煤層氣井排采過程煤粉監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤層氣井排采過程煤粉監測系統，包括生產部分、煤粉含量監測部分和數據采集處理部分，煤粉含量監測部分通過進水管（12）與生產部分連接，煤粉含量監測部分通過數據線（16）與數據采集處理部分連接。本實用新型設計合理、結構簡單，可以真實的監測到煤層氣井排采過程中產出水所含有的煤粉含量，對于現場排采過程中采取措施控制煤粉含量具有一定的指導意義；本實用新型能夠得出不同排采工作制度、不同產水量、不同排采階段煤粉產出變化規律，為實際生產過程中的煤粉控制提供指導。
【專利說明】煤層氣井排采過程煤粉監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于煤礦安全生產【技術領域】，尤其涉及一種煤層氣井排采過程煤粉監測系統。
【背景技術】
[0002]煤層氣是我國的一種非常規天然氣。通過開發煤層氣，一定程度上能緩解我國能源緊張的局面，能夠降低煤層含氣量，降低在煤礦開采過程中瓦斯突出的可能性，煤礦安全生產系數增加。目前，煤層氣井主要是通過排水降壓使煤層氣解吸產出的。煤層氣井排采過程中，在排出水、氣的同時，經常有煤粉的產出，產出的煤粉經常造成卡泵現象。頻繁的檢泵作業，可能造成處于解吸狀態的煤層氣又重新被吸附，而且對煤儲層的導流能力也造成了傷害，使煤層氣井的產氣量受到很大影響。需要研制出一種煤粉監測系統，能夠對排采過程中的煤粉含量進行有效監測，便于采取措施控制排采過程中的煤粉含量，減少檢泵次數，提高煤層氣井的產氣量和排采時效。
[0003]目前，煤層氣排采過程中煤粉含量的監測主要有兩種方式，即設備監測和目測。但設備監測應用較少，其中中國礦業大學(北京)劉升貴副教授設計的預警系統在鄂爾多斯盆地東緣煤層氣區塊的試驗中取得較理想的效果，延長了檢泵周期。目測的方法主要是根據產出水的渾濁度分為清、淺灰、深灰、深灰大量等四個等級，代表四種不同的濃度，不同的人對四種濃度的理解有所不同，其僅僅處于一種定性判斷上。因此，需要設計出一種煤層氣井排采過程煤粉監測系統，以便對煤層氣井排采過程中的煤粉含量進行實時監測，得出煤層氣井排采過程中煤粉變化規律，便于采取措施降低排采過程中的煤粉含量，為排采工作制度制定提供依據。
實用新型內容
[0004]本實用新型針對煤層氣井排采過程中，大量煤粉的產出會影響煤儲層的導流能力，易造成卡泵現象，影響煤層氣井的產氣量和排采時效的問題，提供一種煤層氣井排采過程煤粉監測系統，能對煤層氣井排采過程中水中煤粉的含量進行實時監測，得出煤儲層排采過程中煤粉含量的變化規律，為采取合理的措施，降低排采過程中的煤粉含量，提高煤層氣井產氣量和排采時效提供依據。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案:煤層氣井排采過程煤粉監測系統，包括生產部分、煤粉含量監測部分和數據采集處理部分，煤粉含量監測部分通過進水管12與生產部分連接，煤粉含量監測部分通過數據線16與數據采集處理部分連接。
[0006]所述生產部分包括煤層氣井13、排水管14、抽采泵17和污水池15，抽采泵17設在煤層氣井13內，排水管14的一端與抽采泵17的出水口連接，排水管14的另一端伸入到地面上的污水池15內。
[0007]所述煤粉含量監測部分包括儲水箱2、直流電源5、水槽11、電極板8、鋼化玻璃過濾容器10、一級過濾網7和二級過濾網9，儲水箱2的下部為上大下小的錐形結構，進水管12的一端與排水管14連接，進水管12的另一端伸入到儲水箱2內，儲水箱2的下端通過上出水管18與鋼化玻璃過濾容器10的上端連接，鋼化玻璃過濾容器10的下端連接有下端伸入到水槽11內的下出水管19，進水管12上設有第一流量調節閥6，儲水箱2上設有第一密度傳感器3，上出水管18上設有第二流量調節閥6a和位于第二流量調節閥6a下方的流