CN105863565B - 煤储层保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤储层保护装置，属于油田机械采油技术领域，包括：固定凡尔总成、凡尔接头、阀芯、接箍、弹簧外管、弹簧、限位环和调节栓；凡尔接头上端与固定凡尔总成下端固定连接；阀芯上端与凡尔接头下端固定连接；接箍套在凡尔接头外侧，下端与弹簧外管上端固定连接；弹簧外管上端与阀芯形成环形空间内设置有弹簧，弹簧外管在环形空间下端与阀芯接触；调节栓与阀芯固定连接，下端与弹簧上端接触；限位环套接在阀芯外侧，最大直径大于阀芯最大直径；阀芯空腔外壁上设置进液孔，弹簧外管上设置通孔。本发明解决了等待修井时间较长，且修井后恢复时间较长的问题，实现了缩短等待修井时间，且缩短了修井后恢复时间的效果，用于煤储层保护。

Description

煤储层保护装置

技术领域

本发明涉及油田机械采油技术领域，特别涉及一种煤储层保护装置。

背景技术

在油气田开发修井过程中，为了保护油水井储层或减少储层流体溢流至地面，常常需要进行带压修井作业，带压修井作业指的是利用修井设备，在油水井的井口带压的情况下实施的修井作业。同样的，为了保护煤层气井的煤储层也需要通过对煤层气井进行带压修井作业。虽然理论上可以通过改进油气田开发修井过程中的带压修井作业装置来应用于煤层气井中，对煤层气井进行修井作业，但由于该装置占地面积比较大，结构比较复杂，操作比较繁琐，且成本较高，还没有实现真正意义上的煤层气井的带压修井作业来保护煤储层。

现有技术中，是通过半压井或压井的方式实现对煤层气井的修井作业，具体的，对于套管与油管之间的环形空间存在压力的煤层气井，在进行修井作业前，通过给套管与油管之间的环形空间灌水来释放套管与油管之间的环形空间内的压力，待套管与油管之间的环形空间不再存在压力即可进行修井作业。

但是，当套管与油管之间的环形空间存在的压力较高时，通过半压井或压井的方式释放套管与油管之间的环形空间内的压力需要较长的时间，同时，该方式打破了煤储层生产过程中的压力平衡，容易造成煤储层的压力升高而停止煤层气解吸，甚至造成煤储层的垮塌，使煤储层产生大量煤粉，煤储层的渗透率降低，最终使煤储层受到伤害，修井后煤层气井无法快速恢复稳定状态，因此，等待修井的时间较长，且修井后的恢复时间较长。

发明内容

为了解决等待修井的时间较长，且修井后的恢复时间较长的问题，本发明提供了一种煤储层保护装置。所述技术方案如下：

提供了一种煤储层保护装置，所述煤储层保护装置包括：固定凡尔总成、凡尔接头、阀芯、接箍、弹簧外管、弹簧、限位环和调节栓；

所述固定凡尔总成包括凡尔罩、凡尔球和凡尔座；

所述凡尔接头呈圆管状，所述凡尔接头的上端外侧与所述固定凡尔总成的下端内侧固定连接；

所述阀芯为第一圆柱和第二圆柱叠加形成的结构，所述第一圆柱设置有空腔，所述第一圆柱的上端外侧与所述凡尔接头的下端内侧固定连接，所述第一圆柱的空腔与所述凡尔接头的空腔连通，所述第二圆柱的直径小于所述第一圆柱的直径；

所述接箍呈圆管状，所述接箍套在所述凡尔接头的外侧，与所述凡尔接头形成第一环形空间，所述接箍的下端内侧与所述弹簧外管的上端外侧固定连接；

所述弹簧外管的上端内侧与所述阀芯的第一圆柱的外侧形成第二环形空间，所述第二环形空间内设置有所述弹簧，所述弹簧套接在所述阀芯的第一圆柱的外侧，所述弹簧外管在所述第二环形空间的下端的内侧与所述阀芯的第一圆柱下端外侧接触；

所述调节栓呈圆环状，所述调节栓设置于所述凡尔接头的下端，与所述阀芯的第一圆柱的外侧固定连接，所述调节栓的下端与所述弹簧的上端接触；

所述限位环套接在所述阀芯的第二圆柱的外侧，所述限位环的最大直径大于所述阀芯的第一圆柱的直径；

所述阀芯的空腔外壁上与所述弹簧外管接触处设置有进液孔，所述弹簧外管上与所述阀芯接触处设置有通孔；

正常排采时，所述进液孔与所述通孔连通；

修井作业时，所述固定凡尔总成受到压力的作用时，能够沿着所述凡尔接头的长度方向向下移动，带动所述调节栓压缩所述弹簧，所述阀芯沿所述阀芯的长度方向向下移动，所述进液孔与所述通孔错开。

