установка для освоения метаноугольной скважины и подготовки добываемого из нее газа

Формула изобретения

1. Установка для освоения метаноугольной скважины и подготовки добываемого из нее газа, включающая линию очистки газа и линию очистки жидкости, выполненные с возможностью присоединения к отводу затрубного пространства и к отводу трубного пространства устьевого оборудования скважины, запорные узлы и байпасы, фильтры-сепараторы в виде, по меньшей мере, двух пар модулей, установленных в линии очистки газа с возможностью их параллельного или последовательного включения в работу, фильтр-сепаратор, установленный в линии очистки жидкости, и фильтр-сепаратор конденсата, подсоединенный входом к линии сброса конденсата фильтров-сепараторов линии очистки газа, а выходом - к линии отвода очищенной жидкости, подключенной к жидкостному выводу фильтра- сепаратора линии очистки жидкости, при этом газоотвод фильтра-сепаратора конденсата соединен с газоотводом фильтра-сепаратора линии очистки жидкости, а линия отвода очищенного газа содержит участок, оборудованный регулирующими и измерительными средствами.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что модули каждой пары фильтров-сепараторов имеют тангенциально расположенные патрубки в верхней и в нижней частях и емкости-накопители конденсата, сообщенные выходными осевыми каналами с линией сброса конденсата из фильтров-сепараторов линии очистки газа, причем упомянутыми тангенциально расположенными патрубками в верхней части внутренние пространства модулей сообщены между собой, а упомянутые тангенциально расположенные патрубки в нижней части являются входными и выходными соответственно.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что модуль фильтров-сепараторов включает цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях, емкость-накопитель конденсата, размещенную в цилиндрическом корпусе, сообщенную с выходным осевым каналом в его нижней части, при этом линия сброса конденсата из фильтров-сепараторов линии очистки газа сообщена с упомянутыми выходными осевыми каналами модулей, а модули каждой пары модулей фильтров-сепараторов сообщены между собой упомянутыми тангенциально расположенными патрубками в их верхних частях.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что выходной осевой канал в нижней части цилиндрического корпуса перекрыт клапаном поплавкового типа.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр-сепаратор, установленный в линии очистки жидкости, включает цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях, съемную емкость-контейнер для сбора отделенных от жидкости механических примесей, размещенную в нижней части цилиндрического корпуса, и газоотвод в верхней части, оборудованный клапаном для сброса отделенного от жидкости свободного газа.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что съемная емкость-контейнер для сбора отделенных от жидкости механических примесей снабжена указателем степени ее заполнения, выполненным в виде мерного стекла для визуального контроля.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр-сепаратор конденсата включает цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях, съемную емкость-контейнер для сбора выделенных из конденсата механических примесей, размещенную в нижней части цилиндрического корпуса, и газоотвод в верхней части, оборудованный клапаном для сброса отделенного от жидкости свободного газа, при этом газоотвод фильтра-сепаратора конденсата соединен с газоотводом фильтра-сепаратора линии очистки жидкости на его выходном участке.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что регулирующие средства включают дроссель, а измерительные - по крайней мере, расходомер.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что измерительные средства дополнительно включают средство отбора проб газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к наземному оборудованию скважин для добычи метана из газоносных угольных пластов.

Известна установка для подготовки газа на устье газовой скважины, включающая линию очистки газа, выполненную с возможностью присоединения к отводу трубного пространства устьевого оборудования скважины, запорные узлы и байпасы, по меньшей мере, два сепаратора, установленные в линии очистки газа с возможностью последовательного их включения в работу, линии сброса конденсата сепараторов, линию отвода очищенного газа, входные и выходные патрубки сепараторов, емкости-накопители конденсата, сообщенные выходными каналами с линией сброса конденсата сепараторов, регулирующие и измерительные средства (RU 2149678, опубл. 27.05.2000).

Известная установка для подготовки газа на устье газовой скважины не предназначена для освоения метаноугольных скважин и не обеспечивает подготовку добываемого газа метана. Недостатком является отсутствие фильтрующих элементов у сепараторов.

