控压气举排水采气设备及方法技术

本发明专利技术涉及控压气举排水采气设备及方法。更具体地，本发明专利技术涉及一种采用压力控制技术和气举技术相结合实现排水采气的设备。该控压气举排水采气设备包括埋设于气井内的、彼此嵌套配置的内层管(11)、中间管(9)以及外层管(8)，内层管(11)设置有气举阀(7)和压力控制阀(13)，压力控制阀(13)与气压源(1)连接并且能够控制气压源(1)的工作。此外，本发明专利技术还提供了一种利用上述控压气举排水采气设备进行地层气采集的方法。通过采用上述技术方案，本发明专利技术提供了一种设备结构简单、成本低、采气效果好且适应性强的控压气举排水采气设备及方法。

【技术实现步骤摘要】
控压气举排水采气设备及方法
本专利技术涉及一种控压气举排水采气设备及方法。更具体地，本专利技术涉及一种采用压力控制技术和气举技术相结合实现排水采气的设备以及采用该设备进行地层气采集的方法。
技术介绍
在地层气开发过程中，需要不断排出地层的水以降低地层压力。对应于地层气、例如煤层气的开采机理，具有以下3个阶段:第I阶段为排水降压阶段，在本阶段内主要排出煤层水，生产时间可能为几天或数月；第2阶段为正常排采阶段，在本阶段内煤层气产量相对稳定，煤层水产量逐渐下降，本阶段一般为高峰产气阶段；第3阶段为煤层气产量下降阶段，此阶段随着压力下降，煤层气产量下降，并产出少量煤层水或微量煤层水。综上可知，在整个煤层气生产过程中，煤层水产量变化大，早期会产出大量的煤层水;然后，煤层水产量相对减少，甚至很小。因此，所选用的排水采气方法应兼顾前后期排水量变化，适用范围要大，需要能够维持一个合理的井底压力，以有利于煤层气解吸。对于煤层气开采，排水采气是核心。排水是为了降低井底压力以利于煤层气的解吸，不同的开采阶段有不同的排采要求，初期排水量大，后期排水量相应减小。采气是目的，为了有利煤层气的解吸，要维持一个合理的井底流压。为了实现上述排水采气，现有的方法有:A有杆栗有杆栗地面为抽油机，井下为管式栗，动力从地面经过抽油杆传到地下，抽油栗的柱塞在抽油杆柱的带动下往复运动，将井筒中的液体举升到地面，属于一种特殊形式的往复栗。在排采不同阶段，根据排量变化调整栗型，并可通过调速电机调频，根据各井情况选择适当的排采强度。仅适合于排液量不大，井斜不严重，出砂、煤粉较少的井上使用。对于产气量极高或出砂的井，常造成卡栗、偏磨等问题，需要进行特殊的井下设计。B螺杆栗螺杆栗由定子和转子组成，生产时，转子转动，转子和定子之间形成的密闭空间会随着转子的转动不断变换位置，逐渐沿着螺杆栗轴向方向前进，密闭空间内的液体就会随着向地面排出，下端不断形成的密闭空间会陆续地带着液体向上移动，如此循环，实现举升。螺杆栗结构简单，占地面积小、维护简单，排量范围较大。适合产水量中等的排采井，气液比过高和栗抽空都会造成严重的磨损问题，一旦磨损就要全部更换，成本较高。C电潜栗电潜栗是潜没在被栗送介质中的离心栗，将电栗机组装置通过油管下入井下，多级离心栗装置高速旋转，将井筒中流体从油管中排出。电潜栗排量范围大，扬程高，可形成较大的生产压差，可根据排液变化要求进行变频调速，地面占用面积小、空间小、使用寿命长、便于管理。电潜栗对供电质量要求较高，对栗的沉没度有一定要求。目前的外部环境和技术条件不够成熟，离心栗用的不多。D水力喷射栗水力喷射栗是水力栗的一种类型，没有运动部件，靠地面高压动力液经过喷嘴将能量传递给地层的产出液实现排采。首先通过喷嘴把地面的高压液体注入油管，把压能转化为动能，高速喷射的流体与周围的液体混合完成能量的传递，混合液也具有很高的速度，流体经过喷嘴向外扩散时，面积突然增大，动能转换成压能，井底压力增加，液体就会在压力的作用下排出地面。