液力投捞式排砂排煤粉采气装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及液力投捞式排砂排煤粉采气装置及方法。该采气装置包括顺序连通的地面装置，连接装置和井底装置，所述地面装置包括罐身设置有流体进口和流体出口的沉淀罐、分别与之出口和进口连通的地面管道和返液管，以及与下述井口装置连通的采气管；所述连接装置包括井口装置、搭置于井口装置的动力液管和混合液管；所述井底装置包括与动力液管和混合液管均连通的正循环反向喷射射流泵；其中，所述地面动力液管道和返液管通过井口装置分别与动力液管和混合液管连通；所述混合液管套在动力液管外面。本发明专利技术针对于目前单平台多井的煤层气井的情况，可以实现泵组并联，共享动力液管道、气液分离、沉淀罐，降低成本，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钻井与煤层气开采
，主要涉及煤层气采集设备领域，具体涉及液力投捞式排砂排煤粉采气装置及方法。
技术介绍
煤层气是煤在生成过程中的一种伴生物，是一种具有很高价值的优质的清洁能源，随着对环保的日益重视，煤层气的开采得到更多人的关注，在我国，煤层气已被纳入推动能源生产和消费革命的重要载体。煤层气的开采在我国已经有很长一段时间，从石油开采的方式移植过来的煤层气开采方式有着自身的发展规律。随着技术积累和进步，煤层气井逐渐由直井、斜井向定向井、水平井的方向发展。同时受控于国家土地政策和成本的需求，单井井场越来越不能满足要求，而平台式的多井、从式井模式受到了行业的青睐。在煤层气的开采过程中，需要排水采气降低井底压力，当压力降低至煤层气的解析压力时，煤层气析出后进入井筒，随后被采集地面管网。由于煤层气解析的特殊性，要求排水稳定可靠。同时降低井底压力时，地层水也会流入井底，煤层内的煤粉和压裂砂也会流入井底。煤粉和压裂砂会导致埋没采气管柱，堵塞采气通道，因此需要把煤粉和压裂砂排到地面，因此煤层气井排采作业的核心任务之一为煤粉管理。排水采气设备主要为移植采油设备，通常为有杆抽油系统在，而在煤层气井排采现场应用中，有杆泵在前期排采中能排出少量的煤粉，但在稳产及后期的低排量条件下，却无法有效地排出煤粉。而煤粉质量分数超标是导致卡泵停机的主要原因，井筒中的煤粉引起卡泵，进而需要修井作业、严重影响了煤层气井的连续生产。而大斜度井、定向井、水平井的兴起，又给有杆泵系统带来了管杆偏磨的问题，增加了生产检修成本。煤层气井的开采需要连续对煤层气井进行排水采气管理，导致需要大量人员进行不间断管理，人工成本越来越高，因此对远程控制，自动控制，甚至智能控制提出了需求。常规的井底排采技术为有杆泵技术，通过抽油驱动杆驱动井底设备进行排水采气。适用于直井。现在煤层气井多采用从式井，水平井，如果采用常规有杆泵技术，在造斜段将会造成抽油驱动杆与套管的偏磨，设备需经常维护，因此常规有杆排采设备并不适用于有造斜段的煤层气井排采。目前常用的排采设备包括电动潜油螺杆泵和活塞泵。电动潜油螺杆泵是一种成熟的井底无杆排采设备。它是由多级潜油电动机、螺杆泵、减速齿轮等主要部件构成，通过地面变频器进行排量控制，由电动机驱动螺杆泵进行工作。螺杆泵主要由定子和转子组成，定子是一个内部带螺旋型的橡胶套钢管组成；转子是一根适应定子螺旋的金属螺杆。在定转子之间形成密封腔体，当转子在电动机驱动下选择时，螺旋腔体就会从一端移动向另一端，产生泵的作用。从井底吸入的地层液就会随着腔体的螺旋移动向泵口排出，并经油管输送到地面。电动潜油螺杆泵的排量可达10-150m3/D，扬程900-2200m，适用于砂粒直径小于0.1mm，地层液含砂小于3％，温度小于150℃的工作环境。电动潜油螺杆泵结构简单，与有杆泵相比，电动潜油螺杆泵能节能30％-60％，而且排采连续平稳，无脉动冲击现象，可达90％的高效率。适用和维护简单，运行成本低。活塞泵是一种利用液力驱动的无杆抽油设备，由地面液压站提供高压动力，经连接装置和油管送入井底活塞泵，活塞泵在井底做往复活塞运动，抽吸地层液并挤压地层液排到地面。分为动力液与产出液混合的开式循环泵和动力液不与产出液混合的闭式循环泵，液压驱动液多为油基和水基两种，也可利用液力进行投捞，活塞换向可在井底换向，也可在地面驱动液进行换向。活塞具有大的能耗产出比，生产效率高的特点。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：现有技术中常用的排采设备仍需改进，例如：针对电动潜油螺杆泵，由于螺杆泵的结构限制，当地层液温度较高，地层液含砂和煤粉较高时，将会严重影响螺杆泵定子橡胶的使用寿命。