CN105569612B - 一种煤层气开采装置及开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层气开采装置即开采方法，煤层气开采装置包括：连接在煤层气井的井口下方的套管、油管、螺杆泵、凡尔、尾管、喇叭口、油管锚、驱动头、空心的抽油杆、油管闸门、单流阀、设置有网孔的上挡板；开采方法包括：打开出气孔、油管闸门，启动与驱动头连接的电机；当煤层产生的液体混合物从油管闸门处流出时，关闭油管闸门；继续使驱动头驱动抽油杆与螺杆泵的转子一起转动，使煤层产生的液体混合物从抽油杆上端流出。煤层继续产生的液体混合物、环形空间内的固体颗粒进入进液孔排出，而且，流至单流阀上部的液体混合物被单流阀所限制，避免流回螺杆泵处对抽油杆卡死，从而使得开采工作顺利快速进行，提高开采效率且降低开采成本。

Description

一种煤层气开采装置及开采方法

技术领域

本发明涉及煤层气开采领域，特别涉及一种煤层气开采装置及开采方法。

背景技术

煤层气是一种以吸附状态为主、生成并储存于煤层及其围岩中的甲烷气体，主要由95％以上的甲烷组成，另外5％的气体一般是二氧化碳或氮气，是优质能源和化工原料。把煤炭开采过程中产生的煤层气有效利用，在一定程度上改善我国的能源结构，增加洁净的气体能源，弥补我国常规天然气在地域分布和供给量上的不足。

现有技术中，对煤层气的开采一般是在井中设置套管和油管，在油管底部连接抽吸泵，从地面上把抽油杆穿过油管下入井下，与抽吸泵连接，通过转动抽油杆带动抽吸泵的转子转动进行工作，从而将井下的煤粉与煤层气的混合物从抽吸泵下侧抽至上侧，并充满抽油杆与油管之间的环形空间，该环形空间上部与外部连通，从而使该混合物从上部溢出流至外部其他设备进行下一步加工。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

开采时间的增加会导致环形空间内混合物的固体颗粒大大增加，一旦由于工作需要暂停抽吸泵，大量的固体颗粒沉淀回落至抽吸泵的上侧，造成抽油杆被卡死而不能继续转动，从而无法继续进行开采工作，造成开采效率低下且开采成本较高。

发明内容

为了解决现有技术大量固体颗粒沉淀造成抽油杆被卡死的问题，本发明实施例提供了一种煤层气开采装置及开采方法。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种煤层气开采装置，所述煤层气开采装置包括：连接在煤层气井的井口下方的套管、油管、螺杆泵、凡尔、尾管、喇叭口、油管锚、驱动头、空心的抽油杆、油管闸门、单流阀、设置有网孔的上挡板；

所述套管设置在所述油管外侧，所述油管的上端与所述井口连接，所述油管、所述螺杆泵、所述凡尔、所述尾管和所述喇叭口从上到下顺次连接，所述油管上端的外壁上设置有出气孔，所述油管锚设置在所述尾管与所述套管之间，所述驱动头设置在所述井口上方，且所述驱动头与所述油管的上端连通，所述抽油杆从上向下穿过所述驱动头并伸入所述油管内部，且所述抽油杆的下端与所述螺杆泵的转子连接，所述驱动头与所述抽油杆密封连接，所述驱动头用于驱动所述抽油杆转动，所述驱动头通过管道与所述油管闸门连接；

所述抽油杆下端的外壁上设置有进液孔，所述上挡板位于所述进液孔上方，所述单流阀位于所述上挡板与所述进液孔之间，且所述所述单流阀、所述上挡板均设置在所述抽油杆内部，所述煤层气井中的煤层产生的液体混合物经所述单流阀的流向为从下向上，且所述进液孔的孔径大于所述液体混合物中最大固体颗粒的直径。

作为优选，所述进液孔设置有多个，多个进液孔均匀的分布在所述抽油杆下端的周缘。

作为优选，所述螺杆泵的定子低于所述煤层气井中的煤层下端18-20m。

进一步地，所述煤层气开采装置还包括顺次连接的密封弯头、出水管和出水弯头，所述密封弯头与所述抽油杆的上端连通。

进一步地，所述煤层气开采装置还包括油管悬挂器，所述油管悬挂器设置在所述井口内，且所述油管悬挂器位于所述驱动头与所述油管的上端之间，所述驱动头与所述油管悬挂器、所述油管顺次连通。

