CN107313753A - 一种煤层气井分采分出泵及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤层气井分采分出泵及装置，属于煤层气井分层排采的技术领域。外层泵体设置在生产套管内，上端和下端分别与采气套管连接；封隔器位于上煤层和下煤层之间；内层泵体包括与排水套管连接的上泵体，以及与内层泵体座连接的下泵体；外层泵体泵座设置在内层泵体内；联通管密封连接外层泵体与外层泵体泵座；上柱塞的端口延伸至上泵体内且与抽油杆连接，侧壁上有通孔，内部有水腔；下柱塞的端口延伸至外层泵体泵座内；外层泵体泵座内和内层泵体泵座内均设置有固定凡尔；上柱塞的端口内、下柱塞的端口内和水腔内均设置有游动凡尔。该泵能同时完成两层煤层气的排采，改善了多层合采过程中的“倒灌”现象及层间干扰，利于释放煤层气产能。

Description

一种煤层气井分采分出泵及装置

技术领域

本发明涉及煤层气井分层排采的技术领域，特别是涉及一种煤层气井分采分出泵及装置。

背景技术

煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，是优质能源和化工原料。对煤炭开采过程中产生的煤层气进行有效利用，在一定程度上能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，在抽吸泵的抽吸作用下，井下的气体混合物从套管和油管之间的环形空间内被抽吸井外，液体混合物从抽油杆与油管之间的环形空间内被抽吸到井外。煤层气井在排水产气过程中，煤储层应力随着排水降压的持续进行，会产生应力差效应。当有效应力增加到到一定数值时，煤储层的渗透率将下降到难以使煤层水流动的状态，在单煤层排采时，通过合理的控制排采速度和动液面位置，可以避免压力差效应对煤储层的伤害，但是在实际的开发中，煤层气井往往会遇到两个煤层，如果煤储层压力梯度不一致或者煤层间距较大时，一般都是上面的煤层先产气，随着液面的下降，下面的煤层才开始产气，很难保证两个煤层生产层同时解吸、产气，有时甚至出现“倒灌”现象及层间干扰现象，严重影响产气效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤层气井分采分出泵及装置，改善现有技术中两层煤层气不能同时排采，影响产气效果的技术问题。

本发明提供一种煤层气井分采分出泵，包括外层泵体、外层泵体泵座、联通管、封隔器、柱塞以及设置在外层泵体内的内层泵体和内层泵体泵座；外层泵体设置在贯穿上煤层和下煤层的生产套管内，且上端和下端分别与套设在生产套管内的采气套管连接；封隔器设置在生产套管和采气套管之间，或生产套管和外层泵体之间，且封隔器位于上煤层和下煤层之间；内层泵体包括与套设在采气套管内的排水套管连接的上泵体，以及与内层泵体座连接的下泵体；外层泵体泵座设置在内层泵体内；联通管设置在封隔器和上煤层之间，穿过下泵体的侧壁，密封连接外层泵体与外层泵体泵座；柱塞包括上柱塞和下柱塞；上柱塞的端口延伸至上泵体内且与套设在排水套管内的抽油杆连接，侧壁上设置有通孔，内部设置有与通孔连通的水腔；下柱塞的端口延伸至外层泵体泵座内；外层泵体泵座内和内层泵体泵座内均设置有固定凡尔；上柱塞的端口内、下柱塞的端口内和水腔内均设置有游动凡尔；外层泵体泵座内的固定凡尔设置在联通管的上方；水腔内的游动凡尔设置在通孔的上方。

进一步地，封隔器选用液压式封隔器。

进一步地，外层泵体通过节箍与采气套管连接。

进一步地，外层泵体与采气套管的连接处设置有密封件。

进一步地，上泵体与排水套管通过连接插口连接，排水套管与连接插口连接的一端设置有引斜。

进一步地，上泵体与排水套管通过地面作业车向排水套管施加的压力密封连接。

本发明还提供一种煤层气井分采分出装置，包括贯穿上煤层和下煤层的生产套管、套设在所述生产套管内的采气套管、套设在所述采气套管内的排水套管、套设在所述排水套管内的抽油杆以及如上述任一项所述的煤层气井分采分出泵；生产套管与采气套管之间围合成上端密封的第一环形空间；生产套管延伸至地面的管体上设置有与第一环形空间连通的第一排气管；采气套管与排水套管之间围合成上端密封的第二环形空间；采气套管延伸至地面的管体上设置有与第二环形空间连通的第二排气管；排水套管延伸至地面的管体上设置有排水管。

