本發(fā)明涉及煤層氣開采領(lǐng)域，具體涉及一種煤層氣井超聲霧化排水降液裝置。

背景技術(shù)：

在煤層氣井開采煤層氣過程中，需將井內(nèi)的水排出，以使煤層氣解析產(chǎn)出。煤層氣井在開采初期由于地層出水量較大，一般需在地面安裝抽油機(jī)，井內(nèi)下油管、抽油桿和深井泵進(jìn)行排水，而到了開采的中后期，地層水產(chǎn)出大幅減少，抽油機(jī)只能間開，且需經(jīng)常測量液面，以確保液面在設(shè)計(jì)的深度，造成設(shè)備和電能浪費(fèi)。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題：在煤層氣井開采的中后期，地層水產(chǎn)出大幅減少，傳統(tǒng)抽油機(jī)排水不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種煤層氣井超聲霧化排水降液裝置，以解決在煤層氣井開采的中后期，地層水產(chǎn)出大幅減少，傳統(tǒng)抽油機(jī)排水不方便的問題。

為此，本發(fā)明提出一種煤層氣井超聲霧化排水降液裝置，所述煤層氣井超聲霧化排水降液裝置設(shè)置在煤層氣井的套管中，所述煤層氣井超聲霧化排水降液裝置包括：

位于套管中的上油管2、下油管11以及連接在所述上油管和下油管之間的連接接頭9；所述上油管的上端位于煤層氣井的井口；

小油管4，套設(shè)在所述上油管內(nèi)2，所述小油管的內(nèi)徑小于所述上油管的內(nèi)徑；所述小油管4位于所述連接接頭9的上方；

電纜3，設(shè)置在所述小油管4中，并從井口向下延伸；

濕式接頭5，設(shè)置在所述小油管中，并連接所述電纜3；

換能器7，位于所述連接接頭9內(nèi)并連接所述濕式接頭5；

水泵12，位于換能器7之下并向所述換能器供水；所述水泵連接所述濕式接頭5；

井口密封裝置，設(shè)置在小油管和所述上油管上，所述電纜從所述井口密封裝置中穿出；

抽氣泵，位于地面上并連接所述小油管。

進(jìn)一步的，所述換能器7包括多個(gè)壓電晶體，多個(gè)所述壓電晶體布置形成環(huán)形矩陣，所述環(huán)形矩陣的中間具有中空的通道，所述煤層氣井超聲霧化排水降液裝置還包括：連接所述水泵的上水管10，所述上水管10從所述下油管11向上穿出所述通道，所述上水管10的頂端位于所述換能器7的上方并且位于所述濕式接頭5的下方。

進(jìn)一步的，所述連接接頭9的側(cè)壁上設(shè)有煤粉排出孔6，所述煤粉排出孔6位于所述換能器7的上方。

進(jìn)一步的，所述上油管和下油管的外徑相同，所述連接接頭9為變徑短節(jié)，所述連接接頭9的最大外徑大于所述上油管2的外徑，所述連接接頭9的最小外徑等于所述上油管2的外徑。

進(jìn)一步的，所述下油管11的底端還連接有水泵保護(hù)短節(jié)13，水泵保護(hù)短節(jié)13的最大內(nèi)徑大于所述下油管11的內(nèi)徑，所述水泵12位于所述水泵保護(hù)短節(jié)13內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述煤層氣井超聲霧化排水降液裝置還包括：設(shè)置在所述上水管10的側(cè)壁上的液位開關(guān)，所述液位開關(guān)位于所述水泵的上方，所述液位開關(guān)連接所述水泵、換能器和抽氣泵。