进一步地，所述煤层气开采装置还包括套管闸门，所述套管闸门通过管道与所述出气孔连通。

进一步地，所述煤层气开采装置还包括设置有网孔的下挡板，所述下挡板设置在所述螺杆泵与所述凡尔之间，且所述螺杆泵与所述下挡板、所述凡尔顺次螺纹连接。

另一方面，提供了一种煤层气开采方法，所述开采方法包括：

打开出气孔、油管闸门，启动与驱动头连接的电机，使所述驱动头驱动抽油杆与螺杆泵的转子一起转动工作，从所述出气孔接收煤层产生的气体混合物；

当煤层产生的液体混合物从所述油管闸门处流出时，关闭所述油管闸门；

继续使所述驱动头驱动抽油杆与螺杆泵的转子一起转动，使煤层产生的液体混合物从抽油杆上端流出。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的煤层气开采装置及开采方法，首先使煤层产生的液体混合物经螺杆泵从下侧抽至上侧，并充满抽油杆和油管之间的环形空间，即从油管闸门处流出时，关闭油管闸门，此时，煤层继续产生的液体混合物只能从抽油杆下端的进液孔进入抽油杆内部，并经单流阀、上挡板流至抽油杆外部；而环形空间内的固体颗粒会不断下沉并进入进液孔排出，避免大量固体颗粒下沉堆积而造成抽油杆被卡死而不能继续转动；而且，流至单流阀上部的液体混合物被单流阀所限制，避免流回螺杆泵处对抽油杆卡死，从而使得开采工作顺利快速进行，提高开采效率且降低开采成本；另外，将环形空间与驱动头、油管闸门连接，如果从油管闸门处观察有液体混合物流出，即可判定本发明的煤层气开采装置的井下部分连接密封性良好，为本发明煤层气开采装置的密封性检查与维护提供参考，方便而实用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的煤层气开采装置结构示意图；

其中：1 密封弯头，

2 驱动头，

3 套管闸门，

4 井口，

5 煤层，

6 进液孔，

7 定子，

8 喇叭口，

9 出水管，

10 出水弯头，

11 油管闸门，

12 油管，

13 抽油杆，

14 上挡板，

15 单流阀，

16 转子，

17 下挡板，

18 凡尔，

19 尾管，

20 套管，

21 油管悬挂器，

22 油管锚。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种煤层5气开采装置，所述煤层5气开采装置包括：连接在煤层5气井的井口4下方的套管20、油管12、螺杆泵、凡尔18、尾管19、喇叭口8、油管锚22、驱动头2、空心的抽油杆13、油管闸门11、单流阀15、设置有网孔的上挡板14；

所述套管20设置在所述油管12外侧，所述油管12的上端与所述井口4连接，所述油管12、所述螺杆泵、所述凡尔18、所述尾管19和所述喇叭口8从上到下顺次连接，所述油管12上端的外壁上设置有出气孔，所述油管锚22设置在所述尾管19与所述套管20之间，所述驱动头2设置在所述井口4上方，且所述驱动头2与所述油管12的上端连通，所述抽油杆13从上向下穿过所述驱动头2并伸入所述油管12内部，且所述抽油杆13的下端与所述螺杆泵的转子16连接，所述驱动头2与所述抽油杆13密封连接，所述驱动头2用于驱动所述抽油杆13转动，所述驱动头2通过管道与所述油管闸门11连接；

所述抽油杆13下端的外壁上设置有进液孔6，所述上挡板14位于所述进液孔6上方，所述单流阀15位于所述上挡板14与所述进液孔6之间，且所述所述单流阀15、所述上挡板14均设置在所述抽油杆13内部，所述煤层5气井中的煤层5产生的液体混合物经所述单流阀15的流向为从下向上，且所述进液孔6的孔径大于所述液体混合物中最大固体颗粒的直径。