理论排量范围大，井下设备没有运动部件，耐磨抗腐蚀，但举升效率低，小于25%。为防止气腐蚀，需要较高的吸入压力和沉没度;地面设备庞大，维护成本高，较高的工作压力不能满足煤层气的生产压差要求。E常规气举法气举是在油管的一定深度将外来的高压气体注入气举管内的一种举升方式，注入的高压气体进入井筒液体中，降低了井筒内液柱的密度，减少滑脱，降低了井底流压。常规气举从套管进气，油管排液。气举工艺本身没有运动部件，结构简单，不受固体颗粒影响，不受气体影响，排量范围大，适应于大斜度井。适合排水采气初期，排液量大，排采后期由于地层水量少，气举法受到限制。F双管气举法例如，公开号为CN 203257380U，名称为“一种新型煤层气排采设备”的中国技术专利于2013年新推出一种新型煤层气气举排采设备。它由双壁管、单壁管、气液混合器、气举单流阀、单流阀等主要设备构成。控制系统通过液面采集装置的数据，计算使用压缩空气的压力和排量，再将压缩空气从压缩空气注入口注入到双壁管外管与双壁管内管之间的环空中，经单流阀在气液混合器内部充分混合，在气举单流阀的作用下，将气液混合物通过双壁管内管内腔，到达气液混合流体排出口排出。这个技术避免了传统技术排采煤层气过程中产生的偏磨、卡栗、电机过热等问题，同时避免了输入与产出气液多相混合的问题，方便煤层气的开米。上述双管气举法需要在井口安装液面采集装置，控制系统利用采集的数据，计算并控制压缩机的压力和压气量，实际操作起来比较复杂。该气举方法也只能适用于排液量大的排水采气初期，排采后期由于地层水量少，该技术也受到限制。另外，井下复杂状况，该气举方法也没有考虑过滤、污染洗井功能，不可避免增加修井作业成本。综上所述，上述现有技术均存在技术缺陷。具体地，有杆栗技术成熟，操作简单，但难以适应不同排采阶段出液量的变化需求，且偏磨、卡栗一直是困扰现场生产的大问题;螺杆栗结构简单，占地少，排采后期出水少，螺杆栗容易在抽空的情况下烧栗，如果出现严重磨损须更换全套井下装置；电潜栗排量较大，但工作条件比较苛刻，成本也高，排采后期沉没度不高也容易出问题;水力喷射栗理论排量范围大，耐磨抗腐蚀，但举升效率低，维护成本高，且较高的工作压力不能满足煤层气的生产压差要求;气举适合排水采气初期，排液量大，排采后期由于地层水量少，气举工艺就受到限制；2013年新推出的双管气举法排采设备，仅适用于排液量大的排水采气初期，且地面控制设备复杂，不宜维护。因此，现有技术的排水采气工艺各有缺点，不能满足煤层气开采的特殊要求，不能兼顾前后期排水量变化，不能维持一个合理的井底压力，不利于煤层气解吸。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种如下的控压气举排水采气设备及方法:其将压力控制技术和气举技术相结合，使用普通的气压源(空气压缩机)可满足不同阶段的排水量要求;压力控制阀(井下控制阀)维持开采压力的同时，自动控制空气压缩机启停，提高工作效率;该设备还避免了传统排采过程中存在的偏磨、卡栗、烧栗等问题;应用范围广，可用于一机多井、从式井;井下气液分离后输入气与产出气不再需要在地面单独分离，配置简单维护方便，满足现代排水采气长期有效稳产降耗的要求;还可以满足井下过滤和自洗井的功能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案。