伴生气的回收装置及回收方法与流程

1.本技术涉及采油工程技术领域，特别涉及一种伴生气的回收装置及回收方法。


背景技术：

2.伴生气(associated gas，ag)是指在原油开采过程中，与石油共生的天然气。伴生气可溶解于液态烃中，或呈气态存在与油液的上部。
3.通过对伴生气的回收处理，能够提高对油气资源的综合利用率，相关技术中，定压放气阀安装在集油管道部分，当定压放气阀两侧的压力达到一定的压力差值时，定压放气阀打开，气井套管中的气体流动至集油管道中，以实现对伴生气的回收。
4.上述技术方案中，集油管道中的气压值通常较高，当气井套管中的伴生气的压力值低于该集油管道中的气压值时，伴生气因无法通过定压放气阀而不能被收集，使得气井管套中的伴生气的回收效率较低。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种伴生气的回收装置及回收方法，通过改变定压放气阀的安装位置来降低气井套管中的压力，从而使得伴生气不断从油气混合物中析出，提高伴生气的回收量和回收效率。所述技术方案包括：
6.根据本技术的一方面，提供了一种伴生气的回收装置，所述装置包括：
7.气井套管(11)，所述气井套管(11)连接有集气管道(12)，所述集气管道(12)与集油管道(13)相连，所述集油管道(13)上设置有第一阀门(14)，所述伴生气沿第一方向流经所述第一阀门(14)，所述第一方向包括由所述集气管道(12)指向所述集油管道(13)的方向；
8.油管(15)，所述油管(15)与所述集油管道(13)相连，所述油管(15)位于所述气井套管(11)中；
9.第二阀门(16)，所述第二阀门(16)安装在所述气井套管(11)与所述第一阀门(14)之间的管道上。
10.在一个可选的实施例中，所述第一阀门(14)包括单流阀。
11.在一个可选的实施例中，所述第二阀门(16)包括定压放气阀。
12.根据本技术的另一方面，提供了一种伴生气的回收方法，所述方法应用于如上方面所述的回收装置中，所述方法包括：
13.响应于抽油机带动抽油杆在油管中进行上冲程运动，地层中的油气混合物注入至所述油管中，控制第二阀门呈关闭状态；
14.响应于所述抽油机带动所述抽油杆在所述油管中进行下冲程运动，控制所述第二阀门呈打开状态，所述油气混合物通过所述第二阀门流向集油管道；
15.响应于所述油气混合物中的伴生气的压力值达到第一阀门的第一预设放气压力值，控制所述第一阀门呈打开状态，所述油气混合物通过所述第一阀门流向三相分离器。
16.在一个可选的实施例中，所述第二阀门设置有第二预设放气压力值；
17.所述响应于所述抽油机带动所述抽油杆在所述油管中进行下冲程运动，控制所述第二阀门呈打开状态，包括：
18.响应于所述抽油机带动所述抽油杆在所述油管中进行下冲程运动，获取所述第二预设放气压力值；
19.响应于所述油管与气井套管之间的气体压力值大于所述第二预设放气压力值，控制所述第二阀门呈所述打开状态。
20.在一个可选的实施例中，所述方法还包括：
21.响应于所述油管与所述气井套管之间的气体压力值小于或等于所述第二预设放气压力值，控制所述第二阀门呈所述关闭状态。
22.在一个可选的实施例中，所述第一阀门包括单流阀。
23.在一个可选的实施例中，所述第二阀门包括定压放气阀。
24.在一个可选的实施例中，所述第二阀门设置有第二预设放气压力值，所述第二预设放气压力值是根据所述油管与气井套管之间的气体压力值设置的，所述第二预设放气压力值小于所述第一预设放气压力值。
25.在一个可选的实施例中，所述油管和气井套管之间的气体压力值在0兆帕至4兆帕之间。
26.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
27.通过改变第一阀门(单流阀)的安装位置，将第二阀门(定压放气阀)安装在气井套管与第一阀门之间的管道上，第二阀门可控制气井管道中的气体释放，由于第二阀门处的气体压力值更接近于气井套管中的气体压力值，可将第二阀门的预设放气压力值降低，从而使得气井套管中的更多气体(伴生气)通过第二阀门，流向集油管道，而当气井管道中的气体压力值降低时，气体浓度也会降低，根据气相—液相溶解度平衡的关系，伴生气会从油气混合物中不断析出，如此循环，从而提高伴生气的回收量和回收效率。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本技术一个示例性实施例提供的伴生气的回收装置的结构示意图；