其中，一般抽油杆13的外径为32-36mm，内径为22-25mm；进液孔6的直径5mm，一般设置4-5个，也可根据实际情况灵活变动；驱动头2一般与电机或汽油机等驱动设备连接，以提供动力；设置有网孔的上挡板14，即在上挡板14上设置多个穿孔，如此设置，使得液体混合物顺次通过，且当停泵时，上挡板14还会对其上方的液体混合物中的固体形成支撑，防止回流，也对单流阀15的位置形成限定。

工作时，煤层5会产生气体混合物以及液体混合物，气体混合物，及煤层5气沿套管20内壁上升至出气孔排出，一般会将出气孔与其他设备连接，从而对气体混合物进行收集利用；而液体混合物则会在套管20中向下流动，并穿过油管锚22流至喇叭口8下方，此时，启动驱动头2，带动抽油杆13和螺杆泵一起转动工作，迫使液体混合物沿喇叭口8、尾管19、凡尔18，流至螺杆泵的定子7与转子16之间的部位，并在螺杆泵的驱动下，继续向上流动至螺杆泵上侧，即抽油杆13与油管12之间的环形空间，直至液体混合物充满该环形空间，并从上方的驱动头2及油管闸门11处溢出，此时，保证环形空间里边的液体混合物是满的，即可进行下一步工作；同时，也可以由此判断本发明的井下各部分之间的连接密封性良好，为本发明煤层5气开采装置的密封性检查与维护提供参考；

现有的技术中有的是通过油管闸门11排除液体混合物，一旦停泵，环形空间中液体混合物一般高达几十米，甚至上百米，液体混合物中固体颗粒即会下沉卡死抽油杆13；

而本发明的下一步，则是关闭油管闸门11，即避免液体混合物从油管闸门11处流出，此时，螺杆泵继续工作，一方面，迫使煤层5继续产生的液体混合物被螺杆泵抽至上侧，只能进入进液孔6内部，并经单流阀15、上挡板14流至抽油杆13外部；另一方面，环形空间内的固体颗粒会在工作中，不断下沉并进入进液孔6排出，而新的液体混合物同时会继续将环形空间充满，如此，即使中途停泵，再次启动工作时，固体颗粒会经进液孔6排出，避免大量固体颗粒下沉堆积无法处理，而造成抽油杆13被卡死而不能继续转动；而且，由于单流阀15的流向限定作用，流至单流阀15上部的液体混合物被单流阀15所限制无法回流，避免流回螺杆泵处对抽油杆13卡死，从而使得开采工作顺利快速进行，提高开采效率且降低开采成本；本发明的设计无需使用专门的井下泵，也不用其他专业设备辅助，就能达到防止煤粉、铁屑等固体颗粒过多导致其堆积在螺杆泵定子7上部与螺杆泵转子16上部造成卡死抽油杆13的问题；也能解决因为停电，间断开井导致煤粉、铁屑回落至螺杆泵转子16上部造成卡死抽油杆13的问题，方便而实用。

实施例二

如图1所示，本发明实施例提供了一种煤层5气开采装置，所述煤层5气开采装置包括：连接在煤层5气井的井口4下方的套管20、油管12、螺杆泵、凡尔18、尾管19、喇叭口8、油管锚22、驱动头2、空心的抽油杆13、油管闸门11、单流阀15、设置有网孔的上挡板14；

所述套管20设置在所述油管12外侧，所述油管12的上端与所述井口4连接，所述油管12、所述螺杆泵、所述凡尔18、所述尾管19和所述喇叭口8从上到下顺次连接，所述油管12上端的外壁上设置有出气孔，所述油管锚22设置在所述尾管19与所述套管20之间，所述驱动头2设置在所述井口4上方，且所述驱动头2与所述油管12的上端连通，所述抽油杆13从上向下穿过所述驱动头2并伸入所述油管12内部，且所述抽油杆13的下端与所述螺杆泵的转子16连接，所述驱动头2与所述抽油杆13密封连接，所述驱动头2用于驱动所述抽油杆13转动，所述驱动头2通过管道与所述油管闸门11连接；

所述抽油杆13下端的外壁上设置有进液孔6，所述上挡板14位于所述进液孔6上方，所述单流阀15位于所述上挡板14与所述进液孔6之间，且所述所述单流阀15、所述上挡板14均设置在所述抽油杆13内部，所述煤层5气井中的煤层5产生的液体混合物经所述单流阀15的流向为从下向上，且所述进液孔6的孔径大于所述液体混合物中最大固体颗粒的直径。