Известна установка подготовки и переработки углеводородного сырья газоконденсатных залежей, включающая линию очистки газа, выполненную с возможностью присоединения к отводу трубного пространства устьевого оборудования скважины, запорные узлы и байпасы, по меньшей мере, два сепаратора, установленные в линии очистки газа с возможностью последовательного их включения в работу, линии сброса конденсата сепараторов, линию отвода очищенного газа (RU 2182035, опубл. 10.05.2002).

Известная установка не предназначена для освоения метаноугольных скважин и не обеспечивает подготовку добываемого газа метана. Недостатком является отсутствие фильтрующих элементов у сепараторов.

Известна установка для низкотемпературного сепарирования природного газа из газовой скважины и его подготовки перед подачей в промысловый коллектор, включающая линию очистки газа, выполненную с возможностью присоединения к отводу трубного пространства устьевого оборудования скважины, два сепаратора, установленные в линии очистки газа с возможностью последовательного их включения в работу, линии сброса конденсата сепараторов, линию отвода очищенного газа, входные и выходные патрубки сепараторов, емкости-накопители конденсата, сообщенные выходными каналами с линией сброса конденсата сепараторов, теплообменник (SU 176354, опубл. 12.01.1966).

Известная установка не предназначена для освоения метаноугольных скважин и не обеспечивает подготовку извлекаемого из нее газа метана. Недостатком является также отсутствие фильтрующих элементов у сепараторов, что не позволяет добиться требуемой тонкости очистки газа.

Задачей изобретения является получение технического результата, который может быть выражен в обеспечении возможности освоения метаноугольных скважин и подготовки извлекаемого из них газа до требуемой тонкости очистки.

Технический результат достигается тем, что установка для освоения метаноугольной скважины и подготовки извлекаемого из нее газа включает линию очистки газа и линию очистки жидкости, выполненные с возможностью присоединения к отводу затрубного пространства и к отводу трубного пространства устьевого оборудования скважины, запорные узлы и байпасы, фильтры-сепараторы в виде, по меньшей мере, двух пар модулей, установленных в линии очистки газа с возможностью их параллельного или последовательного включения в работу, фильтр-сепаратор, установленный в линии очистки жидкости, и фильтр-сепаратор конденсата, подсоединенный входом к линии сброса конденсата из фильтров-сепараторов линии очистки газа, а выходом - к линии отвода очищенной жидкости, подключенной к жидкостному выводу фильтра-сепаратора линии очистки жидкости, при этом газоотвод фильтра-сепаратора конденсата соединен с газоотводом фильтра-сепаратора линии очистки жидкости, а линия отвода очищенного газа содержит участок, оборудованный регулирующими и измерительными средствами.

В конкретном исполнении модули каждой пары фильтров-сепараторов имеют тангенциально расположенные патрубки в верхней и нижней частях и емкости-накопители конденсата, сообщенные выходными осевыми каналами с линией сброса конденсата из фильтров-сепараторов линии очистки газа, причем упомянутыми тангенциально расположенными патрубками в верхней части внутренние пространства модулей сообщены между собой, а упомянутые тангенциально расположенные патрубки в нижней части являются входными и выходными соответственно.

Модуль фильтров-сепараторов включает цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях, емкость-накопитель конденсата, размещенную в цилиндрическом корпусе, сообщенную с выходным осевым каналом в его нижней части, при этом линия сброса конденсата из фильтров-сепараторов линии очистки газа сообщена с упомянутыми выходными осевыми каналами модулей, а модули каждой пары модулей фильтров-сепараторов сообщены между собой упомянутыми тангенциально расположенными патрубками в их верхних частях.

Выходной осевой канал в нижней части цилиндрического корпуса может быть перекрыт клапаном поплавкового типа.

Фильтр-сепаратор, установленный в линии очистки жидкости, включает цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях, съемную емкость-контейнер для сбора отделенных от жидкости механических примесей, размещенную в нижней части цилиндрического корпуса, и газоотвод в верхней части, оборудованный клапаном для сброса отделенного от жидкости свободного газа.