進(jìn)一步的，所述上油管2的外徑為73mm，所述上油管2的內(nèi)徑為62mm，所述小油管4的外徑為50mm，所述小油管4內(nèi)徑為40mm。

進(jìn)一步的，所述換能器7包括8個(gè)所述壓電晶體，各所述壓電晶體為直徑為22mm的圓形，各所述壓電晶體的圓心布置在直徑為60mm的圓周上。

本發(fā)明通過水泵將井筒內(nèi)的水抽到換能器7處，通過換能器對井筒內(nèi)水的霧化，將已霧化的水氣通過小油管4抽出，并通過抽氣泵有效抽排到地面，起到降液采氣的目的，可準(zhǔn)確控制井筒內(nèi)液面高度，使煤層氣解析產(chǎn)出。本發(fā)明取代了抽油機(jī)，設(shè)備整體成本低、耗電少、安裝和維護(hù)簡便、運(yùn)行效益好。

進(jìn)而，本發(fā)明將換能器7布置成環(huán)形矩陣，矩陣中間設(shè)置連接所述水泵的上水管10，換能器7的工作更加均勻穩(wěn)定，這樣，能夠解決大功率換能器頻率問題，降低對換能器頻率的要求，二是減小霧滴直徑，提高降液效率。

進(jìn)而，本發(fā)明的超聲霧化排水降液裝置具有液位開關(guān)，能夠自動(dòng)檢測液面深度，根據(jù)液面深度自動(dòng)啟動(dòng)和停止霧化排水，液面控制準(zhǔn)確、成本低、耗電少。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的煤層氣井超聲霧化排水降液裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的換能器的環(huán)形矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號說明：

1.套管2.上油管3.電纜4.小油管

5.濕式接頭6.煤粉排出孔7.換能器8.電子艙9連接接頭

10.上水管11.下油管12.水泵13.水泵保護(hù)短節(jié)

70.通道71.壓電晶體

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的煤層氣井超聲霧化排水降液裝置設(shè)置在煤層氣井的套管1中，所述煤層氣井超聲霧化排水降液裝置包括：

位于套管1中的上油管2、下油管11以及連接在所述上油管和下油管之間的連接接頭9；所述上油管1的上端位于煤層氣井的井口；

小油管4，套設(shè)在所述上油管內(nèi)2，所述小油管4的內(nèi)徑小于所述上油管2的內(nèi)徑；所述小油管4位于所述連接接頭9的上方；小油管4用于下入電纜和濕式接頭等部件以及用于排出霧化后的水氣；

電纜3，設(shè)置在所述小油管4中，并從井口向下延伸；電纜3連接地面上的電源，為換能器和水泵等部件提供電力；

濕式接頭5，設(shè)置在所述小油管中，并連接所述電纜3；電纜3連接在電纜頭上，濕式接頭5連接電纜頭和換能器7，以使得換能器7在井下連接電纜；進(jìn)一步的，為了適應(yīng)井下超聲霧化排水降液，濕式接頭耐壓≥15mpa，絕緣值≥50mω，工作電流≥10a、工作電壓≥110v；進(jìn)一步的，濕接頭外徑：ф32，不做打撈設(shè)計(jì)，完成公、母濕接頭設(shè)計(jì)；

換能器7，位于所述連接接頭9內(nèi)并連接所述濕式接頭5，換能器7起到對水的超聲霧化作用；

水泵12，位于換能器7之下并向所述換能器7供水；所述水泵12連接所述濕式接頭5，以實(shí)現(xiàn)電力連接；作為較好的選擇，水泵揚(yáng)程≥15m，流量8l/h；水泵12的功率例如為300w，比抽油機(jī)功率小很多，節(jié)能省電；

井口密封裝置，設(shè)置在小油管和所述上油管上，對電纜密封，所述電纜從所述井口密封裝置中穿出；進(jìn)一步的，井口密封裝置耐壓≥10mpa，以保證防噴耐壓；