量傳感器4，鋼化玻璃過濾容器10上連接有第二密度傳感器3a，下出水管19上設有第三流量調節閥6b，水槽11上連接有第三密度傳感器3b，一級過濾網7的網孔大小大于二級過濾網9的網孔大小，一級過濾網7和二級過濾網9分別水平設在鋼化玻璃過濾容器10內，一級過濾網7位于二級過濾網9上方，鋼化玻璃過濾容器10的相對兩側的內壁上分別設有一塊電極板8，兩塊電極板8分別與直流電源5的正負極連接；所述第一密度傳感器3、流量傳感器4、第二密度傳感器3a和第三密度傳感器3b分別通過所述數據線16與數據采集處理部分連接。
[0008]所述數據采集處理部分為計算機I。
[0009]所述進水管12的內徑不小于50mm。
[0010]采用上述技術方案，本實用新型由生產部分、煤粉含量監測部分、數據采集處理部分。生產部分主要是煤層氣井的生產裝置；煤粉含量監測部分主要實現對排采出的煤粉進行實時監測；數據采集處理部分主要是對煤粉含量監測部分的數據進行收集和處理，通過把采集的數據連接到計算機上，進行顯示。
[0011](I)、生產部分
[0012]煤層氣井排采過程中，隨著抽采泵產水產出的不僅有甲烷氣體，還有從儲層裂隙中運移出的煤粉。該部分主要為煤粉監測部分提供排采水，以便對排采水中的煤粉進行監測。因此，在煤層氣井的排水管上連接一根進水管，進水管直徑設計為50mm，該直徑大于排采水中煤粉的最大粒徑。
[0013](2)、煤粉含量監測部分
[0014]煤層氣井排采過程中，針對不同的煤儲層、不同的排采階段和排采強度，產出水中的煤粉含量會有所不同。產水中的煤粉含量監測，主要依據密度傳感器、流量傳感器等數據監測設備。
[0015](3)、數據采集處理部分
[0016]數據采集處理部分為安裝有監測程序的計算機，計算機將密度傳感器、流量傳感器采集的數據進行顯示和處理，為實際生產提供指導。
[0017]煤層氣井排采過程中的主要數據是煤粉監測部分的密度傳感器和流量傳感器監測的數據，該部分收集一處流量數據和三處密度數據，分析煤層氣井排采過程中的煤粉含量，為排采過程中的煤粉含量控制提供依據。
[0018]排采過程中的煤粉含量的計算，根據流量和密度變化得出一級過濾網與其上方電極板上的煤粉質量，以及二級過濾網與一二級過濾網之間的電極板上的煤粉質量，兩者之和即為該段時間內排采水中的煤粉總量。取出一級過濾網和二級過濾網，進行干燥處理，即可得到過濾網上的煤粉含量。用煤粉總量去掉過濾網上的煤粉含量，即為煤粉中具有帶電性的煤粉的含量。
[0019]本實用新型設計合理、結構簡單，可以真實的監測到煤層氣井排采過程中產出水所含有的煤粉含量，對于現場排采過程中采取措施控制煤粉含量具有一定的指導意義；本實用新型能夠得出不同排采工作制度、不同產水量、不同排采階段煤粉產出變化規律，為實際生產過程中的煤粉控制提供指導。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0021]圖2是圖1中一級過濾網的俯視圖；
[0022]圖3是圖1中二級過濾網的俯視圖；
[0023]圖4是圖1中A-A截面圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實用新型的煤層氣井排采過程煤粉監測系統，包括生產部分、煤粉含量監測部分和數據采集處理部分，煤粉含量監測部分通過進水管12與生產部分連接，煤粉含量監測部分通過數據線16與數據采集處理部分連接。
[0025]生產部分包括煤層氣井13、排水管14、抽采泵17和污水池15，抽采泵17設在煤層氣井13內，排水管14的一端與抽采泵17的出水口連接，排水管14的另一端伸入到地面上的污水池15內。
[0026]進水管12的內徑不小于50mm。
[0027]煤層氣井排采過程中，隨著抽采泵17產水產出的不僅有甲烷氣體，還有從儲層裂隙中運移出的煤粉。該部分主要為煤粉監測部分提供排采水，以便對排采水中的煤粉進行監測。因此，在煤層氣井的排水管14上連接一根進水管12，進水管12直徑設計為50mm，該直徑大于排采水中煤粉的最大粒徑。