Съемная емкость-контейнер для сбора отделенных от жидкости механических примесей снабжена указателем степени ее заполнения, выполненным в виде мерного стекла для визуального контроля.

Фильтр-сепаратор конденсата включает цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях, съемную емкость-контейнер для сбора выделенных из конденсата механических примесей, размещенную в нижней части цилиндрического корпуса, и газоотвод в верхней части, оборудованный клапаном для сброса отделенного от жидкости свободного газа, при этом газоотвод фильтра-сепаратора конденсата соединен с газоотводом фильтра-сепаратора линии очистки жидкости на выходном его участке.

Регулирующие средства включают дроссель, а измерительные - по крайней мере, расходомер. Дополнительно может быть включено средство отбора проб газа.

На чертеже схематически показана установка для освоения метаноугольной скважины и подготовки извлекаемого из нее газа.

Установка включает линию 1 очистки газа и линию 2 очистки жидкости, выполненные с возможностью присоединения к отводу затрубного пространства и к отводу трубного пространства устьевого оборудования скважины (отводы не показаны). Обычно линия 1 присоединяется к затрубному, а линия 2 - к трубному пространству скважины.

Устьевое оборудование скважины имеет запорные узлы, в частности, шиберные задвижки, рассчитанные на требуемое рабочее давление (например, 21 МПа). В линии 1 очистки газа установлены фильтры-сепараторы в виде, по меньшей мере, двух пар модулей 3, 4 и 5, 6. Наличие трубопроводов, запорных узлов и байпасов позволяет параллельно или последовательно включать в работу упомянутые фильтры-сепараторы. В линии 2 очистки жидкости установлен фильтр-сепаратор 7, из которого жидкость по жидкостному выкидному трубопроводу направляется в линию отвода очищенной жидкости для дальнейшей нейтрализации и утилизации.

Фильтр-сепаратор конденсата 8 подсоединен входом к линии 9 сброса конденсата из фильтров-сепараторов линии очистки газа (пары модулей 3, 4 и 5, 6), а выходом - к линии 10 отвода очищенной жидкости, подключенной к жидкостному выводу 11 фильтра-сепаратора 7 линии 2 очистки жидкости. Газоотвод 12 фильтра-сепаратора конденсата 8 соединен с газоотводом 13 фильтра-сепаратора 7 линии 2 очистки жидкости.

Линия 1 очистки газа содержит участок 14, оборудованный регулирующими и измерительными средствами, в частности, в нем установлены дроссель 15, расходомер 16. Имеются инструментальные фланцы 17, которые обычно оснащены кранами 18, манометрами 19, термометрами и/или первичными преобразователями или датчиками 20 температуры, давления. Средство отбора проб газа (не показано) может быть подключено на том или ином участке линии очистки газа, например, путем присоединения к соответствующему крану. Аналогичным образом может быть подключено также средство измерения влажности газа (например, отборное устройство гигрометра).

Модули каждой пары фильтров-сепараторов имеют тангенциально расположенные патрубки 21, 22 в верхней части и 23, 24 - в нижней части.

Емкости-накопители конденсата 25, 26 каждой пары фильтров-сепараторов сообщены выходными осевыми каналами с линией 9 сброса конденсата из фильтров-сепараторов линии очистки газа. Модуль фильтров-сепараторов включает цилиндрический корпус, размещенную в нем емкость-накопитель конденсата 25 или 26, сообщенную с выходным осевым каналом в его нижней части.

Линия 9 сброса конденсата из фильтров-сепараторов линии 1 очистки газа сообщена с выходными осевыми каналами модулей.

Модули каждой пары фильтров-сепараторов сообщены между собой тангенциально расположенными патрубками 21, 22. Тангенциально расположенные патрубки 23, 24 являются входными и выходными соответственно. Выходной осевой канал в нижней части цилиндрического корпуса модуля фильтра-сепаратора может быть перекрыт клапаном поплавкового типа.

