一种气液分离装置、气井及气井生产方法与流程

本申请涉及天然气开采技术领域，尤其涉及一种气液分离装置、气井及气井生产方法。

背景技术：

为了增加天然气井的产量和寿命，在天然气井生产过程中需要排出天然气井底部的积液。目前部分天然气井采用柱塞举升排液。通过柱塞在天然气井内的上下往复运动，将天然气井底部的积液排出至井外。天然气井的井口通过生产管线连接至集气站。天然气和液体的混合物通过生产管线到达集气站，然后在集气站进行汽液分离。

然而，本申请发明人发现，采用柱塞举升排液技术，存在以下两个问题：

1.上行中的柱塞有较大概率在井口管路附近上下往复窜动，无法直接进入井口管路。这大大影响了天然气井的正常效率。

2.在气温较低的环境下，生产管线极易发生冻堵。

技术实现要素：

本申请的实施例提供一种气液分离装置，其能够改善柱塞无法直接进入进口管路的问题，且能够改善生产管线在低温环境下容易发生冻堵的问题。

本申请的实施例还提供一种具有上述气液分离装置的气井。

本申请的实施例还提供一种基于上述气井实现的气井生产方法。

为了达到上述的目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

一种气液分离装置，包括：储液罐，储液罐上设置有流体进口、排气口和排液口；流体输送管，流体输送管与流体进口连接；气体输送管，气体输送管与排气口连接；液体输送管，液体输送管的一端与排液口连接，液体输送管的另一端旁接于气体输送管；以及控制阀，控制阀设置在气体输送管上；其中，控制阀位于排气口和液体输送管之间。

本申请的发明人经过研究发现，上行中的柱塞无法直接进入井口管路的原因在于：生产管线的直径远小于天然气井的井口管路和井下管路的直径，这使得液体在柱塞举升作用下进入生产管线后会产生较大的背压，较大的背压导致柱塞难以上行进入井口管路，从而影响天然气井的正常生产。

本申请的发明人经过研究还发现，生产管线容易发生冻堵的原因在于，柱塞举升排液的过程中，液体通过少量多次的形式进入生产管线。即在柱塞举升排液的过程中，液体分多次间断的进入生产管线，且每次进入生产管线的液体的量不大。另外，由于柱塞未进入井口管路，气井油压低，液体段在生产管线中的运动速度也较低。上述情况导致液体段在到达集气站前就发生结冰现象。生产管线内的多处冻堵将导致气井无法正常生产。

本申请的实施例提供的气液分离装置，在使用时，流体输送管与井口管路的生产口连接，气体输送管与延伸至集气站的生产管线连接。在柱塞上行时，控制阀打开。从井口管路的生产口喷出的流体通过流体输送管进入储液罐。流体在储液罐内完成气液分离，气体通过气体输送管进入生产管线，然后通过生产管线输送至集气站。液体则被存积在储液罐内。这样一来，在柱塞上行的过程中，液体不进入生产管线，从而避免了柱塞上行时液体在生产管线内产生较大背压的问题，使得柱塞能够顺利进入气井的井口管路。在柱塞进入气井的进口管路后，柱塞下方聚集的高压气体能够直接从井口管路的生产口喷出，油压骤升。此时，关闭控制阀。高压气体进入储液罐后将储液罐内的液体压入气体输送管，并推动液体沿气体输送管和生产管线快速运动至集气站。在高压气体的推动下，储液罐内存积的液体能够一次性快速通过生产管线，避免了液体在生产管线内结冰的情况发生。

进一步的，流体进口和排气口高于排液口；液体输送管和气体输送管的连接处高于排液口。

进一步的，流体进口和排气口均开设在储液罐的顶部。

进一步的，排液口开设在储液罐的底部。

进一步的，储液罐上设置有保温装置或/和加热装置。

一种气井，包括：井口管路；井下管路，井下管路与井口管路连接；柱塞，柱塞被构造为在井口管路和井下管路内运动；以及上述任意一种气液分离装置；其中，流体输送管与井口管路的生产口连接。

本申请实施例提供的气井，在柱塞上行时，控制阀打开。从井口管路的生产口喷出的流体通过流体输送管进入储液罐。流体在储液罐内完成气液分离，气体通过气体输送管进入生产管线，然后通过生产管线输送至集气站。液体则被存积在储液罐内。这样一来，在柱塞上行的过程中，液体不进入生产管线，从而避免了柱塞上行时液体在生产管线内产生较大背压的问题，使得柱塞能够顺利进入气井的井口管路。在柱塞进入气井的进口管路后，柱塞下方聚集的高压气体能够直接从井口管路的生产口喷出，油压骤升。此时，关闭控制阀。高压气体进入储液罐后将储液罐内的液体压入气体输送管，并推动液体沿气体输送管和生产管线快速运动至集气站。在高压气体的推动下，储液罐内存积的液体能够一次性快速通过生产管线，避免了液体在生产管线内结冰的情况发生。