30.图2是本技术一个示例性实施例提供的伴生气的回收方法的流程图；
31.图3是本技术另一个示例性实施例提供的伴生气的回收方法的流程图。
具体实施方式
32.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
33.首先，对本技术实施例涉及的名词进行介绍。
34.伴生气(associated gas，ag)：是指与石油共生的天然气，按有机成烃的生油理
论，有机质演化可生成液态烃与气态烃，气态烃或溶解于液态烃中，或存在于油液的上部，这两种气态烃均被命名为伴生气。伴生气的主要成分是甲烷，通常含有大量的乙烷和碳氢重组分。
35.伴生气的回收处理是指将乙烷、丙烷、丁烷和重组分从气流中分离出来，它们可以被进一步加工，作为纯组分或天然气混合液。对伴生气进行回收处理的目的是将回收的伴生气、稳定气进行处理，从而生产液化气和稳定烃及干气，提高油气资源的综合利用效率。由于伴生气中约有77％的成分是甲烷，与天然气成分相近，回收的伴生气可用于生产液化气、生产轻烃产品、制造乙炔、合成氨、提供能源等方面。
36.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的伴生气的回收装置的结构示意图。该装置包括如下部分：
37.气井套管11、集气管道12、集油管道13、第一阀门14、油管15和第二阀门16。
38.油管15位于气井套管11中，油管15与气井套管11之间形成环形空间，气井套管11与集气管道12相连，油管15与集油管道13相连，在集气管道12上设置有第二阀门16，在集油管道13上设置有第一阀门14，第二阀门16安装在气井套管11与集油管道13之间的管道上。
39.油管15是在油井正常生产时下入油井套管中的管道。开采的油液通过油管15进入集油管道13后将油液输出至地面。抽油杆17在抽油机的带动下在油管15中上下运动，使得油液从地层中流入油管15中。
40.气井套管11又被命名为套管，是指在钻井结束后，下入到井下的管道。通常气井套管11与井壁用水泥封固，然后用射孔枪对准目的层射孔，使开采的油液从地岩层中流出，经过射孔流入油管15。气井套管11的主要作用是：加固井壁，防止地层坍塌；封隔不同油层、水层，实现分层开采量变与实施压裂、算话等措施作业和维护性作业，形成油流通道，配合油管达到采油目的；收集伴生气。
41.集油管道13是指油井至计量站、计量站至接转站(油气集中处理站)之间的管道。集油管道13输送的介质为未经处理的油气混合物，一般含有固体颗粒物质等在职，还可能含有二氧化碳、氯离子等腐蚀性物质，因此，通常选用耐腐蚀性较好的材料来制造集油管道13。
42.集气管道12与集油管道类似，也是从油井至计量站、计量站至接转站(油气集中处理站)之间的管道，集气管道12用于收集石油开采过程中产生的伴生气。
43.第一阀门14设置在集油管道13上，用于控制开采出的油气混合物沿第一方向流动，即第一阀门14用于控制油气混合物在集油管道13中单向流动，第一方向是指由集气管道12指向集油管道的方向。
44.第二阀门16安装在气井套管11与第一阀门14之间的管道上。第二阀门用于控制伴生气由气井套管11流出，流向集气管道12。本技术实施例中通过将第二阀门安装在第一阀门与气井套管之间的管道上，使得第二阀门可根据气井套管11中的气体压力值来控制伴生气的回收。
45.示意性的，第一阀门14为单流阀，第二阀门16定压放气阀。
46.单流阀又被命名为单向阀或逆止阀，流体由进口流向出口，流体无法从出口回流至进口。在单流阀的阀体上显示有指示流体流动方向的箭头，技术人员在安装单流阀时需要根据该箭头进行安装，使流体的流向与箭头指示的方向一致，否则会截断流体的正常流
动。