Фильтр-сепаратор 7, установленный в линии 2 очистки жидкости, включает цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях, съемную емкость-контейнер 27 для сбора отделенных от жидкости механических примесей, размещенную в нижней его части, и газоотвод 13 в верхней части, оборудованный клапаном (не показан) для сброса отделенного от жидкости свободного газа.

Съемная емкость-контейнер 27 для сбора отделенных от жидкости механических примесей может быть снабжена указателем степени ее заполнения, выполненным в виде мерного стекла для визуального контроля (не показано).

Фильтр-сепаратор конденсата 8 включает также цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях, съемную емкость-контейнер 28 для сбора выделенных из конденсата механических примесей, размещенную в нижней части цилиндрического корпуса. В верхней части фильтр-сепаратор конденсата 8 оборудован клапаном для сброса отделенного от жидкости свободного газа (не показан). Газоотвод 12 фильтра-сепаратора конденсата 8 соединен с газоотводом 13 фильтра-сепаратора 7 линии очистки жидкости на выходном его участке, т.е. после клапана.

В выкидных трубопроводах, соединяющих фильтр-сепаратор 7 и фильтр-сепаратор конденсата 8 с линией очищенной жидкости, установлены расходомеры (счетчики воды) 29 и обратные клапаны 30. Аналогичные обратные клапаны установлены в линии 9 сброса конденсата на выходе из модулей фильтров-сепараторов линии 1 очистки газа.

В конкретном примере реализации изобретения входной патрубок линии 1 очистки газа может иметь условный внутренний диаметр 65 мм, участок 14 этой же линии, оборудованный регулирующими и измерительными средствами, может иметь условный внутренний диаметр 100 мм. Входной и выходной патрубки линии 2 очистки жидкости могут иметь условный внутренний диаметр 25 мм. Входной патрубок линии 1 очистки газа имеет отвод, сообщенный байпасом 31 с ее выходным патрубком. Байпасами 32 и 33 соединены входные и жидкостные выкидные трубопроводы фильтра-сепаратора 7 и фильтра-сепаратора конденсата 8 соответственно. Линия 1 очистки газа на входе оснащена предохранительным клапаном 34 для аварийного сброса газа в случае, если рабочее давление на входе в установку превысит допустимое значение, инструментальным фланцем 35, позволяющим устанавливать приборы для контроля и регистрации параметров технологического процесса, и запорным узлом 36. Далее линия 1 имеет разветвления, позволяющие с помощью запорных узлов направлять поток газа в модули фильтров-сепараторов, обеспечивая их последовательную или параллельную работу, а также отсекать их от общей схемы на период обслуживания. Линия 2 очистки жидкости на входе также оснащена аналогичным предохранительным клапаном, инструментальным фланцем и запорным узлом. Те или иные трубопроводы установки могут иметь технологические сбросные штуцера 37.

Параллельное подключение модулей фильтров-сепараторов обеспечивает двойную производительность установки по очистке газа, а последовательное - повышение степени его очистки и возможность предварительной осушки.

Установка работает следующим образом.

Низконапорный газ с давлением обычно до 0,6 МПа поступает на устье скважины по ее затрубному пространству, а жидкость (пластовая вода) откачивается из скважины с помощью погружного насоса по колонне лифтовых труб.

Наземные трубопроводы (линии очистки газа и жидкости - пластовой воды), связывающие установку с устьевым и наземным оборудованием, выполнены из труб, рассчитанных на необходимое рабочее давление (например, до 1,6 МПа).

В процессе освоения или эксплуатации метаноугольной скважины поступающий на поверхность низконапорный газ в виде потока влажного газа с механическими примесями направляется от устья в установку по линии 1 очистки газа, через тангенциально расположенные патрубки 23 в нижней части каждой пары модулей (параллельная схема работы фильтров-сепараторов) и поступает на очистку. Внутри каждого из цилиндрических корпусов первых модулей фильтров-сепараторов (параллельная схема работы фильтров-сепараторов) поток газа закручивается и поднимается между стенками корпуса и емкости-накопителя конденсата 25 до завихрителя, расположенного над фильтром. При этом поток газа дополнительно обогревает емкость-накопитель конденсата 25. Поток газа, получивший в завихрителе дополнительное тангенциальное ускорение, проходит через фильтр с жестким внутренним каркасом.