一种气井生产方法，该方法基于上述的气井实现，该方法包括以下步骤：在柱塞上行的过程中，打开控制阀；在柱塞到达井口管路后，关闭控制阀。

本申请实施例提供的气井生产方法，在柱塞上行的过程中，打开控制阀，从井口管路的生产口喷出的流体通过流体输送管进入储液罐。流体在储液罐内完成气液分离，气体通过气体输送管进入生产管线，然后通过生产管线输送至集气站。液体则被存积在储液罐内。这样一来，在柱塞上行的过程中，液体不进入生产管线，从而避免了柱塞上行时液体在生产管线内产生较大背压的问题，使得柱塞能够顺利进入气井的井口管路。在柱塞进入气井的进口管路后，柱塞下方聚集的高压气体能够直接从井口管路的生产口喷出，油压骤升。此时，关闭控制阀。高压气体进入储液罐后将储液罐内的液体压入气体输送管，并推动液体沿气体输送管和生产管线快速运动至集气站。在高压气体的推动下，储液罐内存积的液体能够一次性快速通过生产管线，避免了液体在生产管线内结冰的情况发生。

进一步的，在柱塞下行前，打开控制阀。

进一步的，该方法还包括：在关闭控制阀，并经过第一预设时间后，打开控制阀。

进一步的，该方法还包括：监测气井的井口油压；在关闭控制阀后，当井口油压低于第一预设值时，打开控制阀。

进一步的，该方法还包括：监测气井的回压；通过以下公式计算第一预设值：e1＝pr*k；其中，e1表示第一预设值，pr表示回压，k表示计算系数。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施方式，不应被看作是对本申请范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。

图1为本申请实施例提供的气井的结构示意图。

图中：010-气井；100-气液分离装置；110-储液罐；111-流体进口；112-排气口；113-排液口；120-流体输送管；130-气体输送管；140-液体输送管；150-控制阀；200-井口管路；210-第一生产口；220-第二生产口；300-井下管路；310-油管；320-套管；330-卡定器；400-柱塞。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的部分实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请的描述中，“气井”为天然气井，其可以是用于采集常规天然气的天然气井，也可以是用于采集非常规天然气(页岩气、煤层气等)的天然气井。

本申请的发明人经过研究发现，上行中的柱塞无法直接进入井口管路的原因在于：生产管线的直径远小于天然气井的井口管路和井下管路的直径，这使得液体在柱塞举升作用下进入生产管线后会产生较大的背压，较大的背压导致柱塞难以上行进入井口管路，从而影响天然气井的正常生产。

本申请的发明人经过研究还发现，生产管线容易发生冻堵的原因在于，柱塞举升排液的过程中，液体通过少量多次的形式进入生产管线。即在柱塞举升排液的过程中，液体分多次间断的进入生产管线，且每次进入生产管线的液体的量不大。另外，由于柱塞未进入井口管路，气井油压低，液体段在生产管线中的运动速度也较低。上述情况导致液体段在到达集气站前就发生结冰现象。生产管线内的多处冻堵将导致气井无法正常生产。

为了克服上述问题，下面的实施例将提供一种气液分离装置、气井及气井生产方法。

实施例1：

图1为本实施例提供的气井010的结构示意图。本实施例提供的气井010包括气液分离装置100、井口管路200、井下管路300和柱塞400。

井口管路200又可以被称为采气树，其包括多个阀体以及连接各个阀体之间的管路，其还包括柱塞防喷器和柱塞捕捉器等装置。井口管路200的下端用于连接井下管路300。井口管路200上设置有两个生产口，分别是第一生产口210和第二生产口220。

井下管路300包括油管310以及套设在油管310外的套管320。油管310与井口管路200连接。井口管路200位于地面以上，井下管路300位于地面以下。油管310的下部设置有卡定器330。柱塞400设置在油管310内，并可沿油管310上下运动。柱塞400沿油管310下行至卡定器330处时，卡定器330阻止油管310继续下行。在柱塞400上行的过程中，柱塞400将位于其上方的积液向上举升，并通过井口管路200的第一生产口210和第二生产口220排出。当柱塞400进入井口管路200后，柱塞400下方的高压气体直接从第一生产口210和第二生产口220排出，此时气井010处于生产状态。在气井010生产一段时间后，柱塞400再次下落至卡定器330处。如此往复，以实现排液。

气液分离装置100包括储液罐110、流体输送管120、气体输送管130、液体输送管140和控制阀150。其中储液罐110上设置有流体进口111、排气口112和排液口113。流体输送管120与流体进口111连接。流体输送管120向远离流体进口111的方向延伸，并形成两个支路，两个支路分别与第一生产口210和第二生产口220连接。

气体输送管130一端与排气口112连接，气体输送管130的另一端用于与延伸至集气站的生产管路连接。液体输送管140的一端与排液口113连接，液体输送管140的另一端旁接于气体输送管130。控制阀150设置在气体输送管130上。控制阀150位于排气口112和液体输送管140之间。在本实施例中，流体进口111和排气口112高于排液口113；液体输送管140和气体输送管130的连接处高于排液口113。作为优选，流体进口111和排气口112均开设在储液罐110的顶部。排液口113开设在储液罐110的底部。