可选的，所述进液孔与所述通孔的孔径相等。

可选的，所述煤储层保护装置还包括：密封圈，

可选的，所述阀芯的第一圆柱的轴线和第二圆柱的轴线共线。

所述密封圈包括第一密封圈和第二密封圈，所述密封圈用于密封所述阀芯与所述弹簧外管之间的空间；

所述第一密封圈套接在所述阀芯的进液孔的上端外侧；

所述第二密封圈套接在所述阀芯的进液孔的下端外侧。

可选的，所述凡尔罩呈圆柱状，所述凡尔罩由上底面和侧面组成，所述凡尔罩的内侧设置有所述凡尔座，所述凡尔座呈圆环状，所述凡尔罩的上底面与所述凡尔座之间设置有所述凡尔球。

可选的，所述凡尔接头的上端外侧与所述凡尔罩的下端内侧固定连接，所述凡尔接头的上端与所述凡尔座的下端接触。

可选的，所述限位环为第一圆环和第二圆环叠加形成的结构，所述第一圆环的外径大于所述第二圆环的外径。

可选的，所述限位环的第一圆环的轴线和第二圆环的轴线共线。

本发明提供了一种煤储层保护装置，由于正常排采时，阀芯上的进液孔与弹簧外管上的通孔连通；修井作业时，固定凡尔总成受到压力的作用时，能够沿着凡尔接头的长度方向向下移动，并带动调节栓压缩弹簧，阀芯沿阀芯的长度方向向下移动，使得进液孔与通孔错开，从而隔绝了煤储层中的压力，释放掉套管与油管之间的环形空间内的剩余压力即可，相较于现有的带压作业装置，无需使用较长时间缓慢释放套管与油管之间的环形空间内的压力，因此，缩短了等待修井的时间，且缩短了修井后的恢复时间。

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一种煤储层保护装置应用于煤层气井的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种煤储层保护装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种煤储层保护装置的固定凡尔总成的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种煤储层保护装置的阀芯与限位环的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种煤储层保护装置的阀芯进液孔与弹簧外管通孔连通的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种煤储层保护装置的阀芯进液孔与弹簧外管通孔错开的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种煤储层保护装置的密封圈的结构示意图。

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。

本发明实施例提供了一种煤储层保护装置01，应用于煤层气井，且与Y445丢手封隔器02配套使用，如图1所示，将煤储层保护装置01的上端与Y445丢手封隔器02的下端固定连接，然后下入煤层气井的套管03中，并在煤层气井的煤储层的上部进行坐封，再下入油管04和抽油泵05等组合成的生产管柱，完成正常排采和修井作业。具体的，如图2所示，该煤储层保护装置01包括：固定凡尔总成001、凡尔接头002、阀芯003、接箍004、弹簧外管005、弹簧006、限位环007和调节栓008。

其中，如图3所示，固定凡尔总成001包括凡尔罩0011、凡尔球0012和凡尔座0013。其中，凡尔罩0011呈圆柱状，凡尔罩0011由上底面和侧面组成，凡尔罩0011的内侧设置有凡尔座0013，凡尔座0013呈圆环状，凡尔罩0011的上底面与凡尔座0013之间设置有凡尔球0012。固定凡尔总成用于使煤储层的流体，气体或固体颗粒向煤层气井的井筒的单向流动，与凡尔接头、阀芯、调节栓、弹簧和弹簧外管相互配合，实现煤储层和井筒之间通道的导通与关闭。

如图2所示，凡尔接头002呈圆管状，凡尔接头002的上端外侧与固定凡尔总成001的下端内侧固定连接。具体的，凡尔接头002的上端外侧与凡尔罩0011的下端内侧固定连接，凡尔接头002的上端与凡尔座0013的下端接触。

阀芯003为第一圆柱0031和第二圆柱0032叠加形成的结构，第一圆柱0031的轴线和第二圆柱0032的轴线共线，如图4所示，第一圆柱0031设置有空腔，第一圆柱0031的上端外侧与凡尔接头002的下端内侧固定连接，第一圆柱0031的空腔与凡尔接头002的空腔连通，第二圆柱0032的直径d2小于第一圆柱0031的直径d1。

如图2所示，接箍004呈圆管状，接箍004套在凡尔接头002的外侧，与凡尔接头002形成第一环形空间，接箍004的下端内侧与弹簧外管005的上端外侧固定连接。接箍用于和凡尔接头形成环形空间，存储来自煤层气井的一定量的煤粉，避免煤粉沉淀对固定凡尔总成的影响，接箍还用于和Y445丢手封隔器的下端固定连接。

弹簧外管005的上端内侧与阀芯003的第一圆柱的外侧形成第二环形空间，第二环形空间内设置有弹簧006，弹簧006套接在阀芯003的第一圆柱的外侧，弹簧外管005在第二环形空间的下端的内侧与阀芯003的第一圆柱下端外侧接触。