如图1所示，作为优选，所述进液孔6设置有多个，多个进液孔6均匀的分布在所述抽油杆13下端的周缘。一般设置4-5个进液孔6，孔径一般为5mm，也可根据实际需要灵活设置，使得液体混合物顺利通过即可。

如图1所示，作为优选，所述螺杆泵的定子7低于所述煤层5气井中的煤层5下端18-20m。如此设置，能够使得煤层5产生的液体混合物能够顺利流至喇叭口8下方，并经螺杆泵的驱动抽至外部。

如图1所示，进一步地，所述煤层5气开采装置还包括顺次连接的密封弯头1、出水管9和出水弯头10，所述密封弯头1与所述抽油杆13的上端连通。在抽油杆13的上端连接密封弯头1、出水管9和出水弯头10，能够方便经抽油杆13流出的液体混合物顺利流出，一般将出水弯头10导入蒸发池，便于下一步程序进行；密封弯头1外径一般为36mm，内径为12mm；出水管9外径位48mm，内径为41mm；出水弯头10外径位48mm，内径为41mm，角度为弧形90度。

如图1所示，进一步地，所述煤层5气开采装置还包括油管悬挂器21，所述油管悬挂器21设置在所述井口4内，且所述油管悬挂器21位于所述驱动头2与所述油管12的上端之间，所述驱动头2与所述油管悬挂器21、所述油管12顺次连通。油管悬挂器21一般坐在井口4内，油管12挂在油管悬挂器21下方，驱动头2与油管悬挂器21、油管12均连通，且密封连接，防止液体混合物泄露。

如图1所示，进一步地，所述煤层5气开采装置还包括套管闸门3，所述套管闸门3通过管道与所述出气孔连通。套管闸门3的设置便于对煤层5产生的气体混合物进行控制。

如图1所示，进一步地，所述煤层5气开采装置还包括设置有网孔的下挡板17，所述下挡板17设置在所述螺杆泵与所述凡尔18之间，且所述螺杆泵与所述下挡板17、所述凡尔18顺次螺纹连接。下挡板17的设置是为了对螺杆泵的转子16形成支撑，防止其掉下来，下挡板17上设置多个通孔，即网孔，是为了液体混合物能够顺利通过。

本发明实施例中，各部件之间均通过螺纹连接。一般螺杆泵定子7外径为95-105mm；喇叭口8外径为93mm；油管12的外径73mm，内径62mm；油管锚22为Y221-114型；尾管19的外径为73mm。

