煤層氣井平行管不壓井排煤粉系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本
發(fā)明涉及
煤層氣井及油氣田開發(fā)技術領域,特別涉及一種
煤層氣井平行管柱排煤粉系統(tǒng),主要用于清除煤層氣井沉積煤粉、煤焦、煤泥等固形顆粒。
背景技術
[0002] 煤層氣開采是一個排
水降壓采氣的過程。在抽排過程中,由于鉆井、固井和壓裂對井壁以及周圍煤層的影響,加上強排水等因素,以及煤層結構和
地層構造原因,不可避免地要有煤粉、煤泥和煤焦等固性物質產出,如果這些產出的固性物質,沒有被產出液帶出井筒,而大量沉積在煤層氣井的底部,就會導致埋
泵和卡泵等,造成排采停頓,為了恢復生產,必須將沉積在井底的固性物質排出地面。
[0003] 目前,煤層氣井的排煤粉主要采用機械撈煤粉。油田常規(guī)水
力沖砂的工藝方法也不適用煤層氣井。主要是由于煤層氣井的地
層壓力比較低,若采用常規(guī)水力沖洗的方式來排煤粉,一方面使煤層氣井井底壓力升高,壓力漏斗無法擴展,一旦井底壓力高于煤層氣解析壓力,導致
吸附在煤基質的煤層氣無法解析,另一方面會造成沖砂液漏失嚴重,返出量遠小于進入量,從而污染地層;煤層具有壓縮性大,天然裂隙發(fā)育的特點,由于沖砂液的壓力較高,沖砂液會滲入到煤層中,破壞煤層的結構,造成產氣通道的破壞,這都影響煤層氣井產能的恢復,我們稱之為“壓敏效應”。
泡沫沖洗井底成本較高,舉升固形物質的能力不強,也并不適用于煤層氣井。
[0004] 在實現本發(fā)明的過程中,
發(fā)明人發(fā)現
現有技術至少存在以下問題:由于煤粉很容易懸浮于水中,很難確定煤粉是否全部撈出,效率非常低且不能全部清出固形顆粒;另外在修井的過程中,井口處于完全開放狀態(tài),一方面產出的煤層氣無法回收,造成資源浪費、污染環(huán)境,無法保證作業(yè)安全;另一方面煤層氣產氣速度加快,產出的煤粉量增加,堵塞產氣通道,產生“速敏效應”,影響煤層氣井產能的恢復。油田常用的常規(guī)水力沖砂工藝由于煤層氣井,會導致沖 煤粉液漏失嚴重,返出量遠小于進入量,不僅污染煤層,同時也增大了排水采氣的困難。另外,現有撈煤粉作業(yè)方式,在修井過程中,不能控制煤層氣井內液體的液面,造成煤層的濕潤污染。
發(fā)明內容
[0005] 為了解決現有技術的問題,本發(fā)明
實施例提供了一種煤層氣井平行管不壓井連續(xù)排煤粉系統(tǒng)及排煤粉方法。主要是用于清除煤層氣井底沉積的煤粉,在不傷害煤層的情況下,提高煤層氣井修井作業(yè)的效率。所述技術方案如下:
[0006] 提供了一種煤層氣井平行管柱排煤粉系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:安裝于作業(yè)井井口地面的地面部分和安裝于作業(yè)井井下的井下部分。
[0007] 所述地面部分包括固液分離裝置、泵車、平行管自密封裝置、平行管井口裝置、鼓
風機和煤層氣回收裝置,所述平行管自密封裝置通過
螺栓安裝于作業(yè)井口的
套管四通上,所述平行管井口裝置通過螺栓安裝于所述平行管自密封裝置上,所述平行管自密封裝置與所述煤層氣回收裝置管道連通,所述平行管井口裝置與所述鼓風機管道連通,所述鼓風機與所述煤層氣回收裝置管道連通,所述固液分離裝置與所述平行管井口裝置的出口管連通,所述泵車與所述平行管井口裝置的進口管連通,所述固液分離裝置與所述泵車管道連通。
[0008] 進一步地,所述井下部分包括第一油管、第二油管和平行管水力射流沖煤粉裝置,所述平行管水力射流沖煤粉裝置具有進液口和出液口,所述第一油管連通所述泵車和所述進液口,所述第二油管連通所述固液分離裝置和所述出液口。這樣,該煤層氣井平行管柱排煤粉系統(tǒng)通過下入兩組平行布置的連續(xù)油管與井下水力射流沖煤粉裝置以及地面裝置連接建立循環(huán)通路,利用水力射流沖煤粉裝置的
噴嘴噴射高速
流體產生
