测和控制动液面，并通过控制地面沉淀翻斗的翻转次数，排出进入油水管与环套管之间自循环液体中多余的液体(这部分液体是地层中的水进入自循环液体中的)和煤灰，同时精确控制动液面，使之自适应采气工艺的要求。本发明的排灰系统主要由井下动液面自动控制装置、地面流量检测和煤灰沉淀排出自动控制装置、循环液体控制装置三部分组成。
2.根据权利要求I所述减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统，其特征在于动液面自动控制装置是由动液面检测传感器I、电动机及控制装置2、搅拌器3、无杆泵4、油水管5、环套管6 (指套管与油水管之间的环形空间)和电缆线7组成。
3.根据权利要求I所述减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统，其特征在于地面流量检测和煤灰沉淀排出自动控制装置是由地面控制器(DMKZ)8、出水管9、流量计10、 沉淀翻斗11、翻斗翻转电机12、凸轮振动器13和振动电机14组成。
4.根据权利要求I所述减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统，其特征在于循环液体控制装置是由循环泵电机15、变量泵16和液位计17组成。
5.根据权利要求I所述减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统，其特征在于排灰系统采用了先反转后正转的减载启动工作方式，通过反排液，减小了电动机的启动功率; 同时，利用反排液搅动进液口的煤灰，改善了无杆泵4的工作条件。
6.根据权利要求I所述减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统，其特征在于油管与环套管之间的液体自循环的路线是液体从无杆泵4的吸入口(环套管6)吸入，从排出口进入油水管5，油水管5通到地面后先接一个流量计10，流量计10的出口与出水管9 相连，自然流进沉淀翻斗11，进入沉淀翻斗11的含灰液体经沉淀后再由变量泵16打回环套管6。
7.根据权利要求I所述减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统，其特征在于沉淀翻斗11的翻转靠地面控制器(DMKZ) 8控制，其翻转的次数是由流量计10来决定的，当地层的水进入自循环体系后，会引起动液面增高，为了保持动液面，无杆泵4需加速运行增大流量，这个增大的流量被流量计10获取并输入地面控制器(DMKZ) 8，由地面控制器(DMKZ) 8 计算后发出翻斗翻转的指令，增大的流量越大沉淀翻斗11翻转的次数就越多。
全文摘要
本发明公开了一种减载启动的自循环采气排灰自适应控制系统。通过排液泵的反转启动，将排出口的液体反排回进液口，建立排液泵进出口之间的小负压差或正压差，减轻了启动载荷；针对采气过程中携带出的煤灰，本发明的排灰系统通过建立油水管与环套管之间的液体自循环体系，将煤灰带出地面；并通过控制地面沉淀翻斗的翻转次数，排出进入油水管与环套管之间自循环液体中多余的液体和煤灰，同时精确控制动液面，使之自适应采气工艺的要求。
文档编号E21B21/00GK102606095SQ201210083049
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者许楠 申请人:昆山中慈工控科技开发有限公司