Отделенный на фильтре конденсат, т.е. пластовая вода с механическими примесями, стекает в емкость-накопитель конденсата 25. Газ, освобожденный от капельной жидкости, но еще достаточно влажный, выходит из первого модуля и через тангенциально расположенные и сообщенные между собой патрубки 21, 22 попадает внутрь второго модуля. Получив тангенциальное ускорение, поток газа перемещается вниз по кольцевому зазору, направляясь на завихритель второго модуля. При этом происходит повторное отделение капельной жидкости от газа, причем жидкость направляется в сливной патрубок для отвода конденсата, а газ поднимается вверх и проходит через фильтр с жестким наружным каркасом. После этого газ, в значительной степени очищенный от парообразной воды, т.е. частично осушенный, по кольцевому пространству между корпусом модуля и емкостью-накопителем конденсата 26 направляется в патрубок 24 и далее в линию очищенного газа (выкидной трубопровод).

По пути поток газа проходит через регулируемый дроссель 15, с помощью которого поддерживается расчетная величина противодавления на устье скважины, и мерный патрубок с расходомером 16.

Последовательная схема работы фильтров-сепараторов предполагает прохождение направляемого на очистку потока влажного газа с механическими примесями сначала через первую пару модулей фильтров-сепараторов, а затем - вторую.

Возможность использования в фильтрах-сепараторах сменных фильтрующих элементов типа ФЭП (фторопластовые фильтроэлементы) с различной тонкостью фильтрации позволяет получать на выходе заданные параметры газа, в т.ч. по влажности.

Выходной осевой канал в емкости-накопителе конденсата, где он скапливается, может перекрываться с помощью иглы-пробки (при наличии клапана поплавкового типа). Избыточное давление газа, находящегося внутри модуля, способствует прижатию иглы-пробки к седлу клапана. Внутри емкости-накопителя конденсата размещены две металлические поплавковые камеры, связанные с иглой-пробкой. Поплавковые камеры всплывают при заполнении емкости-накопителя конденсатом и приподнимают иглу-пробку. Происходит открытие осевого канала и сброс конденсата из емкости в линию, ведущую на вход фильтра-сепаратора конденсата 8.

Фильтр-сепаратор 7 обеспечивает очистку откачиваемой из скважины жидкости (пластовой воды) от механических примесей, а также ее дегазацию. Процесс очистки и дегазации пластовой воды аналогичен процессу очистки газа, происходящему во втором модуле пар фильтров-сепараторов, установленных в линии очистки газа. Пластовая вода после очистки и дегазации направляется по выкидному трубопроводу в линию очищенной жидкости для дальнейшей нейтрализации и утилизации. При этом вода проходит через расходомер (счетчик воды). Механические примеси, выделенные из пластовой воды, в виде осадка скапливаются в съемной емкости-контейнере, расположенной в нижней части корпуса фильтра-сепаратора 7.

Фильтр-сепаратор конденсата 8 обеспечивает дополнительную очистку конденсата. Процесс очистки конденсата также аналогичен процессу, происходящему в фильтре-сепараторе 7. Отделенная от конденсата вода поступает по выкидному трубопроводу в линию очищенной жидкости. При этом вода проходит через расходомер (счетчик воды). Механические примеси, выделенные из конденсата, в виде осадка скапливаются в съемной емкости-контейнере, расположенной в нижней части корпуса фильтра-сепаратора 8.

Наличие системы запорных узлов и байпасов позволяет отсекать фильтры-сепараторы от общей гидравлической схемы на период их обслуживания.

Съемная емкость-контейнер для сбора отделенных от пластовой воды механических примесей у фильтра-сепаратора 7 выполнена более вместительной, чем у фильтра-сепаратора конденсата 8, из-за того, что подвергаемая фильтрации жидкость (пластовая вода) имеет более значительное загрязнение, чем конденсат.

Использование изобретения позволяет эффективно осуществлять освоение метаноугольных скважин и подготовку извлекаемого из них газа.