[发明专利]旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法

说明书

旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统，包括两个旋流分离装置和两个机械破碎装置，两个旋流分离装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的水平井段内左右两端，两个机械破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的左右两个竖直井段内，水平井段的中部内壁上均匀设有与煤层接触的排液缝隙。本发明通过在U型生产井内设置旋流分离装置实现对煤层排液中的煤屑初步分离，再通过机械破碎装置对初步分离后液体中煤屑充分破碎，避免了煤屑堵塞U型生产井，防止造成排液故障，保障了煤层气的高效、连续开采。

技术领域

本发明涉及煤层气排采技术领域，具体的说，涉及一种旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法。

背景技术

煤层气是煤炭伴生的一种非常规天然气，主要以吸附态存在于煤层基质中，目前煤层气井的生产是通过抽排煤储层中的承压水，使得煤层压力降到煤的解吸压力以下，吸附的甲烷解吸为大量游离态甲烷，并通过扩散和流动两种不同的机制运移到井筒，因此煤层气的产出是一个复杂的降压-解吸-扩散-渗流的过程。

煤层气排采是储层压力连续降低的过程,由于煤质脆性较大且容易粉碎,煤层容易坍塌且胶结性差,粉末及其它固相颗粒易产生运移等特性,在排采过程中受压力梯度与渗流的双重作用,煤层所受应力增大,因此使煤层便面发生脱离产生煤粉。排采过程中煤粉及其它固相颗粒进入有杆泵或螺杆泵中会使转子、定子和柱塞发生磨损,从而影响排采泵的效率,逼迫煤层气进行多次修井作业。尤其在煤层气产量稳定后期,由于煤层产水量的递减,水动力不足,要将在水中混合的煤粉排出地面很难,因此煤粉容易在井筒中发生沉降,长时间淤积、结垢,大大降低泵的效率,情况严重时还会有煤粉埋泵、卡泵等现象发生。因此,煤粉的产出是造成煤层气稳产、高产困难,影响了煤层气的整体经济开发效益的主要因素。煤层气中的煤粉有效排出对提高泵的运行寿命,延长检泵的周期,保证气井连续、稳定、长寿命排采,减少修井的次数有积极作用,同时对减少煤层气开发的成本,增加煤层气的采收率和经济效益,对提升我国煤层气的大规模的商业化开采有着重要的意义。

我国的煤层气产量绝大部分来自山西沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘的中、高煤阶煤层气，相对于美国、加拿大、澳大利亚等已成功开采煤层气的国家，由于成藏区域地质构造复杂，低煤阶煤化作用程度低，孔缝相对较多、基质松散，导致储层渗透率极低，开采利用难度大，因此必要开展符合我国煤层地质条件的排采生产理论和排采技术设备的研究工资，以满足煤层气开采实际的需要。

煤层气排采设备及其合理选型是保障煤层气井连续稳定排采的重要因素。所用的排采设备必须成熟可靠、持久耐用，此外还要有较大范围的排液能力，通常要求排液速度快，不怕井间干扰。而混杂在排液中的煤屑存在堵塞生产井的风险，并最终导致地层压力回升、裂隙再次被水填充，因此排采设备应具有可靠的防煤屑的措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法，本发明通过在U型生产井内设置旋流分离装置实现对煤层排液中的煤屑初步分离，再通过机械破碎装置对初步分离后液体中煤屑充分破碎，避免了煤屑堵塞U型生产井，防止造成排液故障，保障了煤层气的高效、连续开采。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统，包括两个旋流分离装置和两个机械破碎装置，两个旋流分离装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的水平井段内左右两端，两个机械破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的左右两个竖直井段内，水平井段的中部内壁上均匀设有与煤层接触的排液缝隙。

旋流分离装置为旋流分离器，左侧旋流分离器竖向固定设置在水平井段内左端且位于左侧竖直井段与水平井段左端的连接处，左侧旋流分离器包括腔体，腔体内壁上沿竖向设置有螺旋槽流道，腔体的右侧部设置有进液管，进液管的右端设置有与水平井段左端口对接且左小右大的第一喇叭口，腔体的上端设置有排液管，排液管的上端设置有与左侧竖直井段的下端口对接且上大下小的第二喇叭口，腔体的下端穿过水平井段下侧壁并伸入到煤层中，腔体的下端设置有排渣口。