同时电动潜油螺杆泵不适合排量小于10m3/D的情况，由于排量低，排出的地层液流速也低，不足以对电动机进行冷却，易造电动机故障。因此不适用于煤层气井的后期排采作业。针对活塞泵，由于煤层气井的地层液含有煤粉或压裂砂等小直径固体颗粒，导致活塞泵缸体磨损快，工作一段时间后内部泄漏大；由于地层液含有游离气，易在活塞内形成气锁导致工作效率下降，形成维护成本高，维护次数多的特性。因此活塞泵应用于煤层气井的排水采气还有待与进一步改进。本专利技术的目的是解决煤层气井完井后的自动排水采气问题。目前煤层气井多为大斜度井、定向井、水平井。排采初期排水量一般为20m3/D，根据井矿不同，每日液面降低1m-5m，同时排水量逐渐减小，一年后排水量达到1m3/D。排采时液体一般含煤粉1-2％，高峰段是煤粉含量高达8-9％。液体投捞式自动控制排砂排煤粉系统能满足排采情况变化大的要求。同时该系统对高悬浮、高粘度的液体同样有很好的效果。通过调整地面高压动力液的输出，常规装置能实现1-70m3/D排量的调节。针对于目前单平台多井的煤层气井的情况，可以实现泵组并联，共享动力液管道、气液分离、沉淀罐，降低成本。利用流量控制设备实现单井自动控制排采。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种液力投捞式排砂排煤粉采气装置，包括地面装置、连接装置和井底装置。地面装置提供满足要求的动力液，控制单井动力液的需求量，实现返回液的气液分离，固相沉淀，采集生产需求的各类参数。连接装置提供地面动力液与井底装置的通道，实现液力通道的交换。井底装置为排水产气装置，按照排采工艺实现排出定量的地层液或井底压力的设定值降压。具体来说，针对现有技术的不足，本专利技术提供了如下技术方案：一种液力投捞式排砂排煤粉采气装置，包括顺序连通的地面装置，连接装置和井底装置，其特征在于，所述地面装置包括罐身设置有流体进口和流体出口的沉淀罐1、分别与之流体出口和流体进口连通的地面管道和返液管12，以及与下述井口装置11连通的采气管14；所述连接装置包括井口装置11、悬挂于井口装置11内的动力液管16和混合液管15；所述井底装置包括与动力液管16和混合液管15均连通的正循环反向喷射射流泵17；其中，所述地面管道和返液管12通过井口装置11分别与动力液管16和混合液管15连通；所述混合液管15套在动力液管16外面或与动力液管16并排设置。优选的，上述采气装置中，所述沉淀罐1内设置有多级隔板槽，所述流体出口设置在流体流经的最后一级隔板槽处。优选的，上述采气装置中，所述正循环反向喷射射流泵17包括泵筒25和泵芯，所述泵芯内设置有动力液流道、地层液流道和混合液流道，所述动力液流道入口与动力液管16下端连通，所述混合液流道出口与所述混合液管15下端连通；其中，所述动力液流道沿动力液流向依次设置有：与所述动力液管16连通的起始段流道511、沿所述泵筒筒壁设置的引流段流道514和压力腔515，所述压力腔515在与起始段流道511中流体流向相反的一端设置有喷嘴29。优选的，在所述引流段流道514处，泵筒作为流道管壁的一部分，与泵芯配合形成引流段流道514。优选的，上述采气装置中，所述混合液流道沿流体流向依次设置有喉管28、扩散管27和出口段混合液流道，所述喉管28与喷嘴29连通，所述喉管28中流体流向与起始段流道511中流体流向相反；所述出口段混合液流道中流体流向与动力液流道的起始段流道511中流体流向的夹角≥90°。优选的，上述采气装置中，所述泵芯内还设置有用于连通起始段流道511和引流段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液力投捞式排砂排煤粉采气装置，包括顺序连通的地面装置，连接装置和井底装置，其特征在于，所述地面装置包括罐身设置有流体进口和流体出口的沉淀罐(1)、分别与之流体出口和流体进口连通的地面管道和返液管(12)，以及与下述井口装置(11)连通的采气管(14)；所述连接装置包括井口装置(11)、悬挂于井口装置(11)内的动力液管(16)和混合液管(15)；所述井底装置包括与动力液管(16)和混合液管(15)均连通的正循环反向喷射射流泵(17)；其中，所述地面管道和返液管(12)通过井口装置(11)分别与动力液管(16)和混合液管(15)连通；所述混合液管(15)套在动力液管(16)外面或与动力液管(16)并排设置。

【技术特征摘要】