[0028]煤粉含量監測部分包括儲水箱2、直流電源5、水槽11、電極板8、鋼化玻璃過濾容器10、一級過濾網7和二級過濾網9，儲水箱2的下部為上大下小的錐形結構，進水管12的一端與排水管14連接，進水管12的另一端伸入到儲水箱2內，儲水箱2的下端通過上出水管18與鋼化玻璃過濾容器10的上端連接，鋼化玻璃過濾容器10的下端連接有下端伸入到水槽11內的下出水管19，進水管12上設有第一流量調節閥6，儲水箱2上設有第一密度傳感器3，上出水管18上設有第二流量調節閥6a和位于第二流量調節閥6a下方的流量傳感器4，鋼化玻璃過濾容器10上連接有第二密度傳感器3a，下出水管19上設有第三流量調節閥6b，水槽11上連接有第三密度傳感器3b，一級過濾網7的網孔大小大于二級過濾網9的網孔大小，一級過濾網7和二級過濾網9分別水平設在鋼化玻璃過濾容器10內，一級過濾網7位于二級過濾網9上方，鋼化玻璃過濾容器10的相對兩側的內壁上分別設有一塊電極板8，兩塊電極板8分別與直流電源5的正負極連接；所述第一密度傳感器3、流量傳感器4、第二密度傳感器3a和第三密度傳感器3b分別通過所述數據線16與數據采集處理部分連接。
[0029]煤層氣井排采過程中，針對不同的煤儲層、不同的排采階段和排采強度，產出水中的煤粉含量會有所不同。產水中的煤粉含量監測，主要依據第一密度傳感器3、流量傳感器
4、第二密度傳感器3a和第三密度傳感器3b等數據監測設備。
[0030]①、儲水箱2
[0031]目前的煤粉監測方法主要是采取目測的方法，但受到人為因素的影響較大，測得的結果以定性為主。該部分的設計考慮了在監測的過程中的煤粉沉淀問題，將儲水箱2下部設計為上大下小的錐形狀，防止煤粉的沉淀對監測結果的影響。
[0032]②、流量傳感器4
[0033]流量傳感器4主要是監測從儲水箱2流入到鋼化玻璃過濾容器10中的水量，最終應用到煤粉含量的計算。流量傳感器4的選擇主要考慮了煤層氣井排采時產水量的最大值和最小值，保證最大值和最小值位于流量傳感器4的量程范圍內。該部分采用金屬管浮子式的流量傳感器4，其測量范圍是2.5-6000L/h,能夠基本滿足煤層氣井最大和最小排水量的要求。
[0034]③、鋼化玻璃過濾容器10
[0035]鋼化玻璃過濾容器10采取鋼化玻璃的材質，可以保障在過濾的過程中，及時觀測一級過濾網7和二級過濾網9上的煤粉含量，以及通過二級過濾網9后，排出的水中是否還存在可見的煤粉顆粒。如果存在可見的煤粉顆粒，通過調節第一流量調節閥6、第二流量調節閥6a或使用目數更多的二級過濾網9，使煤粉能夠及時的沉淀。
[0036]④、電極板8
[0037]煤層氣井在排采的過程中，抽采泵17 (桿)與管壁及煤粉之間的摩擦，會使煤粉和抽采泵17 (桿)帶有一定量的相反電性的電荷，形成電場。因此，煤粉隨水產出的過程中，煤粉會在電荷之間的引力及煤粉自身重力的作用下，沉淀在抽采泵17上，當聚集的煤粉含量過高時，就會發生排采過程中的卡泵現象。
[0038]本實用新型當中電極板8的作用就是模擬排采過程中的電場環境，監測煤粉中帶電性煤粉的含量，及時了解泵上煤粉含量，為及時處理提供指導。
[0039]⑤、密度傳感器
[0040]密度傳感器主要用于監測不同階段產出水的密度。該部分監測的密度有三處:第一密度傳感器3監測一級過濾網7之前的產出水的密度、第二密度傳感器3a監測一級過濾網7與二級過濾網9之間的產出水的密度、第三密度傳感器3b監測二級過濾網9之后的產出水的密度。第一密度傳感器3和第二密度傳感器3a的數值變化反映了在一級過濾網7及其上的電極板8上沉淀的煤粉含量，第二密度傳感器3a和第三密度傳感器3b的反映了二級過濾網9及級過濾網7、二級過濾網9之間的電極板8上沉淀的煤粉含量。