实施例三

本发明提供了一种煤层气开采方法，所述开采方法包括：

打开出气孔、油管闸门，启动与驱动头连接的电机，使所述驱动头驱动抽油杆与螺杆泵的转子一起转动工作，从所述出气孔接收煤层产生的气体混合物；

当煤层产生的液体混合物从所述油管闸门处流出时，关闭所述油管闸门；

继续使所述驱动头驱动抽油杆与螺杆泵的转子一起转动，使煤层产生的液体混合物从抽油杆上端流出。

工作时，煤层会产生气体混合物以及液体混合物，气体混合物，及煤层气沿套管内壁上升至出气孔排出，一般会将出气孔与其他设备连接，从而对气体混合物进行收集利用；而液体混合物则会在套管中向下流动，并穿过油管锚流至喇叭口下方，此时，打开出气孔、油管闸门，启动驱动头，带动抽油杆和螺杆泵一起转动工作，迫使液体混合物沿喇叭口、尾管、凡尔，流至螺杆泵的定子与转子之间的部位，并在螺杆泵的驱动下，继续向上流动至螺杆泵上侧，即抽油杆与油管之间的环形空间，直至液体混合物充满该环形空间，并从上方的驱动头及油管闸门处溢出，此时，保证环形空间里边的液体混合物是满的，即可进行下一步工作，关闭油管闸门，即避免液体混合物从油管闸门处流出，此时，螺杆泵继续工作，一方面，迫使煤层继续产生的液体混合物被螺杆泵抽至上侧，只能进入进液孔内部，并经单流阀、上挡板流至抽油杆外部；另一方面，环形空间内的固体颗粒会在工作中，不断下沉并进入进液孔排出，而新的液体混合物同时会继续将环形空间充满，如此，即使中途停泵，再次启动工作时，固体颗粒会经进液孔排出，避免大量固体颗粒下沉堆积无法处理，而造成抽油杆被卡死而不能继续转动；而且，由于单流阀的流向限定作用，流至单流阀上部的液体混合物被单流阀所限制无法回流，避免流回螺杆泵处对抽油杆卡死，从而使得开采工作顺利快速进行，提高开采效率且降低开采成本；本发明的设计无需使用专门的井下泵，也不用其他专业设备辅助，就能达到防止煤粉、铁屑等固体颗粒过多导致其堆积在螺杆泵定子上部与螺杆泵转子上部造成卡死抽油杆的问题；也能解决因为停电，间断开井导致煤粉、铁屑回落至螺杆泵转子上部造成卡死抽油杆的问题，方便而实用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种煤层气开采装置，其特征在于，所述煤层气开采装置包括：连接在煤层气井的井口下方的套管、油管、螺杆泵、凡尔、尾管、喇叭口、油管锚、驱动头、空心的抽油杆、油管闸门、单流阀、设置有网孔的上挡板；

所述套管设置在所述油管外侧，所述油管的上端与所述井口连接，所述油管、所述螺杆泵、所述凡尔、所述尾管和所述喇叭口从上到下顺次连接，所述油管上端的外壁上设置有出气孔，所述油管锚设置在所述尾管与所述套管之间，所述驱动头设置在所述井口上方，且所述驱动头与所述油管的上端连通，所述抽油杆从上向下穿过所述驱动头并伸入所述油管内部，且所述抽油杆的下端与所述螺杆泵的转子连接，所述驱动头与所述抽油杆密封连接，所述驱动头用于驱动所述抽油杆转动，所述驱动头通过管道与所述油管闸门连接；

所述抽油杆下端的外壁上设置有进液孔，所述上挡板位于所述进液孔上方，所述单流阀位于所述上挡板与所述进液孔之间，且所述单流阀、所述上挡板均设置在所述抽油杆内部，所述煤层气井中的煤层产生的液体混合物经所述单流阀的流向为从下向上，且所述进液孔的孔径大于所述液体混合物中最大固体颗粒的直径。

2.根据权利要求1所述的煤层气开采装置，其特征在于，所述进液孔设置有多个，多个进液孔均匀的分布在所述抽油杆下端的周缘。

3.根据权利要求1所述的煤层气开采装置，其特征在于，所述螺杆泵的定子低于所述煤层气井中的煤层下端18‐20m。

4.根据权利要求1‐3任一项所述的煤层气开采装置，其特征在于，所述煤层气开采装置还包括顺次连接的密封弯头、出水管和出水弯头，所述密封弯头与所述抽油杆的上端连通。

5.根据权利要求4所述的煤层气开采装置，其特征在于，所述煤层气开采装置还包括油管悬挂器，所述油管悬挂器设置在所述井口内，且所述油管悬挂器位于所述驱动头与所述油管的上端之间，所述驱动头与所述油管悬挂器、所述油管顺次连通。

6.根据权利要求5所述的煤层气开采装置，其特征在于，所述煤层气开采装置还包括套管闸门，所述套管闸门通过管道与所述出气孔连通。

7.根据权利要求6所述的煤层气开采装置，其特征在于，所述煤层气开采装置还包括设置有网孔的下挡板，所述下挡板设置在所述螺杆泵与所述凡尔之间，且所述螺杆泵与所述下挡板、所述凡尔顺次螺纹连接。

8.利用权利要求1‐7任一项所述的煤层气开采装置的开采方法，其特征在于，所述开采方法包括：

打开出气孔、油管闸门，启动与驱动头连接的电机，使所述驱动头驱动抽油杆与螺杆泵的转子一起转动工作，从所述出气孔接收煤层产生的气体混合物；

当煤层产生的液体混合物从所述油管闸门处流出时，关闭所述油管闸门；

继续使所述驱动头驱动抽油杆与螺杆泵的转子一起转动，使煤层产生的液体混合物从抽油杆上端流出。