1.一种液力投捞式排砂排煤粉采气装置，包括顺序连通的地面装置，连接装置和井底装置，其特征在于，所述地面装置包括罐身设置有流体进口和流体出口的沉淀罐(1)、分别与之流体出口和流体进口连通的地面管道和返液管(12)，以及与下述井口装置(11)连通的采气管(14)；所述连接装置包括井口装置(11)、悬挂于井口装置(11)内的动力液管(16)和混合液管(15)；所述井底装置包括与动力液管(16)和混合液管(15)均连通的正循环反向喷射射流泵(17)；其中，所述地面管道和返液管(12)通过井口装置(11)分别与动力液管(16)和混合液管(15)连通；所述混合液管(15)套在动力液管(16)外面或与动力液管(16)并排设置。2.根据权利要求1所述的采气装置，其中，所述正循环反向喷射射流泵(17)包括泵筒(25)和泵芯，所述泵芯内设置有动力液流道、地层液流道和混合液流道，所述动力液流道入口与动力液管(16)下端连通，所述混合液流道出口与所述混合液管(15)下端连通；其中，所述动力液流道沿动力液流向依次设置有：与所述动力液管(16)连通的起始段流道(511)、沿所述泵筒筒壁设置的引流段流道(514)和压力腔(515)，所述压力腔(515)在与起始段流道(511)中流体流向相反的一端设置有喷嘴(29)。3.根据权利要求2所述的采气装置，其中，所述混合液流道沿流体流向依次设置有喉管(28)、扩散管(27)和出口段混合液流道，所述喉管(28)与喷嘴(29)连通，所述喉管(28)中流体流向与起始段流道(511)中流体流向相反；所述出口段混合液流道中流体流向与动力液流道的起始段流道(511)中流体流向的夹角≥90°。4.根据权利要求2或3所述的采气装置，其中，所述泵芯内还设置有用于连通起始段流道(511)和引流段流道(514)的承接段流道(513)，所述承接段流道还连通有支流流道(512)，所述支流流道(512)与动力液管(16)连通，且与起始段流道(511)呈夹角。5.根据权利要求2-4任一项所述的采气装置，其中，所述地层液流道与所述喉管(28)连通，地层液流道设置有复位固定阀(30)，所述复位固定阀(30)上安装有弹簧。6.根据权利要求2-5任一项所述的采气装置，其中，所述正循环反向喷射射流泵(17)泵芯还设置有用于隔离动力液流道、地层液流道和混合液流道的密封(31)。7.根据权利要求2-6任一项所述的采气装置，其中，所述井底装置还包括与地层液流道连通的尾管(18)和置于尾管(18)内腔的吸入管(19)，所述尾管(18)在连通地层液流道的一端设置有筛管。8.根据权利要求1-7任一项所述的采气装置，其中，所述地面管道包括与沉淀罐(1)依次连接的低压管道(2)、高压泵(4)和高压管道(6)；其中，所述低压管道的压力小于或等于1.6MPa；所述高压管道的压力范围为大于1.6MPa；所述地面装置还包括用于调控流量和/或压力的自动调控装置，与高压管道(6)连接。9.根据权利要求8所述的采气装置，其中，所述高压管道(6)上安装有远程压力表(5)，所述远程压力表(5)与自动调控装置连接。10.根据权利要求8或9所述的采气装置，其中，所述高压管道(6)设置有高压分支管道。11.根据权利要求1-10任一项所述的采气装置，其中，所述返液管(12)上设置有气液分离器(13)，所述气液分离器(13)通过管道与采气管(14)相连通。12.根据权利要求1-11任一项所述的采气装置，其中，所述井口装置(11)包括高压井口流程件、低压井口流程件、顶部阀门(231)、与顶部阀门连接的十字四通(233)、井口(110)和设置于井口(110)内的悬挂装置(232)，所述高压井口流程件包括并列设置的中心高压管(61)和环空高压管(62)，均与高压管道(6)连接；所述低压井口流程件包括并列设置的中心低压管(211)和环空低压管(221)，均与返液管(12)连接；所述混合液管(15)通过悬挂装置(232)与环空高压管(62)和环空低压管(221)连接；所述动力液管(16)通过十字四通(233)与中心高压管(61)和中心低压管(211)连接。13.权利要求1所述液力投捞式排砂排煤粉采气装置的采气方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)混合液的煤粉和地层砂在沉淀罐中沉入罐底后，沉淀罐中所得液体依次经过地面管道，通过井口装置(11)流向动力液管(16)，进入井底装置的正循环反向喷射射流泵(17)；(2)在正循环反向喷射射流泵(17)的作用下，包含煤粉和地层砂的地层...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘升贵，李家斌，
申请(专利权)人：中矿瑞杰北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11