射流真空设备高效节能技术原理及应用优势

煤层气井负压排采工艺技术研究

煤层气又称煤层瓦斯,它是在成煤过程中形成并赋存于煤层中的一种非常规天然气资源.煤层气的主要成分是甲烷.在早期的煤矿开采中,煤层气被认为是一种有害气体,它的富集区域内不仅常常引起煤矿爆炸等灾害事故,直接排放到空气中还会引起比二氧化碳高20～30倍的温室效应.随着煤层气工业的发展,它的有利价值逐渐被发现.煤层气中甲烷含量大于70%,有的甚至高达98%以上,甲烷燃烧值高,燃烧产物对大气无污染,是一种清洁,优质,高效的新型能源.合理并有效的开发煤层气,不仅可以解决能源短缺的问题,优化能源结构,提高能源利用水平,并且可以缓解大气污染,减少温室气体排放,促进经济与环境的协调发展.另外,开发煤层气还可以减少煤矿瓦斯爆炸的发生,确保煤矿安全生产.总之,开发煤层气具有一举多得的功效. 我国的煤炭资源储量丰富,总量位居世界前列,因而煤层气资源储量也相当可观.虽然在我国已有数十年的开发历史,但由于未得到充分重视,配套技术设施不完善,因而一直发展缓慢,还未达到市场化和系统化开采的程度.目前,我国主要的排水采气方法仍是有杆泵排采,虽然也取得了一定的成就,形成了一系列的理论体系,但仍然存在很多不可避免的问题,效果不是很理想.例如,由于煤层气排采过程中经常会带有煤粉,砂粒等固体颗粒,容易造成固相颗粒卡钻以及抽油杆偏磨等问题,设备使用寿命短,经常需要停泵修井,修井过程不仅费时费力,耗费成本,还影响煤层气的开发进度和质量.此外,由于有杆泵排采产生的压降低,造成的压降半径小,单井控制的储量不能很好的解放出来,这就造成了低渗煤层虽然会出现产气高峰,但是稳产周期不会太长的现象存在. 我国煤储层大部分具有低压,低孔,低渗的特点,地层压力梯度为0.8～1.OMPa/100m,平均孔隙度在10%左右,还有大部分孔隙不能相互连通而成为无效孔隙,绝大部分煤层的原始渗透率极低(基质渗透率一般小于10-3mD,裂缝渗透率一般介于0.1～100mD).基于这些客观因素的存在,在进行排水开发时,气体在煤层中驱动能力低,再加上现有的排采设备降低井底压力的能力有限,导致煤层气的解吸程度和运移速度低,造成稳产期不长,最终产量也不高的现象.要想获得煤层气的高效开发,延长稳定生产时间,就需要在排水降压上进行创新,寻求能够造成更高压差的排采设备,尽可能的扩大压降半径,使临界解吸压力传播的更远,使煤层气解吸的范围更广,最终提高煤层气的采收率. 水力射流泵是一种无杆采油设备,它利用高速流动的流体作为工作动力来传递能量,整个举升过程通过压能和动能的转换完成,不像其它类型的泵一样,必须有机械能量和流体能量的转换.由于其自身没有运动部件,且同时具有结构简单,排量大,易维护及成本低廉等一系列独特的特点,在许多工艺流程和恶劣的环境中具有明显的优越性和不可替代性.例如,对定向井,水平井和海上从式井的举升具有良好的适应性.另外,由于可以利用动力液的热力及化学特性,水力射流泵还可以用于高凝油,稠油和高含蜡井等.随着科技的发展,水力射流泵的优势日益突出,受到越来越多的重视.目前已有利用射流泵钻井,排采常规气的应用,还有利用射流泵采煤的研究.除了在石油行业的应用外,射流泵在其他各行各业也发挥了其良好的优势,应用范围日益广阔. 本论文首先对煤层气和射流泵的国内外情况进行了调研,然后分析了煤层气在煤层气藏内的吸附,解吸,渗流规律及压力在煤层气藏内的传播规律,并对射流泵排采系统进行了简单介绍,对射流泵工作原理,基本参数,特性等进行了研究.在分别分析了煤层气特点及射流泵优势的基础上,以国外射流泵排采煤层气的技术作为借鉴和参考,探讨将水力射流泵应用在我国煤层气排采中的新技术.该技术旨在利用射流泵高速射流造成强大的真空度的效果,极大的降低井底压力,使井底压力降到OMPa,-1MPa,-5MPa,-10MPa,甚至更低的负压,使生产压差成倍的增大,获得比常规排采技术更大的生产压差,极大地提高压降半径,促使煤层气解吸更充分,解吸范围更广,促使煤层气实现由"点"到"面"的排采,即实现区域内的面积排采,最终达到煤层气高产,稳产和提高采收率的效果.该研究中提出了"面积排采","负压"等形象化的概念,分析了此项新技术的设计思路,设计方法,技术要求,注意事项以及突出的优点等,确定了该项技术的可行性. 本论文还对所需的射流泵进行了设计和优化.详细分析了水力射流泵在煤层气井生产中的主要设计步骤,主要设计内容包括井底流压,下泵深度,压力温度系统的计算,结合泵的无量纲特性曲线确定扬程,动力液系统分析及地面工作参数的确定.其中,确定井底流压时,由于排采阶段的不同,煤层内的渗流相态也不同,因此,在对煤层的流入动态进行分析时,进行了分阶段的讨论,以便确定设计产量下的井底流压.关于射流泵的优化方面,对组成射流泵的喷嘴,喉管和扩散管等关键部件进行了研究,分析了各部件的直径,长度等.另外,还从能量守恒的角度出发,以获得最优泵效为目的,给出了计算射流泵参数方程的新方法,对今后的研究及应用具有积极的借鉴意义.