負壓吸附的“文丘里”效應,將井底的煤粉、煤焦、煤泥等固形顆粒吸入射流裝置,攜帶到地面;所述平行管自密封裝置可有效控制套管內煤層氣的壓力,避免速敏以及壓敏現象的產生,利于煤層氣井產能的恢復,另外從壓力控制
閥流出的氣體進入所述煤層氣回收裝置,有效避免資源浪費以及環(huán)境污染;所述鼓風機可將作業(yè)過程中將溢出的煤層氣卷吸到所述煤層氣回收裝置中,保證作業(yè)安全。
[0009] 進一步地,所述平行管自密封裝置與所述煤層氣回收裝置之間的連通管道上設置有壓力
控制閥,從所述壓力控制閥流出的氣體可控地進入到所述煤層氣 回收裝置內。這樣,壓力控制閥可有效控制套管內煤層氣的壓力,避免速敏以及壓敏現象的產生,利于煤層氣井產能的恢復,另外從壓力控制閥流出的氣體進入所述煤層氣回收裝置,有效避免資源浪費以及環(huán)境污染;所述鼓風機可將作業(yè)過程中將溢出的煤層氣卷吸到所述煤層氣回收裝置中,保證作業(yè)安全。
[0010] 進一步地,所述平行管自封裝置還具有頂蓋、壓
塊、襯套、殼體、密封
橡膠、O形
密封圈和閥
門。所述襯套安裝于所述殼體內部,所述襯套下端凸臺與所述殼體內部凹槽相配合,所述O形密封圈置于所述襯套與所述殼體之間,所述密封橡膠置于由兩個所述襯套組成的型腔內,所述頂蓋與所述殼體通過
螺紋連接,所述壓塊置于所述頂蓋與所述密封橡膠之間,所述閥門與所述殼體連接。
[0011] 進一步地,所述平行管水力射流沖煤粉裝置還具有高壓腔室、上噴嘴、下噴嘴、煤粉過濾網、喉管和擴散管,所述高壓腔室位于所述平行管水力射流沖煤粉裝置的下部,所述高壓腔室通過所述進液口與所述第一油管連通;所述下設置在所述高壓腔室的下端,所述上噴嘴設置在所述高壓腔室的上端,所述擴散管通過所述出液口與所述第二油管連通,所述喉管與所述擴散管連接,所述喉管的下端與所述上噴嘴正對設置。
[0012] 進一步地,所述平行管水力射流沖煤粉裝置的下段
側壁上開設有地層液吸入口,地層液入口安裝有所述過濾網,可有效的過濾掉大的煤粉顆粒,防止堵塞地層液入口。 [0013] 進一步地,所述泵車與所述進口管之間的管道上設置有動力液流量計,所述出口管與所述固液分離裝置之間的管路上設置有返出液流量計。
[0014] 進一步地,所述進口管與所述出口管之間還設置有連通管道,所述連通管道上安裝于閥門。
[0015] 另一方面,提供了一種煤層氣井平行管不壓井排煤粉方法,使用上述的煤層氣井平行管柱排煤粉系統(tǒng),所述方法的具體步驟為:
[0016] S1,確定作業(yè)井,在作業(yè)井井口安裝所述平行管自密封裝置以及平行管井口裝置,將所述第一油管和所述第二油管分別與所述平行管水力射流沖煤粉裝置相對應地連接,將所述第一油管和所述第二油管攜帶所述平行管水力射流沖煤粉裝置下放到作業(yè)井內的預期
位置。
[0017] S2,安裝好所述地面部分,進行系統(tǒng)試壓。
[0018] S3,探得煤粉面后,提升沖煤粉管柱至離煤粉面大于3m的高度,開啟系統(tǒng) 進行沖煤粉作業(yè)。
[0019] 本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0020] 通過下入兩組平行布置的連續(xù)油管與井下水力射流沖煤粉裝置以及地面裝置連接建立循環(huán)通路,利用水力射流沖煤粉裝置的噴嘴噴射高速流體產生負壓吸附的“文丘里”效應,將井底的煤粉、煤焦、煤泥等固形顆粒吸入射流裝置,攜帶到地面。這樣,該工藝由于采用連續(xù)油管,因此下放油管的速度較快;平行連續(xù)油管與井下負壓射流裝置構成回路系統(tǒng),實現不停泵連續(xù)沖煤粉作業(yè),提高目前煤層氣井修井作業(yè)的效率。另外通過平行管自密封裝置可有效控制套管內煤層氣的壓力,有效避免速敏以及壓敏現象的產生,利于煤層氣井產能的恢復;通過煤層氣回收裝置可以將在修井作業(yè)過程中產出的煤層氣進行回收再利用,防止資源浪費,并保證修井作業(yè)安全有效進行,從而最終實現不壓井連續(xù)排煤粉作業(yè),與目前主要采用機械撈煤粉的作業(yè)方式相比較,在保證作業(yè)安全的情況下,大大地縮短了作業(yè)時間周期,提高了排煤粉效率。