本申请实施例提供的气井010，在柱塞400上行时，控制阀150打开。从井口管路200的第一生产口210和第二生产口220喷出的流体通过流体输送管120进入储液罐110。流体在储液罐110内完成气液分离，气体通过气体输送管130进入生产管线，然后通过生产管线输送至集气站。液体则被存积在储液罐110内。这样一来，在柱塞400上行的过程中，液体不进入生产管线，从而避免了柱塞400上行时液体在生产管线内产生较大背压的问题，使得柱塞400能够顺利进入气井010的井口管路200。在柱塞400进入气井010的井口管路200后，柱塞400下方聚集的高压气体能够直接从井口管路200的第一生产口210和第二生产口220喷出，油压骤升。此时，关闭控制阀150。高压气体进入储液罐110后将储液罐110内的液体压入气体输送管130，并推动液体沿气体输送管130和生产管线快速运动至集气站。在高压气体的推动下，储液罐110内存积的液体能够一次性快速通过生产管线，避免了液体在生产管线内结冰的情况发生。

为了进一步避免液体在生产管线内结冰的情况，在还可以在储液罐110上设置有保温装置或/和加热装置。保温装置可以是包裹在储液罐110上的保温层，也可以是设置在储液罐110上的双层真空绝热结构。从井口管路200喷出的液体温度较高，通过保温装置对液体进行保温，能够避免液体在流经生产管线时结冰。加热装置可以是设置在储液罐110上的电加热装置。通过加热装置对储液罐110内的液体进行加热，使其维持在较高的温度，能够避免液体在流经生产管线时结冰。

本实施例还提供一种气井生产方法。该方法基于气井010实现，该方法包括以下步骤：

s01：在柱塞400上行的过程中，打开控制阀150。

在柱塞400上行时，控制阀150打开。从井口管路200的第一生产口210和第二生产口220喷出的流体通过流体输送管120进入储液罐110。流体在储液罐110内完成气液分离，气体通过气体输送管130进入生产管线，然后通过生产管线输送至集气站。液体则被存积在储液罐110内。这样一来，在柱塞400上行的过程中，液体不进入生产管线，从而避免了柱塞400上行时液体在生产管线内产生较大背压的问题，使得柱塞400能够顺利进入气井010的井口管路200。

s02：在柱塞400到达井口管路200后，关闭控制阀150。

在柱塞400进入气井010的井口管路200后，柱塞400下方聚集的高压气体能够直接从井口管路200的第一生产口210和第二生产口220喷出，油压骤升。此时，关闭控制阀150。高压气体进入储液罐110后将储液罐110内的液体压入气体输送管130，并推动液体沿气体输送管130和生产管线快速运动至集气站。在高压气体的推动下，储液罐110内存积的液体能够一次性快速通过生产管线，避免了液体在生产管线内结冰的情况发生。

在本实施例中，还包括步骤s03：在柱塞400下行前，打开控制阀150。

在柱塞400下行前，打开控制阀150，能够使从井口管路200的第一生产口210和第二生产口220流出的低压流体在储液罐110内进行气液分离，避免液体进入生产管线造成冻堵。

进一步的，在步骤s03中，在关闭控制阀150，并经过第一预设时间后，打开控制阀150。

在柱塞400到达井口管路200后，油压骤升。随着柱塞400下方的高压气体不断喷出，油压会逐渐下降。当油压下降至一定水平后，气体压力不能快速带动液体通过生产管路，这可能导致冻堵的发生。因此，在本实施例中，在关闭控制阀150，并经过第一预设时间后，打开控制阀150。打开控制阀150后，液体能够被存积在储液罐110内，避免液体进入生产管线导致冻堵发生。第一预设时间可以根据气井010的能量情况进行设定。如果气井010自身能量充足，柱塞400到达井口管路200后油压高，则可以将第一预设时间设置得较长。反之，则可以将第一预设时间设置得较短。在多数情况下，第一预设时间可以被设置在3分—10分钟之间。

在其他实施例中，步骤s03还可以做如下进一步限定：监测气井010的井口油压；在关闭控制阀150后，当井口油压低于第一预设值时，打开控制阀150。具体的，监测气井010的回压；通过以下公式计算第一预设值：e1＝pr*k；其中，e1表示第一预设值，pr表示回压，k表示计算系数。

当气井010的井口油压与气井010的回压差距越大，说明液体在生产管路中的流速越快，液体位于生产管路中的时间越短，生产管路中越不容易发生冻堵。可以设定第一预设值，当井口油压不小于第一预设值时，则说明气井010的井口油压与气井010的回压差距足够大，能够确保液体快速通过生产管路。当井口油压低于第一预设值时，则打开控制阀150，使液体在储液罐110内存积，避免液体进入生产管路，从而避免了冻堵的发生。

以上所述仅为本申请的部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。