抽氣泵，位于地面上并連接所述小油管，抽氣泵可以通過管路穿過井口密封裝置連接小油管。

本發(fā)明通過水泵12將井筒內(nèi)的水抽到換能器7處，形成位于連接接頭9內(nèi)的液面或水面，換能器7位于該液面或水面之下，換能器7對井筒內(nèi)水的霧化，將已霧化的水氣通過小油管4抽出，并通過抽氣泵有效抽排到地面，起到降液采氣的目的。本發(fā)明取代了抽油機(jī)，設(shè)備整體成本低、耗電少、安裝和維護(hù)簡便、運(yùn)行效益好。

進(jìn)一步的，如圖2所示，所述換能器7包括多個(gè)壓電晶體71，多個(gè)所述壓電晶體布置形成環(huán)形矩陣，所述環(huán)形矩陣的中間具有中空的通道70，所述煤層氣井超聲霧化排水降液裝置還包括：連接所述水泵的上水管10，所述上水管10從所述下油管11向上穿出所述通道，所述上水管10的頂端位于所述換能器7的上方并且位于所述濕式接頭5的下方。上水管10，將水泵抽出的水提供到換能器7處，換能器7位于液面或水面之下。

本發(fā)明將換能器7布置成環(huán)形矩陣，矩陣中間設(shè)置連接所述水泵的上水管10，能夠提高井筒內(nèi)空間的利用效率，使上水管10各方位受限或受力均勻，定位準(zhǔn)確，不晃動(dòng)，而且換能器7的工作更加均勻穩(wěn)定，這樣，能夠解決大功率換能器頻率問題，降低對換能器頻率的要求，二是減小霧滴直徑，提高降液效率。

進(jìn)一步的，所述連接接頭9的側(cè)壁上設(shè)有煤粉排出孔6，所述煤粉排出孔6位于所述換能器7的上方。煤粉排出孔6一是起到控制換能器7上表面的液面(水面)高度的作用，二是起到?jīng)_洗煤粉的作用。換能器對其上表面上水的高度比較敏感，在某一高度范圍時(shí)換能器的霧化效率最高，過高過低會(huì)嚴(yán)重影響換能器的霧化效率。當(dāng)換能器7上表面液面過高時(shí)，通過煤粉排出孔6排出；當(dāng)煤粉沉積在換能器上時(shí)，通過水泵的抽動(dòng)和換能器7上表面液面的流動(dòng)，煤粉會(huì)很容易通過煤粉排出孔6排出，水泵不但起到給換能器基陣提供水，同時(shí)還將沉積在換能器基陣表明的煤粉沖刷干凈，因而能夠防止因煤粉沉積在換能器上，影響霧化效率。

進(jìn)一步的，所述上油管和下油管的外徑相同，所述連接接頭9為變徑短節(jié)，所述連接接頭9的最大外徑大于所述上油管2的外徑，所述連接接頭9的最小外徑等于所述上油管2的外徑，以提供較大的空間容納換能器。

進(jìn)一步的，所述下油管11的底端還連接有水泵保護(hù)短節(jié)13，以容納、支撐和保護(hù)水泵，水泵保護(hù)短節(jié)13的最大內(nèi)徑大于所述下油管11的內(nèi)徑，所述水泵12位于所述水泵保護(hù)短節(jié)13內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述煤層氣井超聲霧化排水降液裝置還包括：設(shè)置在所述上水管10的側(cè)壁上的液位開關(guān)，所述液位開關(guān)位于所述水泵的上方，所述液位開關(guān)連接所述水泵、換能器和抽氣泵。換能器對其上表面上水的高度比較敏感，在某一高度范圍時(shí)換能器的霧化效率最高，過高過低會(huì)嚴(yán)重影響換能器的霧化效率。而換能器在下到井下時(shí)的深度誤差可能超過這個(gè)值，所以在本發(fā)明中的換能器是在井底的液面以上，液面開關(guān)在設(shè)計(jì)的液面附近，水泵在井底的液面以下。當(dāng)液井下的面達(dá)到需處理的位置時(shí)，液面開關(guān)接通電源，水泵、換能器和地面抽氣泵同時(shí)工作，液面降到需處理的位置以下時(shí)，液面開關(guān)關(guān)閉，系統(tǒng)停止工作。