附圖說明
[0021] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1是本發(fā)明實施例一提供的煤層氣井平行管不壓井排煤粉系統(tǒng)結構以及該系統(tǒng)工作流程示意圖;
[0023] 圖2是本發(fā)明實施例一提供的系統(tǒng)中平行管自密封裝置的結構示意圖;
[0024] 圖3是本發(fā)明實施例一提供的系統(tǒng)中平行管自密封裝置的另一結構示意圖。 [0025] 附圖中各標注代表的技術特征為:
[0026] 1、泵車,2、鼓風機,3、煤層氣回收裝置,4壓力控制閥,5、高壓動力液,6、套管,7、第一油管,8、平行管水力射流泵沖煤粉裝置,9、煤層,10、混合地層液,11、流量計,12、固液分離裝置,131、第一閥門,132、第二閥門,14、平行管井口裝置,15、平行管自密封裝置,16、返出液,17、井口套管四通,18、第二油管,19、人工井底,81、導向接頭,82、擴散管,83、高壓腔 室喉管,84、上噴嘴,85、高壓腔室,86、煤粉過濾網,87、下噴嘴,88、進液口,89、出液口,151、壓塊,152、頂蓋,153、襯套,154、密封橡膠,155、O形密封圈,156、殼體,157、閥門,158、螺栓,1521、左頂蓋,1522、右頂蓋。
具體實施方式
[0027] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚,下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0028] 實施例一
[0029] 本實施例提供了一種煤層氣井平行管柱排煤粉系統(tǒng),參見圖1、圖2和圖3,該系統(tǒng)包括:安裝于作業(yè)井井口地面的地面部分和安裝于作業(yè)井井下的井下部分。其中,地面部分是該煤層氣井同心管排煤粉系統(tǒng)的操控機構,井下部分是該煤層氣井同心管排煤粉系統(tǒng)的執(zhí)行機構。
[0030] 具體地,地面部分包括固液分離裝置12、泵車1、平行管自密封裝置15、平行管井口裝置14、鼓風機2和煤層氣回收裝置3。其中,固液分離裝置12是將從井下排出的混合有煤粉和高壓水的泥狀物質進行分離,排出或者回收其中的煤粉,將分離后的常壓水返回到泵車1內進行重復使用;泵車1作為
增壓泵,將常壓液體轉變?yōu)楦邏阂后w并輸送到井下實施沖煤粉作業(yè);平行管自密封裝置15可在修井過程中對井內煤層氣體進行密封,并通過壓力控制閥4來調節(jié)套管內氣體壓力,確保井內壓力處于恒定值;鼓風機2是將作業(yè)過程中從密封橡膠中溢出的煤層氣卷吸到煤層氣回收裝置3中;煤層氣回收裝置3可將產出的煤層氣進行回收再利用,不僅能保護環(huán)境,而且還能確保作業(yè)安全性。
[0031] 地面部分各構件之間的連接關系是:
[0032] 平行管自密封裝置15安裝在作業(yè)井口套管四通17,平行管井口裝置14安裝于平行管自密封裝置15,平行管井口裝置14具有進口管和出口管。固液分離裝置12與平行管井口裝置14的出口管連通,兩者之間的連通管道使用高壓管道,這樣從井下排出的返出液16經該高壓管道從出口管輸送到固液分離裝置12內,由于該返出液16具有較高的壓力,因此連接固液分離裝置16與出口管的管道需要使用高壓管道。泵車1與平行管井口裝置14的進口管連通,兩者之間的連通管道也使用高壓管道,這樣,經過泵車1增壓的動力液成為高壓動力液, 高壓動力液經過該高壓管道從進口管輸送到井下進行沖刷煤粉。固液分離裝置12與泵車1管道連通,該兩者之間的管道可以使用普通輸液管道,因為經過固液分離裝置12處理后的返出液,固態(tài)的煤粉等被分離出排出,而液態(tài)的動力液變?yōu)槌海摰蛪簞恿σ?通常為水。鼓風機2通過管道分別與平行管井口裝置14、煤層氣回收裝置3連接,修井作業(yè)過程中從平行管井口自密封裝置15溢出的煤層氣在鼓風機2作用下進入到煤層氣回收裝置3,因此三者之間的連接采用普通的軟管連接;平行管自密封裝置15通過管道與煤層氣回收裝置3連接,由于兩者之間主要用于輸送煤層氣,因此可以采用軟管連接;煤層氣回收裝置3可將產出的煤層氣進行回收再利用。