调节栓008呈圆环状，调节栓008设置于凡尔接头002的下端，与阀芯003的第一圆柱的外侧固定连接，调节栓008的下端与弹簧006的上端接触。调节栓用于密封弹簧外管的上端内侧与阀芯的第一圆柱的外侧形成第二环形空间，避免煤储层的流体进入该环形空间而腐蚀弹簧。

如图4所示，限位环007套接在阀芯003的第二圆柱0032的外侧，限位环007的最大直径大于阀芯003的第一圆柱0031的直径d1。具体的，限位环007可以为第一圆环0071和第二圆环0072叠加形成的结构，第一圆环0071的轴线和第二圆环0072的轴线可以共线，第一圆环0071的外径大于第二圆环0072的外径。限位环用于限制阀芯的位置，避免阀芯受到弹簧的张力作用向上移动而脱离弹簧外管。

如图2所示，阀芯003的空腔外壁上与弹簧外管005接触处设置有进液孔100，弹簧外管005上与阀芯003接触处设置有通孔101。

正常排采时，如图5所示，阀芯003的进液孔100与弹簧外管005的通孔101连通，可以使阀芯003的空腔与弹簧外管005连通。

修井作业时，如图6所示，当图2中的固定凡尔总成受到压力的作用时，能够沿着凡尔接头的长度方向向下移动(图2中y所指示的方向)，带动图2中的调节栓压缩弹簧006，阀芯003沿阀芯的长度方向向下移动(图2中y所指示的方向)，进液孔100与通孔101错开，可以使阀芯003的空腔与弹簧外管005封隔。需要说明的是，在使用该煤储层保护装置时，需要将弹簧外管的通孔与阀芯未接触的一端密封住，如图5和图6中的黑色部分所示，从而防止煤储层的流体，气体或固体颗粒等沿着通孔101流到弹簧外管005的管外。

综上所述，本发明实施例提供的煤储层保护装置，由于正常排采时，阀芯上的进液孔与弹簧外管上的通孔连通；修井作业时，固定凡尔总成受到压力的作用时，能够沿着凡尔接头的长度方向向下移动，并带动调节栓压缩弹簧，阀芯沿阀芯的长度方向向下移动，使得进液孔与通孔错开，从而隔绝了煤储层中的压力，释放掉套管与油管之间的环形空间内的剩余压力即可，相较于现有的带压作业装置，无需使用较长时间缓慢释放套管与油管之间的环形空间内的压力，因此，缩短了等待修井的时间，且缩短了修井后的恢复时间。

进一步的，阀芯上的进液孔与弹簧外管上的通孔的孔径可以相等。

需要说明的是，实际作业中，煤层气井常常会有煤粉产出，如果煤粉沉淀在固定凡尔总成处，会影响固定凡尔总成的作用，从而影响该煤储层保护装置的功能，因此，为了减少煤粉对固定凡尔总的影响，该煤储层保护装置中的凡尔接头和接箍之间的环形空间可以用于存储一定量的煤粉，而凡尔接头和接箍的长度可以根据实际作业的需要来确定。

如图7所示，该煤储层保护装置01还可以包括：密封圈009，密封圈009包括第一密封圈0091和第二密封圈0092，密封圈009用于密封阀芯003与弹簧外管005之间的空间；第一密封圈0091套接在阀芯003的进液孔的上端外侧；第二密封圈0092套接在阀芯003的进液孔的下端外侧。

使用该煤储层保护装置，正常排采时，如图5所示，阀芯上的进液孔100与弹簧外管上的通孔101连通，此时，煤储层的流体，气体或固体颗粒在煤储层压力的作用下，顶开固定凡尔总成中的凡尔球，流入Y445丢手封隔器上端的井筒中，从而进入生产管柱被举升至地面；在修井作业时，首先通过柱塞泵或者水泥车向油管与套管之间的环形空间内注入清水至井口，此时，该煤储层保护装置的上部液体的压力大于煤储层的压力，所以，固定凡尔总成受到压力的作用时，如图6所示，可以沿着凡尔接头的长度方向向下移动，带动调节栓压缩弹簧，阀芯沿阀芯的长度方向向下移动，使得进液孔100与通孔101错开，达到阻隔煤储层与井筒之间连通的目的，从而隔绝了煤储层中的压力，此时，即可缓慢释放掉套管与油管之间的环形空间内的剩余压力至压力值为0，然后开始修井进行作业。