47.定压放气阀用于释放气井套管中的气体，控制气井套管的压力，防止产出的油液倒灌回油井井筒。示意性的，定压放气阀包括调节杆、压帽、阀杆、阀座、阀体、测试孔和法兰等结构。调节杆用于调节弹簧的压缩量，进而达到调节放气压力的目的，可通过调节杆上的刻度来调节弹簧的压缩量；压帽用于固定盘根组，使盘根组起到密封作用；阀杆用于与阀座形成密封，当气井套管中的气体压力大于弹簧力时，推开阀杆开始放气，当气井套管中的气体压力小于弹簧力时，关闭阀杆，形成密封，气井套管中的气体无法输出；测试孔用于在测试时连接测试仪，还可以接放空阀放空气体压力，法兰用于与集气管道相连。
48.综上所述，本实施例提供的装置，通过改变第一阀门(单流阀)的安装位置，将第二阀门(定压放气阀)安装在气井套管与第一阀门之间的管道上，第二阀门可控制气井管道中的气体释放，由于第二阀门处的气体压力值更接近于气井套管中的气体压力值，可将第二阀门的预设放气压力值降低，从而使得气井套管中的更多气体(伴生气)通过第二阀门，流向集油管道，而当气井管道中的气体压力值降低时，气体浓度也会降低，根据气相—液相溶解度平衡的关系，伴生气会从油气混合物中不断析出，如此循环，从而提高伴生气的回收量和回收效率。
49.图2示出了本技术一个示例性实施例提供的伴生气的回收方法的流程图。该方法应用于如图1所示的回收装置中，该方法包括如下步骤：
50.步骤201，响应于抽油机带动抽油杆在油管中进行上冲程运动，地层中的油气混合物注入至油管中，控制第二阀门呈关闭状态。
51.抽油机的工作原理是由动力机供给动力，经减速器将动力机的高速转动变为抽油机曲柄的低速转动，并由曲柄—连杆—游梁机构将旋转运动变为抽油机驴头的上、下往复运动，经悬绳器带动抽油杆运动。在抽油杆往复运动的过程中包括上冲程运动和下冲程运动，当驴头向上运动时，带动抽油杆进行上冲程运动；当驴头向下运动时，带动抽油杆进行下冲程运动。上冲程和下冲程是指抽油杆运行到上死点和下死点之间的距离。
52.当抽油杆进行上冲程运动时，抽油杆带动活塞向上运动，游动阀受油管内活塞以上的液柱作用而关闭，并排除活塞冲程对应的一段油液，固定阀由于泵筒内压力下降，被油管和气井套管之间的环形空间中的液柱压力顶开，井内油液进入泵筒内，即进入油管中，充满活塞上冲程排出液体对应的一段空间。游动阀设置于跟随活塞往复运动的，可将泵内油液排除的单向球阀。固定阀是一种单向阀，位于泵筒底部，用于保持油液从油井中单向流入泵筒。
53.此时，油管内存在一定压力，将第二阀门设置为关闭状态，气井套管中的伴生气将从油液中析出，直到伴生气和油液达到液相平衡。
54.步骤202，响应于抽油机带动抽油杆在油管中进行下冲程运动，控制第二阀门呈打开状态，油气混合物通过第二阀门流向集油管道。
55.当抽油杆进行下冲程运动时，由于泵筒内液柱受压，压力增高，使固定阀处于关闭状态，在活塞继续向下运动的过程中，泵筒内压力继续升高，当泵筒内压力超过油管内液柱压力时，游动阀被顶开，油液从泵筒经活塞流入油管中。
56.步骤203，响应于油气混合物中的伴生气的压力值达到第一阀门的第一预设放气压力值，控制第一阀门呈打开状态，油气混合物通过第一阀门流向三相分离器。
57.此时，油管内形成一定的真空负压，气井套管内的伴生气不断从油液中析出时，第二阀门的两端由于存在压力差，处于打开状态，气井套管中的伴生气通过第二阀门流向至集油管道。在一些实施例中，油气混合物通过第一阀门流向油气集中处理站，通过三相分离器对油气混合物进行分离，将油气混合物中的水、伴生气、石油进行分离。
58.综上所述，本实施例提供的方法，通过上述伴生气的回收装置对伴生气进行回收，当抽油杆在油管中进行上冲程运动时，油管内充满油气混合物，第二阀门两侧不存在压力差，第二阀门呈关闭状态，当抽油杆在油管中进行下冲程运动时，油管内形成真空负压，第二阀门因两侧的压力差增大呈打开状态，油气混合物通过第二阀门流向集油管道，当油气混合物中的伴生气大于第一阀门的预设放气压力值时第一阀门打开，油气混合物流向三相分离器进行气体收集。从而实现通过改变第二阀门的安装位置来提高伴生气的回收量和回收效率。
59.图3示出了本技术另一个示例性实施例提供的伴生气的回收方法的流程图。该方法应用于如图1所示的装置中，该方法包括如下步骤：
60.步骤301，响应于抽油机带动抽油杆在油管中进行上冲程运动，地层中的油气混合物注入至油管中，控制第二阀门呈关闭状态。