第四代真空射流装置节能技术改造

第三代真空射流装置抽真空阶段效率不高。改进后的第四代节能式真空预压射流装置,结构上使射流泵和射流器分开,从而达到水气的彻底分离,设备上采用小功率泵替代原射流泵,极大地提高抽气效率,可广泛应用于真空预压施工中。

第四代真空射流装置射流系统节能技术改造

第三代真空射流装置在结构上射流泵和射流器一同安装在射流箱中,水气不能彻底分离.抽真空阶段效率不高。改进后第四代节能式真空预压射流装置,结构上使射流泵和射流器分开,从而达到水气的彻底分离,设备上采用小功率泵替代原射流泵,大大提高了抽气效率。

基于液气射流的负压蒸汽加热系统设计与试验

针对当前100℃以下的低温加热工艺在农业,化工,食品加工业中存在加热效率低,温度难以精确维持,自动化程度低,设备成本高等问题,集成射流泵抽空技术,PLC控制技术,控温调压技术,设计开发一种基于液气射流的负压蒸汽加热系统.该系统由智能控制系统,液气射流真空循环系统,降温调压系统和循环水调节系统组成,通过液气射流泵抽空提供蒸汽负压环境,结合减温减压装置和PLC智能控制系统对负压蒸汽进行控制,实现负压蒸汽对物料的精准自动化加热.详细阐述负压蒸汽加热系统的工作原理,确定关键部件射流泵设计结构和相关参数,并对其进行流体数值模拟的相关验证,模拟结果与实际误差在10%以内,表明射流泵设计合理可靠性高.对系统的加热性能进行试验,结果表明:基于液气射流的负压蒸汽加热系统可以精确控制蒸汽温度进行加热,同时加热温度曲线平缓,快速升温阶段真空度上下浮动0.003 MPa,平衡阶段真空度上下浮动0.002 MPa,加热温度浮动也在±1℃,更好地适应不同物料的加热温度,在加热效率方面优于水浴加热约2倍.该研究可解决传统水浴加热显热加热不均匀,控制精度差,加热过程缓慢,生产能力较低等问题,为农产品,化工产品深加工的加热方式,系统及装置提供新的思路与参考.