进一步地，第一排气管和第二排气管上均设置有带节流器的排气阀门；煤层气井分采分出装置还包括位于排气阀门之后的，分别与第一排气管和第二排气管连通的第一流量计和第二流量计。

进一步地，排水管上设置有水表。

进一步地，生产套管延伸至地面的管体上还设置有与第一环形空间连通第一压力检测管；采气套管延伸至地面的管体上还设置有与第二环形空间连通的第二压力检测管；第一压力检测管和第二压力检测管上均设置有控制阀门及位于所述控制阀门之后的压力表。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

在使用本发明提供的煤层气井分采分出泵及装置时，封隔器将上层煤和下层煤产出的气液混合物分隔开，构成两个独立的互不干扰的压力系统，实现真正意义上的双层排采：上煤层产出的气液混合物进入到生产套管和采气套管（或生产套管和外层泵体）之间的第一环形空间内，形成上煤层液面；下煤层产出的气液混合物进入到采气套管和排水套管之间的第二环形空间内，形成下煤层液面。上冲程时，抽油杆带动柱塞向上运动，上柱塞端口内、下柱塞端口内和水腔内的游动凡尔受排水套管内压力作用而关闭；外层泵体泵座内位于固定凡尔和下柱塞端口之间的空间增大，压力减小，外层泵体泵座内的固定凡尔在第一环形空间的压力作用下被顶开，第一环形空间内压力减小，气液混合物分离，上煤层产生的气体沿第一环形空间上升，上煤层产生的液体从第一环形空间经过联通管进入到外层泵体泵座内，并通过固定凡尔进入到外层泵体泵座内位于固定凡尔和下柱塞端口之间的空间内；同时，内层泵体的下泵体内的空间增大，压力减小，内层泵体泵座内的固定凡尔在第二环形空间的压力作用下被顶开，第二环形空间内的压力减小，气液混合物分离，下煤层产生的气体沿第二环形空间上升，下煤层产生的液体通过内层泵体泵座内的固定凡尔进入到内层泵体的下泵体内的空间内，穿过上柱塞侧壁上的通孔，进入到与通孔连通的水腔内。下冲程时，抽油杆带动柱塞向下运动，外层泵体泵座内位于固定凡尔和下柱塞端口之间的空间减小，压力增大至与第一环形空间内压力相等时，外层泵体泵座内的固定凡尔靠自重关闭；同时，内层泵体的下泵体内的空间减小，压力增大至与第二环形空间内压力相等时，内层泵体泵座内的固定凡尔靠自重关闭；抽油杆继续带动柱塞向下运动，外层泵体泵座内位于固定凡尔和下柱塞端口之间的空间和内层泵体的下泵体内的空间继续减小，压力继续增大至大于排水套管内压力，上柱塞端口内、下柱塞端口内和水腔内的游动凡尔被顶开，上煤层产生的液体依次通过下柱塞端口内的游动凡尔和上柱塞端口内的游动凡尔进入到排水套管内，下煤层产生的液体依次通过水腔内的游动凡尔和上柱塞端口内游动凡尔进入到排水套管内。通过上冲程和下冲程不断交替，两层煤层产生的气体分别从第一环形空间和第二环形空间内排出，液体则通过排水套管混合排出，同时完成了两个煤层液体与气体的排采，改善了多层合采过程中出现的“倒灌”现象及层间干扰现象，有利于煤层气产能的释放。

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它的附图，其中：

图1是本发明实施例1提供的煤层气井分采分出泵的结构示意图；

图2是图1所示煤层气井分采分出泵工作时上煤层产出的液体的流动方向图；

图3是图1所示煤层气井分采分出泵工作时下煤层产出的液体的流动方向图；

图4是本发明实施例2提供的煤层气井分采分出装置的结构示意图。

标号：1-外层泵体；2-外层泵体泵座；3-联通管；4-封隔器；5-内层泵体泵座；6-上泵体；7-下泵体；8-上柱塞；9-下柱塞；10-通孔；11-水腔；12-固定凡尔；13-游动凡尔；14-节箍；15-连接插口；16-排气阀门；17-控制阀门；18-压力表；19-四通；20-套管头；21-套管悬挂器；22-三通；100-上煤层；101-第一环形空间；102-上煤层液面；200-下煤层；201-第二环形空间；202-下煤层液面；300-生产套管；301-第一排气管；302-第一压力检测管；400-采气套管；401-第二排气管；402-第二压力检测管；500-排水套管；501-排水管；600-抽油杆。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“上”是指延伸至井外的方向，“下”是指延伸至井内的方向，“前”是指煤层气流入的方向，“后”是指煤层气流出的方向，。