61.当抽油杆进行上冲程运动时，抽油杆带动活塞向上运动，游动阀受油管内活塞以上的液柱作用而关闭，并排除活塞冲程对应的一段油液，固定阀由于泵筒内压力下降，被油管和气井套管之间的环形空间中的液柱压力顶开，井内油液进入泵筒内，即进入油管中，充满活塞上冲程排出液体对应的一段空间。游动阀设置于跟随活塞往复运动的，可将泵内油液排除的单向球阀。固定阀是一种单向阀，位于泵筒底部，用于保持油液从油井中单向流入泵筒。
62.此时，油管内存在一定压力，将第二阀门设置为关闭状态，气井套管中的伴生气将从油液中析出，直到伴生气和油液达到液相平衡。
63.步骤302，响应于抽油机带动抽油杆在油管中进行下冲程运动，获取第二预设放气压力值。
64.示意性的，第二阀门设置有第二预设放气压力值，第二阀门为定压放气阀，第二预设放气压力值时根据油管与气井套管之间的气体压力值设置的，第二预设放气压力值小于第一预设放气压力值，第一预设放气压力值是第一阀门对应的预设放气压力值。
65.当抽油杆进行下冲程运动时，由于泵筒内液柱受压，压力增高，使固定阀处于关闭状态，在活塞继续向下运动的过程中，泵筒内压力继续升高，当泵筒内压力超过油管内液柱压力时，游动阀被顶开，油液从泵筒经活塞流入油管中。
66.此时，获取定压放气阀对应的预设放气压力值，由于定压放气阀在气井套管和第一阀门之间的管道上，定压放气阀能够控制气井套管中的伴生气的压力值。因此，根据气井套管中的伴生气的压力值降低定压放气阀的预设放气压力值，如降低2mpa至3mpa，可通过调节定压放气阀的调节杆降低定压放气阀的预设放气压力值。
67.步骤303，响应于油管与气井套管之间的气体压力值大于第二预设放气压力值，控制第二阀门呈打开状态。
68.由于降低了定压放气阀的预设放气压力值，使得气井套管内的伴生气在较低的气体压力的情况下，达到定压放气阀的预设放气压力值，从而定压放气阀打开。
69.步骤304，响应于油管与气井套管之间的气体压力小于或等于第二预设放气压力值，控制第二阀门呈关闭状态。
70.可以理解的是，当气井套管中的气体经过定压放气阀流向集油管道时，气井套管中的伴生气浓度降低，随着伴生气的浓度降低，伴生气的压力降低，当压力无法达到定压放气阀的预设放气压力时，将定压放气阀将处于关闭状态。从而气井套管中的油气混合物会继续析出伴生气，当气体压力达到定压放气阀的预设放气压力值时，定压放气阀打开，进行新一轮的放气。
71.步骤305，响应于油气混合物中的伴生气的压力值达到第一阀门的第一预设放气压力值，控制第一阀门呈打开状态，油气混合物通过第一阀门流向三相分离器。
72.示意性的，第一阀门是单流阀，单流阀对应有第一预设放气压力值，该第一预设放气压力值大于第二预设放气压力值。当油气混合物达到第一预设放气压力值时，单流阀呈打开状态，油气混合物经过单流阀流向三相分离器，通过三相分离器将油气混合物中的水、伴生气、石油分离开。
73.综上所述，本实施例提供的方法，通过上述伴生气的回收装置对伴生气进行回收，当抽油杆在油管中进行上冲程运动时，油管内充满油气混合物，第二阀门两侧不存在压力差，第二阀门呈关闭状态，当抽油杆在油管中进行下冲程运动时，油管内形成真空负压，第二阀门因两侧的压力差增大呈打开状态，油气混合物通过第二阀门流向集油管道，当油气混合物中的伴生气大于第一阀门的预设放气压力值时第一阀门打开，油气混合物流向三相分离器进行气体收集。从而实现通过改变第二阀门的安装位置来提高伴生气的回收量和回收效率。
74.本实施例提供的方法，还通过判断油管和气井套管之间的气体压力值是否大于第二预设压力值来控制第二阀门(定压放气阀)是否呈打开状态，从而控制油气混合物的流动，利于伴生气的收集。
75.本技术实施例提供的方法通过如下两个方面实现增加伴生气的回收量。
76.一、通过降低油管与气井套管之间的环形空间中的伴生气的压力值，根据气相—液相平衡关系，实现伴生气从油气混合物中析出，增加伴生气的回收量。
77.(1)降低环形空间中伴生气的压力值，当伴生气的压力值大于1.5mpa时，油管中的伴生气的压力值达到4mpa，环形空间中的伴生气进入集油管道，当降低环形空间中的伴生气的压力至0mpa，由于环形空间中的气体压力降低，溶解在地层采出液中的伴生气由于环形空间中的低压力从采出液中析出，从而增加了也像中析出轻组分(伴生气)量。