需要说明的是，本发明实施例提供的煤储层保护装置，可以实现对煤储层的不压井作业，可以避免煤储层受到修井作业的激动伤害，可以避免煤储层受到污染，同时操作简单，在进行作业修井前，向油管与套管之间的环形空间内注入清水即可实现该煤储层保护装置的关闭，且关闭后的修井作业与常规修井作业的程序相同，因此，缩短了常规修井作业中等待修井的时间和修井后的恢复时间，促进了煤层气井的排采的连续性和稳定性，同时，该煤储层保护装置下入煤层气井后，若无故障则可以不用起出地面，相较于现有的地面上的带压作业装置，简化了操作步骤和危险系数，降低了作业成本。本发明实施例提供的煤储层保护装置可以应用于煤层气井，也可以应用于其他类型的井如油井、气井等，本发明实施例对此不作限定。

综上所述，本发明实施例提供的煤储层保护装置，由于正常排采时，阀芯上的进液孔与弹簧外管上的通孔连通；修井作业时，固定凡尔总成受到压力的作用时，能够沿着凡尔接头的长度方向向下移动，并带动调节栓压缩弹簧，阀芯沿阀芯的长度方向向下移动，使得进液孔与通孔错开，从而隔绝了煤储层中的压力，释放掉套管与油管之间的环形空间内的剩余压力即可，相较于现有的带压作业装置，无需使用较长时间缓慢释放套管与油管之间的环形空间内的压力，因此，缩短了等待修井的时间，且缩短了修井后的恢复时间。

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)

1.一种煤储层保护装置，其特征在于，所述煤储层保护装置包括：固定凡尔总成、凡尔接头、阀芯、接箍、弹簧外管、弹簧、限位环和调节栓；

所述固定凡尔总成包括凡尔罩、凡尔球和凡尔座；

所述凡尔接头呈圆管状，所述凡尔接头的上端外侧与所述固定凡尔总成的下端内侧固定连接；

所述阀芯为第一圆柱和第二圆柱叠加形成的结构，所述第一圆柱设置有空腔，所述第一圆柱的上端外侧与所述凡尔接头的下端内侧固定连接，所述第一圆柱的空腔与所述凡尔接头的空腔连通，所述第二圆柱的直径小于所述第一圆柱的直径；

所述接箍呈圆管状，所述接箍套在所述凡尔接头的外侧，与所述凡尔接头形成第一环形空间，所述接箍的下端内侧与所述弹簧外管的上端外侧固定连接；

所述弹簧外管的上端内侧与所述阀芯的第一圆柱的外侧形成第二环形空间，所述第二环形空间内设置有所述弹簧，所述弹簧套接在所述阀芯的第一圆柱的外侧，所述弹簧外管在所述第二环形空间的下端的内侧与所述阀芯的第一圆柱下端外侧接触；

所述调节栓呈圆环状，所述调节栓设置于所述凡尔接头的下端，与所述阀芯的第一圆柱的外侧固定连接，所述调节栓的下端与所述弹簧的上端接触；

所述限位环套接在所述阀芯的第二圆柱的外侧，所述限位环的最大直径大于所述阀芯的第一圆柱的直径；

所述阀芯的空腔外壁上与所述弹簧外管接触处设置有进液孔，所述弹簧外管上与所述阀芯接触处设置有通孔；

正常排采时，所述进液孔与所述通孔连通；

修井作业时，所述固定凡尔总成受到压力的作用时，能够沿着所述凡尔接头的长度方向向下移动，带动所述调节栓压缩所述弹簧，所述阀芯沿所述阀芯的长度方向向下移动，所述进液孔与所述通孔错开。

2.根据权利要求1所述的煤储层保护装置，其特征在于，

所述进液孔与所述通孔的孔径相等。

3.根据权利要求1所述的煤储层保护装置，其特征在于，

所述第一圆柱的轴线和所述第二圆柱的轴线共线。

4.根据权利要求1所述的煤储层保护装置，其特征在于，所述煤储层保护装置还包括：密封圈，

所述密封圈包括第一密封圈和第二密封圈，所述密封圈用于密封所述阀芯与所述弹簧外管之间的空间；

所述第一密封圈套接在所述阀芯的进液孔的上端外侧；

所述第二密封圈套接在所述阀芯的进液孔的下端外侧。

5.根据权利要求1所述的煤储层保护装置，其特征在于，

所述凡尔罩呈圆柱状，所述凡尔罩由上底面和侧面组成，所述凡尔罩的内侧设置有所述凡尔座，所述凡尔座呈圆环状，所述凡尔罩的上底面与所述凡尔座之间设置有所述凡尔球。

6.根据权利要求5所述的煤储层保护装置，其特征在于，

所述凡尔接头的上端外侧与所述凡尔罩的下端内侧固定连接，所述凡尔接头的上端与所述凡尔座的下端接触。

7.根据权利要求1所述的煤储层保护装置，其特征在于，

所述限位环为第一圆环和第二圆环叠加形成的结构，所述第一圆环的外径大于所述第二圆环的外径。

8.根据权利要求7所述的煤储层保护装置，其特征在于，

所述第一圆环的轴线和所述第二圆环的轴线共线。