实施例1

本实施例提供一种煤层气井分采分出泵，如图1所示，包括外层泵体1、外层泵体泵座2、联通管3、封隔器4、柱塞以及设置在外层泵体1内的内层泵体和内层泵体泵座5；外层泵体1设置在贯穿上煤层100和下煤层200的生产套管300内，且上端和下端分别与套设在生产套管300内的采气套管400连接；封隔器4设置在生产套管300和采气套管400之间，或生产套管300和外层泵体1之间，且封隔器4位于上煤层100和下煤层200之间；内层泵体包括与套设在采气套管400内的排水套管500连接的上泵体6，以及与内层泵体座5连接的下泵体7；外层泵体泵座2设置在内层泵体内；联通管3设置在封隔器4和上煤层100之间，穿过下泵体7的侧壁，密封连接外层泵体1与外层泵体泵座2；柱塞包括上柱塞8和下柱塞9；上柱塞8的端口延伸至上泵体6内且与套设在排水套管500内的抽油杆600连接，侧壁上设置有通孔10，内部设置有与通孔10连通的水腔11；下柱塞9的端口延伸至外层泵体泵座2内；外层泵体泵座2内和内层泵体泵座5内均设置有固定凡尔12；上柱塞8的端口内、下柱塞9的端口内和水腔11内均设置有游动凡尔13；外层泵体泵座2内的固定凡尔12设置在联通管3的上方；水腔11内的游动凡尔13设置在通孔10的上方。

为了改善现有技术中两层煤层气不能同时排采，影响产气效果的技术问题，煤与煤层气共采国家重点实验室的工作人员经过实地考察，实验设计，发明了上述煤层气井分采分出泵，在使用本实施例提供的煤层气井分采分出泵时，封隔器4将上层煤100和下层煤200产出的气液混合物分隔开，构成两个独立的互不干扰的压力系统：如图2所示，上煤层100产出的气液混合物进入到生产套管300和采气套管400（或生产套管300和外层泵体1）之间的第一环形空间101内，形成上煤层液面102；如图3所示，下煤层200产出的气液混合物进入到采气套管400和排水套管500（或外层泵体1和内层泵体）之间的第二环形空间201内，形成下煤层液面202。上冲程时，抽油杆600带动柱塞沿着上泵体6向上运动，上柱塞8端口内、下柱塞9端口内和水腔11内的游动凡尔13受排水套管500内压力作用而关闭；外层泵体泵座2内位于固定凡尔12和下柱塞9端口之间的空间增大，压力减小，外层泵体泵座2内的固定凡尔12在第一环形空间101的压力作用下被顶开，第一环形空间101内压力减小，气液混合物分离，上煤层100产生的气体沿第一环形空间101上升，如图2所示，上煤层100产生的液体从第一环形空间101经过联通管3进入到外层泵体泵座2内，并通过固定凡尔12进入到外层泵体泵座2内位于固定凡尔12和下柱塞9端口之间的空间内；同时，内层泵体的下泵体7内的空间增大，压力减小，内层泵体泵座5内的固定凡尔12在第二环形空间201的压力作用下被顶开，第二环形空间201内的压力减小，气液混合物分离，下煤层200产生的气体沿第二环形空间201上升，如图3所示，下煤层200产生的液体通过内层泵体泵座5内的固定凡尔12进入到内层泵体的下泵体7内的空间内，穿过上柱塞8侧壁上的通孔10，进入到与通孔10连通的水腔11内。下冲程时，抽油杆600带动柱塞沿着上泵体6向下运动，外层泵体泵座2内位于固定凡尔12和下柱塞9端口之间的空间减小，压力增大至与第一环形空间101内压力相等时，外层泵体泵座2内的固定凡尔12靠自重关闭；同时，内层泵体的下泵体7内的空间减小，压力增大至与第二环形空间101内压力相等时，内层泵体泵座5内的固定凡尔12靠自重关闭；抽油杆600继续带动柱塞向下运动，外层泵体泵座2内位于固定凡尔12和下柱塞9端口之间的空间和内层泵体的下泵体7内的空间继续减小，压力继续增大至大于排水套管500内压力，上柱塞8端口内、下柱塞9端口内和水腔11内的游动凡尔13被顶开，如图2所示，上煤层100产生的液体依次通过下柱塞9端口内的游动凡尔13和上柱塞8端口内的游动凡尔13进入到排水套管500内，如图3所示，下煤层200产生的液体依次通过水腔11内的游动凡尔13和上柱塞8端口内游动凡尔13进入到排水套管500内。通过上冲程和下冲程不断交替，两层煤层产生的气体分别从第一环形空间101和第二环形空间201内排出，液体则通过排水套管500混合排出，同时完成了两个煤层液体与气体的排采，改善了多层合采过程中出现的“倒灌”现象及层间干扰现象，有利于煤层气产能的释放。