本专利技术提供一种如下的控压气举排水采气设备，所述控压气举排水采气设备用于采集地层气，所述控压气举排水采气设备包括用于埋设于气井内的、彼此嵌套配置的内层管、中间管以及外层管，所述内层管的内部的第一空间与气压源以及气液分离装置连通;所述内层管和所述中间管之间包围的第二空间与所述气压源以及所述气液分离装置连通;并且所述中间管与所述外层管之间包围的第三空间与所述地层气的采集通道连通;其中，所述第一空间与所述第二空间能够实现单向导通，所述第二空间与所述第三空间能够实现双向导通;所述内层管设置有气举阀和根据所述第二空间中的压力进行开闭的压力控制阀，所述压力控制阀与所述气压源连接，并且能够控制所述气压源的工作。优选地，在所述内层管的底部设置用于实现从所述第二空间向所述第一空间单向导通的单流阀，并且在所述内层管的底部设置有位于所述单流阀的下方的、用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控压气举排水采气设备，所述控压气举排水采气设备用于采集地层气，其特征在于，所述控压气举排水采气设备包括用于埋设于气井内的、彼此嵌套配置的内层管(11)、中间管(9)以及外层管(8)， 所述内层管(11)的内部的第一空间与气压源(I)以及气液分离装置(6)连通， 所述内层管(11)和所述中间管(9)之间包围的第二空间与所述气压源(I)以及所述气液分离装置(6)连通，并且 所述中间管(9)与所述外层管(8)之间包围的第三空间与所述地层气的采集通道连通， 其中，所述第一空间与所述第二空间能够实现单向导通，所述第二空间与所述第三空间能够实现双向导通， 所述内层管(11)设置有气举阀(7)和根据所述第二空间中的压力进行开闭的压力控制阀(13)， 所述压力控制阀(13)与所述气压源(I)连接，并且能够控制所述气压源(I)的工作。2.根据权利要求1所述的控压气举排水采气设备，其特征在于，在所述内层管(11)的底部设置用于实现从所述第二空间向所述第一空间单向导通的单流阀(14)，并且 在所述内层管(11)的底部设置有位于所述单流阀的下方的、用于过滤杂质的第一筛管(15)，在所述第一筛管(15)的下方设置有尾堵件(16)。3.根据权利要求1所述的控压气举排水采气设备，其特征在于，在所述中间管(9)的底部设置有用于实现所述第二空间与所述第三空间的双向导通的双向阀(17)，并且 在所述中间管(9)的底部设置有位于所述双向阀的下方的、用于过滤杂质的第二筛管(18)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的控压气举排水采气设备，其特征在于，所述内层管(11)、所述中间管(9)和所述外层管(8)同心配置， 在气井口处，设置有用于固定所述内层管(11)且与所述内层管(11)连通的第一管挂(4)和/或设置有用于固定所述中间管(9)且与所述中间管(9)连通的第二管挂(5)。5.根据权利要求1-3中任一项所述的控压气举排水采气设备，其特征在于， 在竖直高度方向上，所述中间管(9)的底部和所述外层管(8)的底部均位于包含所述地层气的地层(12)的下方。6.根据权利要求1-3中任一项所述的控压气举排水采气设备，其特征在于，在所述内层管(11)上，从上至下依次配置的所述气举阀(7)和所述压力控制阀(13)。7.一种控压气举排水采气方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1-6中任一项所述的控压气举排水采气设备，所述方法包括如下阶段: a.排水降压阶段，在所述第一空间、所述第二空间和所述第三空间处于充满井液(10)的初始状态下，利用所述气压源(I)向所述第二空间输入动力气，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：申茂和，许红保，
申请(专利权)人：北京泰斯特威尔技术有限公司，申茂和，许红保，
类型：发明
国别省市：