[0041]由于煤層氣井產水中的煤粉含量較少，因此，對第一密度傳感器3、第二密度傳感器3a和第三密度傳感器3b的精度要求較高，該部分采用TQ-886振動式密度傳感器，應用于泥漿，礦漿，溶劑分離，油品測量等領域，其量程是0-3g/cm3 (0-3000kg/m3)，精確度為±0.001g/cm3 (±lkg/m3)，其量程和精確度都能夠達到監測系統的要求。
[0042]⑥、流量調節閥
[0043]不同的排采階段產出水量會有所不同。通過調節第一流量調節閥6，控制注入到儲水箱2的產水量，達到分析不同排采狀態下煤粉含量的目的。同時，在流量較大，煤粉無法及時沉淀的情況下，通過調節第二流量調節閥6a和第三流量調節閥6b，降低注入到鋼化玻璃過濾容器10的產出水，使煤粉及時沉淀，減小監測結果的誤差。
[0044]⑦過濾網
[0045]本實用新型中，過濾網分為一級過濾網7和二級過濾網9，一級過濾網7允許通過的最大粒徑比二級過濾網9的大，即一級過濾網7的目數小于二級過濾網9的目數，其具體情況如圖2和圖3所示。
[0046]針對不同的煤質和排采強度，排采過程中的煤粉顆粒的粒徑會有所不同。因此，考慮不同的煤質和排采強度，需要選擇不同的一級過濾網7和二級過濾網9，目數與粒度之間的對應關系如下表1所示。
[0047]表1目數與粒度(um)對應關系表(1000目以內)
[0048]
【權利要求】
1.煤層氣井排采過程煤粉監測系統，其特征在于:包括生產部分、煤粉含量監測部分和數據采集處理部分，煤粉含量監測部分通過進水管(12)與生產部分連接，煤粉含量監測部分通過數據線(16)與數據采集處理部分連接。
2.根據權利要求1所述的煤層氣井排采過程煤粉監測系統，其特征在于:所述生產部分包括煤層氣井(13)、排水管(14)、抽采泵(17)和污水池(15)，抽采泵(17)設在煤層氣井(13)內，排水管(14)的一端與抽采泵(17)的出水口連接，排水管(14)的另一端伸入到地面上的污水池(15)內。
3.根據權利要求2所述的煤層氣井排采過程煤粉監測系統，其特征在于:所述煤粉含量監測部分包括儲水箱(2)、直流電源(5)、水槽(11)、電極板(8)、鋼化玻璃過濾容器(10)、一級過濾網(7)和二級過濾網(9)，儲水箱(2)的下部為上大下小的錐形結構，進水管(12)的一端與排水管(14)連接，進水管(12)的另一端伸入到儲水箱(2)內，儲水箱(2)的下端通過上出水管(18)與鋼化玻璃過濾容器(10)的上端連接，鋼化玻璃過濾容器(10)的下端連接有下端伸入到水槽(11)內的下出水管(19)，進水管(12)上設有第一流量調節閥(6)，儲水箱(2)上設有第一密度傳感器(3)，上出水管(18)上設有第二流量調節閥(6a)和位于第二流量調節閥(6a)下方的流量傳感器(4)，鋼化玻璃過濾容器(10)上連接有第二密度傳感器(3a)，下出水管(19)上設有第三流量調節閥(6b)，水槽(11)上連接有第三密度傳感器(3b), 一級過濾網(7)的網孔大小大于二級過濾網(9)的網孔大小，一級過濾網(7)和二級過濾網(9)分別水平設在鋼化玻璃過濾容器(10)內，一級過濾網(7)位于二級過濾網(9)上方，鋼化玻璃過濾容器(10)的相對兩側的內壁上分別設有一塊電極板(8)，兩塊電極板(8)分別與直流電源(5)的正負極連接；所述第一密度傳感器(3)、流量傳感器(4)、第二密度傳感器(3a)和第三密度傳感器(3b)分別通過所述數據線(16)與數據采集處理部分連接。
4.根據權利要求3所述的煤層氣井排采過程煤粉監測系統，其特征在于:所述數據采集處理部分為計算機(I)。
5.根據權利要求1-4任一項所述的煤層氣井排采過程煤粉監測系統，其特征在于:所述進水管(12)的內徑不小于50mm。
【文檔編號】G01N15/00GK203396675SQ201320514627
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】倪小明, 胡海洋, 吉小峰, 張崇崇, 楊艷輝 申請人:河南理工大學