优选地，封隔器4选用液压式封隔器。

进一步地，如图1所示，外层泵体1通过节箍14与采气套管400连接。

进一步地，外层泵体1与采气套管400的连接处设置有密封件，以保证二者之间的密封性，防止第一环形空间101和第二环形空间201内的气液混合物相互渗漏，影响排采效果。

进一步地，如图1所示，上泵体6与排水套管500通过连接插口15连接；排水套管500与连接插口15连接的一端设置有引斜。在下排水套管500时，在排水套管500上安装引斜，引斜对排水套管500起指引作用，保证排水套管500垂直下降到连接插口15处，并能保护排水套管500在下降过程中，端部不会被井壁磕碰损坏。在将上泵体6与排水套管500连接完成后，引斜位于连接插口15的上端。

进一步地，泵体6与排水套管500通过地面作业车向排水套管500施加的压力密封连接，以保证内层泵体和排水套管500之间的密封性。

实施例2

本实施例提供一种煤层气井分采分出装置，如图4所示，包括贯穿上煤层100和下煤层200的生产套管300、套设在生产套管300内的采气套管400、套设在采气套管400内的排水套管500、套设在排水套管500内的抽油杆600以及煤层气井分采分出泵；所述煤层气井分采分出泵具有实施例1所述煤层气井分采分出泵的任一项技术特征；生产套管300与采气套管400之间围合成上端密封的第一环形空间101；生产套管300延伸至地面的管体上设置有与第一环形空间101连通的第一排气管301；采气套管400与排水套管500之间围合成上端密封的第二环形空间201；采气套管400延伸至地面的管体上设置有与第二环形空间201连通的第二排气管401；排水套管500延伸至地面的管体上设置有排水管501。

经过煤层气井分采分出泵的抽送，上煤层100产生的气体沿第一环形空间101上升，从第一排气管301排出，下煤层200产生的气体沿第二环形空间201上升，从第二排气管401排出，液体则通过排水套管500混合排出，在井下实现两煤层产出气体分进分出，两煤层产出水分进混出，两个压力系统及排气系统，互不干扰，实现了两煤层分层分采分出的目的。

进一步地，如图4所示，第一排气管301和第二排气管401上均设置有带节流器的排气阀门16；煤层气井分采分出装置还包括位于排气阀门16之后的，分别与第一排气管301和第二排气管401连通的第一流量计和第二流量计。

其中，第一流量计和第二流量计可以分别设置在第一排气管301和第二排气管401上，也可以设置在集输站内与第一排气管301和第二排气管401分别对应的管道上，只要能够实现第一流量计对第一排气管301内气体的计量，第二流量计对第二排气管401内气体的计量即可。

进一步地，如图4所示，排水管501上设置有水表，以计量排水量。

进一步地，如图4所示，生产套管延300伸至地面的管体上还设置有与第一环形空间101连通第一压力检测管302；采气套管400延伸至地面的管体上还设置有与第二环形空间201连通的第二压力检测管402；第一压力检测管302和第二压力检测管402上均设置有控制阀门17及位于控制阀门17之后的压力表18。对第一环形空间101和第二环形空间201内的压力检测时，打开控制阀门17。压力表18损坏需要维修更换时，则关闭控制阀门17。

在本实施例中，管线之间的具体安装方式是：如图4所示，生产套管延300伸至地面的端口连接四通19的第一接口，与第一接口相邻的第二接口连接第一排气管301，与第一接口相邻的第三接口连接第一压力检测管302，采气套管400穿过第一接口以及与第一接口相对的第四接口，第四接口上设置有套管头20，采气套管400与套管头20之间通过套管悬挂器21密封连接；采气套管400伸至地面的端口连接四通19的第一接口，与第一接口相邻的第二接口连接第二排气管401，与第一接口相邻的第三接口连接第二压力检测管402，排水套管500穿过第一接口以及与第一接口相对的第四接口，第四接口上设置有套管头20，排水套管500与套管头20之间通过套管悬挂器21密封连接；排水套管500伸至地面的端口连接三通22的第一端口，排水管501连接三通22的第二端口，三通22的第三端口上设置有密封端盖。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种煤层气井分采分出泵，其特征在于：包括外层泵体（1）、外层泵体泵座（2）、联通管（3）、封隔器（4）、柱塞以及设置在所述外层泵体（1）内的内层泵体和内层泵体泵座（5）；

