CN108979595B - 一种适应低产页岩气井的柱塞排采装置 - Google Patents

一种适应低产页岩气井的柱塞排采装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适应低产页岩气井的柱塞排采装置,包括多组弹块式柱塞,相邻组弹块式柱塞之间通过托筒相连,最上端的弹块式柱塞连接打捞头,最下端的弹块式柱塞依次连接卸载逃逸装置及引导头。柱塞排采装置在通过井内缩径时上部组合式柱塞发生收缩产生一定泄漏时,下部柱塞仍然可以保持正常的密封状态,而当上部弹块式柱塞通过工作筒恢复正常的密封状态时,下部弹块式柱塞再通过有锁紧的密封工作筒,通过至少两组弹块式柱塞依次通过锁紧的方式,以控制柱塞的漏失率,提高了气井柱塞的举升效率。其中卸载逃逸装置使柱塞在大液量气井内进行少量多次带液效,并能够在地层能量不足的情况下实现逃逸,以充分发挥柱塞的举升效率,拓宽柱塞的应用范围,适应页岩气井后期低产阶段的排采要求。

Description

一种适应低产页岩气井的柱塞排采装置
技术领域
本发明涉及一种页岩气开采工具,尤其涉及一种适应低产页岩气井的柱塞排采装置。
背景技术
页岩气的开发特征是前期产量快速衰竭,但后期稳产时间长,气井将较长时间处于低产状态,必须采取相应的工艺保证页岩气井后期排水采气需要。柱塞排采技术可以提高气井在低产状态下的举升效率,延长气井的生命周期,在常规气井内得到了应用。由于前期压裂改造需要,在页岩气井的井口均安装了大通径闸板阀,并为了便于井内管柱带压取出,在管柱上也均安装了密封工作筒。页岩气井的这种特殊的井筒结构,使在实施柱塞气举时面临两个问题:一是井口存在扩径,柱塞在运行至井口时会失去扶正,导致偏心,传统的柱塞会无法到达井口捕集装置甚至无法再运行汇油管内,导致柱塞气举中断或失效;二是井内存在缩径,常规能够在光油管内运行的刚性柱塞无法通过缩径,甚至发生事故,即使对柱塞进行了可收缩改进,也同样会导致在柱塞通过密封工作筒时发生大量的漏失,使柱塞气举失去意义。上述的两个问题导致使用常规柱塞无法满足页岩气井的工作要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高气井柱塞的举升效率的适应低产页岩气井的柱塞排采装置。
本发明所采用的技术方案为:适应低产页岩气井的柱塞排采装置,其特征在于:包括多组弹块式柱塞,相邻组弹块式柱塞之间通过托筒相连,最上端的弹块式柱塞连接打捞头,最下端的弹块式柱塞依次连接卸载逃逸装置及引导头。
按上述技术方案,所述卸载逃逸装置包括外筒,在外筒内依次安设有阀座、密封阀杆、调载弹簧、调节螺母,所述密封阀杆内设有中心孔,其上端设有阀腔,在阀腔内设有阀球及挡板,密封阀杆的下端套装有调载弹簧,并通过调节螺母调节其压缩量,使密封阀杆与阀座密封配置,在密封阀杆与外筒之间设有环隙,在外筒上设有与环隙相连通的径向孔,在调节螺母上设有与环隙相连通的轴向孔。
按上述技术方案,所述阀腔的下端为密封锥面,用于与阀球密封配置,挡板上设有多个过流孔。
按上述技术方案,所述阀座与密封阀杆通过锥面密封配置。
按上述技术方案,每组弹块式柱塞包括具有中心孔的中心管和在中心管上至少设置的两个弹块式柱塞,所述弹块式柱塞包括数个金属环片、径向扶正弹簧,数个金属环片围合成环状,各个金属环片的两端内壁分别抵接径向扶正弹簧,两端分别限位在中心管的环槽中。