進(jìn)一步的，所述上油管2的外徑為73mm，所述上油管2的內(nèi)徑為62mm，所述小油管4的外徑為50mm，所述小油管4內(nèi)徑為40mm，以適應(yīng)井下超聲霧化排水。

進(jìn)一步的，如圖2所示，所述換能器7包括8個(gè)所述壓電晶體71，各所述壓電晶體71為直徑為22mm的圓形，各所述壓電晶體71的圓心布置在直徑為60mm的圓周上，對上水管10有較好的限位作用。換能器基陣發(fā)射功率可達(dá)200w以上，霧化量≥4l/h，適應(yīng)煤層氣井超聲霧化排水。

為了使換能器7具有穩(wěn)定的工作性能，在換能器7之下還連接有電子艙8，電子艙是為一種用于產(chǎn)生并向超聲換能器提供超聲能量的裝置。電子艙第一個(gè)作用是提供輸出功率信號。當(dāng)發(fā)生器的供電電源(電壓)發(fā)生變化時(shí)。發(fā)生器的輸出功率也會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)反映在換能器上就是機(jī)械振動(dòng)忽大忽小，導(dǎo)致效果不穩(wěn)定。因此需要穩(wěn)定輸出功率，通過功率反饋信號相應(yīng)調(diào)整功率放大器，使得功率放大穩(wěn)定。電子艙第二個(gè)作用是提供頻率跟蹤信號。當(dāng)換能器工作在諧振頻率點(diǎn)時(shí)其效率最高，工作最穩(wěn)定，而換能器的諧振頻率點(diǎn)會(huì)由于裝配原因和工作老化后改變，當(dāng)然這種改變的頻率只是漂移，變化不是很大，頻率跟蹤信號可以控制信號發(fā)生器，使信號發(fā)生器的頻率在一定范圍內(nèi)跟蹤換能器的諧振頻率點(diǎn)。讓發(fā)生器工作在最佳狀態(tài)。

本發(fā)明的井筒深度可達(dá)1000米以上，井下環(huán)境：最高壓力5mpa，最高溫度40℃，本發(fā)明不需測量液面，液位開關(guān)就能夠控制液面，本發(fā)明的水泵功率只有300瓦，比抽油機(jī)的功率低的多。

本發(fā)明的工作過程例如為：

將水泵保護(hù)短節(jié)13與上油管2連接，下入3根上油管2后將水泵12、上水管10及水泵電源線進(jìn)行連接下入，使水泵坐在電泵保護(hù)短節(jié)13中，在井口將上水管10及水泵電源線上端與連接接頭9相連(電子艙8、換能器7與濕式接頭5已預(yù)先裝配在連接接頭中)，繼續(xù)下上油管2至預(yù)定深度，下小油管4至預(yù)定深度，在井口安裝電纜密封裝置，下電纜3與與濕式接頭對接，地面通斷檢查，系統(tǒng)可正常工作后，關(guān)閉電源，將電纜密封裝置密封。

開啟電源，水泵向換能器供水，換能器開始進(jìn)行水霧化，地面抽氣風(fēng)機(jī)開始工作，將已霧化的水氣體通過小油管4抽出，煤層氣通過上油管2與套管1的環(huán)空產(chǎn)至地面輸送管線。為防止換能器上表面液面過高和煤粉沉積在換能器上，影響霧化效率，在連接接頭安裝換能器位置的上部開有排水孔(煤粉排出孔)，排水孔起到控制換能器上表面液面高度和沖洗煤粉的作用。換能器在工作的同時(shí)通過液位開關(guān)對井內(nèi)液面進(jìn)行檢測，一旦液面降至設(shè)計(jì)深度，裝置自動(dòng)關(guān)機(jī)。液面上升至設(shè)計(jì)深度時(shí)，裝置自動(dòng)開機(jī)。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。為本發(fā)明的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。