所述外层泵体（1）设置在贯穿上煤层（100）和下煤层（200）的生产套管（300）内，且上端和下端分别与套设在所述生产套管（300）内的采气套管（400）连接；

所述封隔器（4）设置在所述生产套管（300）和采气套管（400）之间，或所述生产套管（300）和外层泵体（1）之间，且所述封隔器（4）位于所述上煤层（100）和下煤层（200）之间；

所述内层泵体包括与套设在所述采气套管（400）内的排水套管（500）连接的上泵体（6），以及与所述内层泵体座（5）连接的下泵体（7）；

所述外层泵体泵座（2）设置在所述内层泵体内；

所述联通管（3）设置在所述封隔器（4）和上煤层（100）之间，穿过所述下泵体（7）的侧壁，密封连接所述外层泵体（1）与外层泵体泵座（2）；

所述柱塞包括上柱塞（8）和下柱塞（9）；

所述上柱塞（8）的端口延伸至所述上泵体（6）内且与套设在所述排水套管（500）内的抽油杆（600）连接，侧壁上设置有通孔（10），内部设置有与所述通孔（10）连通的水腔（11）；

所述下柱塞（9）的端口延伸至所述外层泵体泵座（2）内；

所述外层泵体泵座（2）内和内层泵体泵座（5）内均设置有固定凡尔（12）；

所述上柱塞（8）的端口内、下柱塞（9）的端口内和水腔（11）内均设置有游动凡尔（13）；

所述外层泵体泵座（2）内的固定凡尔（12）设置在所述联通管（3）的上方；

所述水腔（11）内的游动凡尔（13）设置在所述通孔（10）的上方。

2.根据权利要求1所述的煤层气井分采分出泵，其特征在于，所述封隔器（4）选用液压式封隔器。

3.根据权利要求1所述的煤层气井分采分出泵，其特征在于，所述外层泵体（1）通过节箍（14）与所述采气套管（400）连接。

4.根据权利要求3所述的煤层气井分采分出泵，其特征在于，所述外层泵体（1）与采气套管（400）的连接处设置有密封件。

5.根据权利要求1所述的煤层气井分采分出泵，其特征在于，所述上泵体（6）与排水套管（500）通过连接插口（15）连接，所述排水套管（500）与连接插口（15）连接的一端设置有引斜。

6.根据权利要求5所述的煤层气井分采分出泵，其特征在于，所述上泵体（6）与排水套管（500）通过地面作业车向所述排水套管（500）施加的压力密封连接。

7.一种煤层气井分采分出装置，其特征在于，包括贯穿上煤层（100）和下煤层（200）的生产套管（300）、套设在所述生产套管（300）内的采气套管（400）、套设在所述采气套管（400）内的排水套管（500）、套设在所述排水套管（500）内的抽油杆（600）以及如权利要求1-6任一项所述的煤层气井分采分出泵；

所述生产套管（300）与采气套管（400）之间围合成上端密封的第一环形空间（101）；

所述生产套管（300）延伸至地面的管体上设置有与所述第一环形空间（101）连通的第一排气管（301）；

所述采气套管（400）与排水套管（500）之间围合成上端密封的第二环形空间（201）；

所述采气套管（400）延伸至地面的管体上设置有与所述第二环形空间（201）连通的第二排气管（401）；

所述排水套管（500）延伸至地面的管体上设置有排水管（501）。

8.根据权利要求7所述的煤层气井分采分出装置，其特征在于，所述第一排气管（301）和第二排气管（401）上均设置有带节流器的排气阀门（16）；

还包括位于所述排气阀门（16）之后的，分别与所述第一排气管（301）和第二排气管（401）连通的第一流量计和第二流量计。

9.根据权利要求7所述的煤层气井分采分出装置，其特征在于，所述排水管（501）上设置有水表（502）。

10.根据权利要求7所述的煤层气井分采分出装置，其特征在于，所述生产套管（300）延伸至地面的管体上还设置有与所述第一环形空间（101）连通第一压力检测管（302）；

所述采气套管（400）延伸至地面的管体上还设置有与所述第二环形空间（201）连通的第二压力检测管（402）；

所述第一压力检测管（302）和第二压力检测管（402）上均设置有控制阀门（17）及位于所述控制阀门（17）之后的压力表（18）。