[0033] 作為優(yōu)選的實施方式,泵車1與進口管之間的管道上設置有流量計11,流量計13能夠實時地測量到流經的高壓動力液的壓力,可以指示操控人員根據作需要增加或者減小高壓動力液的壓力。出口管與固液分離裝置12之間的管路上設置有流量計11。在平行管自密封裝置15與煤層氣回收裝置3之間設置有壓力控制閥4,操作人員可以通過壓力控制閥4來實時控制套管內氣體壓力。平行管自密封裝置3具有壓塊151、頂蓋152、襯套153、密封橡膠154、O形密封圈155、殼體156和閥門157。根據現場實際操作需要,本發(fā)明提供了兩種平行管自密封裝置15的結構,其結構分別如圖2和圖3所示,兩者區(qū)別僅在于頂蓋152結構的不同,第一種結構頂蓋152結構如圖2所示,為一整個圓盤體,而第二種結構頂蓋152結構如圖3所示,左頂蓋右頂蓋通過螺栓共同構成一個頂蓋。根據平行管自密封裝置15結構不同,其安裝方式也不相同。
[0034] 其中,如圖2所示的平行管自密封裝置15的安裝方式是:
[0035] 先將殼體156與頂蓋152安裝在作業(yè)井口,將第一油管7、第二油管18和平行管水力射流沖煤粉裝置8連接好經過頂蓋152與殼體156后放入井內;將襯套153安裝于殼體156內部,襯套153下端凸臺與殼體156內部凹槽相配合,襯套153設計為半圓形,因此兩個襯套153可組成兩個型腔,使兩根油管分別置于兩個型腔中;O形密封圈155置于襯套153與殼體156之間,可避免煤層氣從襯套153與殼體156之間的縫隙溢出;兩個密封橡膠154置于由兩個襯套153組成的型腔內,密封橡膠154設計為開口橡膠,可對油管進行密封;在襯套153以及密封橡膠上端安裝兩個壓塊151,壓塊151同樣設計為半圓形,然后將 頂蓋
152與殼體156進行
螺紋連接;壓塊151下端設計有凸臺,凸臺剛好置于密封橡膠154與襯套153所形成的凹槽內,這樣當壓塊151受到頂蓋152壓力時可將該壓力傳遞給密封橡膠
154,這樣可更好通過頂蓋152與殼體156螺紋擰緊程度來調節(jié)密封壓力;閥門157與殼體
156連接。
[0036] 如圖3所示的平行管自密封裝置15的安裝方式是:
[0037] 先將殼體156安裝在作業(yè)井口,將第一油管7、第二油管18和平行管水力射流沖煤粉裝置8連接好經過殼體156后放入井內,隨后分別安裝襯套153、密封橡膠154、O形密封圈155、壓塊151,隨后將左頂蓋1521與右頂蓋1522通過螺栓緊固在殼體156的上端,在左頂蓋1521側面設計方形凸臺,右頂蓋1522側面設計凹槽,左右頂蓋下端內圓面設計有螺紋,通過凸臺與凹槽的配合可保證左、右頂蓋螺紋對齊,然后將連接好的頂蓋152與殼體156通過螺紋進行連接并調節(jié)密封壓力。
[0038] 井下部分包括第一油管7、第二油管18和平行管水力射流沖煤粉裝置8。第一油管7和第二油管18靠近平行地設置在井下,第一油管7作為進液管,泵車1輸送的高壓動力液通過第一油管7進入到井下,高壓動力液到達第一油管9處稱為高壓動力液5;第二油管18作為出液管,經沖刷后的井下返出液16通過第二油管18輸送到地面。
[0039] 平行管水力射流沖煤粉裝置8為兩端具有密封
活塞的筒狀構件,平行管水力射流沖煤粉裝置8具有導向接頭81、擴散管82、喉管83、上噴嘴84、高壓腔室85、煤粉過濾網86、下噴嘴87、進液口88和出液口89。高壓腔室其中,高壓腔室85位于平行管水力射流沖煤粉裝置8的下部,高壓腔室85通過導向接頭81與第一油管7連通;出液口89位于平行管水力射流沖煤粉裝置8的上端,平行管水力射流沖煤粉裝置8在該出液口89處與第二油管18連通;進液口88位于平行管水力射流沖煤粉裝置8下段,進液口88連通第一油管7與高壓腔室85,使得高壓動力液5從進液口88進入到高壓腔室85內;下噴嘴87安裝在高壓腔室85的下端,并且下噴嘴87在作業(yè)時伸入到混合地層液10內,當高壓動力液5從高壓腔室85內經下噴嘴87向井下噴射時,實現對井壁及井底進行沖洗,使煤粉流態(tài)化;上噴嘴