78.(2)降低环形空间中伴生气的浓度，伴生气的浓度高时由于饱和关系不利于伴生气从采出液中析出，伴生气及时回收至集油管线中，根据气相—液相溶解平衡关系可知，降低环形空间中的伴生气的浓度，使得伴生气从地层采出液中更多的析出，从而增加了伴生气回收量。
79.二、利用抽油机上下冲程压力正负压差值变化(压差大)的原理，实现油管负压时伴生气收集至集油管道中，正压时定压放气阀关闭，环形空间中的伴生气从采出液中析出。
80.(1)当抽油杆进行上冲程运动时，油管内充满采出液，油管内压力为正，定压放气阀处于关闭状态，伴生气在环形空间中内实现溶解饱和。
81.(2)当抽油杆下冲程时，油管内形成一定的真空负压，定压放气阀由于压差增大打
开，套管内的伴生气轻质组分进入集油管线内，伴生气与地层采出液混合输送至油气集中处理站，输入至三相分离器内，经三相分离器分离后，伴生气供给加热炉作为燃料。
82.结合图1对伴生气的回收过程进行说明。
83.在一个示例中，当抽油杆17在油管中进行上冲程运动时，油管15内充满采出液，油管15内压力为正值，定压放气阀(第二阀门16)两侧不存在压力差，定压放气阀16处于关闭状态，伴生气溶解在采出液中，即采出液为油气混合物。当抽油杆17在油管15中进行下冲程运动时，油管15内形成一个真空负压，定压放气阀两侧存在压力差，定压放气阀处于打开状态，油气混合物流向集油管道13。当油气混合物中的伴生气的气体压力值大于单流阀的预设放气压力值时，单流阀(第一阀门14)处于打开状态，油气混合物流向集输战场的三相分离器内，经三相分离器分离后，对伴生气进行回收，从而使得伴生气作为供给加热炉的燃料。
84.由于定压放气阀安装在气井套管11和单流阀之间的管道上，定压放气阀更靠近气井套管11，更接近气井套管11中的伴生气的气体压力值，因此可将定压放气阀的预设放气压力值降低，当气井套管11中的气体压力值大于定压放气阀的预设放气压力值时，定压放气阀呈打开状态，气井套管11中的伴生气流向集油管道13，因此气井套管11中的伴生气的气体浓度降低，根据气相—液相溶解度平衡的关系，伴生气会从采出液中析出，当伴生气的气体压力值再次大于定压放气阀的气体压力值时，定压放气阀会再次打开，伴生气流向集油管道13。以此类推，使得伴生气源源不断地从采出液中析出，提高伴生气的产量。
85.本技术实施例提供的方法通过改变定压放气阀的安装位置，可降低定压放气阀的预设放气压力，使得气井套管中的气体在很低的压力下通过定压放气阀，通过降低气井套管中的伴生气的气体压力值，从而增加了气井套管中伴生气的析出量，目前该方法在采油五厂127口油井成功实施，每日增加半生气的回收量5000m3，同时降低了气井套管中的气体压力，既有较好的经济价值也实现了安全环保生产。
86.本技术实施例提供的方法实现了增加了油田中伴生气的回收量，消除了伴生气挥发至空气中造成的环境污染。可将回收的伴生气用于加热炉节约成本，降低原油开发成本，消除了油田存放污油污泥存的安全隐患及污染环境的问题，实现了原油的回收，经济社会效益明显。
87.需要说明的是，本技术实施例提供的方法可以通过计算机设备实施，如可以在将计算机设备与定压放气阀的调节杆相连，在气井套管中设置有压力计，该压力计也与计算机设备相连。在计算机设备中安装有用于控制伴生气回收的应用程序，通过该应用程序技术人员可以查看气井套管中的伴生气的压力值，从而根据压力值调节定压放气阀的调节杆，以改变定压放气阀的预设放气压力值。如技术人员可以在该应用程序中输入调节杆的需要调节的刻度参数，从而计算机设备生成控制指令，控制定压放气阀降低预设放气压力值；又如，该应用程序可通过实际测量的伴生气的压力值结合数据分析功能动态调节定压放气阀的预设压力值，该应用程序基于机器学习模型实现，将气井套管中的伴生气的压力值和定压放气阀需要设定的预设放气压力值作为样本数据对机器学习模型进行训练，使得训练后的机器学习模型可基于气井套管中的伴生气的压力值，输出合适的预设放气压力值或预设放气压力值的取值范围，无需用户手动输入参数。通过上述方式实现了自动化增加伴生气的回收量和回收效率。
88.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
89.以上所述仅为本技术的可选的实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。