84安裝在高壓腔室85的上端,當高壓動力液5從高壓腔室85內經上噴嘴84噴射出后,在上噴嘴84的附近形成負壓。
[0040] 第一油管7連通進口管和進液口88,第二油管18連通出口管和出液口89。 擴散管82通過出液口89與第二油管18連通,擴散管82與喉管83相連接,喉管83的下端與上噴嘴84正對設置。平行管水力射流沖煤粉裝置8的下段側壁上開設有地層液吸入口,地層液吸入口周圍設置有煤粉過濾網86,被沖刷后的地層液經煤粉過濾網86吸入到平行管水力射流沖煤粉裝置8內,進而喉管83、擴散管82輸送到第二油管18。
[0041] 實施例二
[0042] 本實施例提供了一種煤層氣井平行管不壓井排煤粉方法,使用實施例一所述的煤層氣井平行管柱排煤粉系統(tǒng),該方法的具體步驟為:
[0043] S1,確定作業(yè)井,在作業(yè)井井口安裝平行管自密封裝置15中的殼體156和頂蓋152,將第一油管7和第二油管18分別與平行管水力射流沖煤粉裝置8相對應地連接,將第一油管7和第二油管18攜帶平行管水力射流沖煤粉裝置8穿過頂蓋152以及殼體156下放到作業(yè)井內,然后抬起頂蓋152,將兩個襯套153放入殼體156內部,將兩個開口密封橡膠154分別置于兩個襯套153組成的型腔中,在襯套153以及密封橡膠上端安裝兩個壓塊
151,然后將頂蓋152與殼體156進行螺紋連接;將平行管井口裝置14與平行管自密封裝置
15連接。
[0044] S2,安裝好地面部分,進行系統(tǒng)試壓。即將固液分離裝置12、泵車1、鼓風機2、煤層氣回收裝置3、平行管自密封裝置15和平行管井口裝置14相互按照預定設計連接好,并連接好控制
電路,開啟系統(tǒng)進行壓力測試,直到達到預定要求。
[0045] S3,探得煤粉面后,提升沖煤粉管柱至離煤粉面大于3m的高度,開啟系統(tǒng)進行沖煤粉作業(yè)。
[0046] S3,緩慢加深管柱,沖煤粉至設計深度后,保持循環(huán)
排量,當返出液煤粉含量達到要求時時,提起沖煤粉管柱20m以上,結束本次沖煤粉作業(yè)。
[0047] 本發(fā)明的煤層氣井平行管不壓井排煤粉系統(tǒng)的工作原理是:
[0048] 高壓動力液5沿動力液管經導向接頭進入高壓腔室85,高壓腔室85連接有上噴嘴84和下噴嘴87,上噴嘴84產生負壓吸附作用,下噴嘴87沖洗井壁及井底,使煤粉流態(tài)化。 [0049] 混合有煤粉的混合地層液10在負壓吸附作用下經地層液吸入口進入喉管83,最終沿返出液管排出井筒。
[0050] 連續(xù)排煤粉作業(yè)所用液體經地面固液分離裝置12固液分離后循環(huán)使用。 [0051] 在進行起下油管作業(yè)過程中通過平行管自密封裝置15有效的控制煤層氣井產氣的速度,確保井底壓力處于1MPa左右,有效的防止由于井底壓力變化過大對井底煤層產氣通道造成破壞,有利于煤層氣井作業(yè)后產能的恢復。
[0052] 另外通過煤層氣回收裝置3和鼓風機2可將產出的煤層氣進行回收再利用,不僅保護了生態(tài)環(huán)境,而且保證了修井作業(yè)安全進行。
[0053] 上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述,不代表實施例的優(yōu)劣。
[0054] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內,所作的任何
修改、等同替換、改進等,均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。