按上述技术方案,所述打捞头包括本体,在本体的上端设有凸台,内部设有与中心管中心孔相连通的连接通道。
按上述技术方案,所述连接通道包括设置在本体下端的盲孔,与盲孔相连通的侧向孔。
本发明所取得的有益效果为:
1、本发明的托筒两端分别安装有组合式弹块柱塞,通过这种连接方式,使柱塞排采装置在通过井内缩径时上部组合式柱塞发生收缩产生一定泄漏时,下部柱塞仍然可以保持正常的密封状态,而当上部弹块式柱塞通过工作筒恢复正常的密封状态时,下部弹块式柱塞再通过有锁紧的密封工作筒,通过至少两组弹块式柱塞依次通过锁紧的方式,以控制柱塞的漏失率,提高了气井柱塞的举升效率。通过这种连接方式,延长了柱塞的长度以大于井口扩径位置的高度,使柱塞在通过井口扩径时,柱塞仍为离开油管,并依托油管始终保持居中,以柱塞能够顺利到达井口捕捉装置处。
2、通过设置卸载逃逸装置,一旦柱塞上部的液柱压力过高并超过调载弹簧的预定设计压力,密封阀杆即会向下压缩弹簧,并使柱塞上部流体可以通过密封阀杆,泄入到柱塞下部油管内,直到调载弹簧能够克服液柱压力使密封阀杆恢复密封状态,以实现卸载的目的,通过这种新的卸载方式,使柱塞在大液量气井内进行少量多次带液效,并能够在地层能量不足的情况下实现逃逸,以充分发挥柱塞的举升效率,拓宽柱塞的应用范围,适应页岩气井后期低产阶段的排采要求。
附图说明
图1为本发明的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,本实施例提供了一种适应低产页岩气井的柱塞排采装置,包括多组弹块式柱塞,相邻组弹块式柱塞之间通过托筒9相连,最上端的弹块式柱塞连接打捞头1,最下端的弹块式柱塞依次连接卸载逃逸装置及引导头19。本实施例一设有两组弹块式柱塞,一个托筒为例进行说明。
每组弹块式柱塞包括具有中心孔的中心管20和在中心管20上至少设置的两个弹块式柱塞,所述弹块式柱塞包括数个金属环片5、径向扶正弹簧4,数个金属环片5围合成环状,各个金属环片5的两端内壁分别抵接径向扶正弹簧4,在中心管上位于金属换位5的两端分别设置有环槽,相连两个弹块式柱塞的两金属环片5通过中支环7限位在环槽内,金属环片的端头与环槽之间设有一定的压缩空间,便于金属环片的径向伸缩。其中,中支环7通过定位销6固定在中心管上,图中第一组上部的弹块式柱塞的金属环片的上端通过打捞头1的下端部进行限位,下部的弹块式柱塞的金属环片的下端通过连接头8的上端进行限位,两者的限位方式和中支环7的限位方式相同。金属环片5在入井后可以在弹簧的作用下,贴合油管内壁并保持密封,使在井筒内形成一个密封界面,地层能量作用在柱塞上,推动柱塞及其上部的流体流出井筒以解除井筒积液。在通过油管内密封工作筒时,弹块压缩弹簧并收缩以通过工作筒,减少柱塞上部的流体泄漏,最大程度降低柱塞漏失率。
所述打捞头包括本体2,本体2通过螺钉3固定在中心管20上,在本体2的上端设有凸台,主要用以在柱塞发生砂卡等异常情况时使用钢丝作业取出井下工具。在本体2的内部设有与中心管中心孔相连通的连接通道,用作生产通道。所述连接通道包括设置在本体下端的盲孔21,与盲孔相连通的侧向孔22。
托筒9的两端分别通过连接头8与两组弹块式柱塞相连,托筒9为一个两端带有螺纹的圆筒形部件,其内部安装测试仪器,并设有生产通道,以实现流体在安装仪器的条件下,顺利通过托筒。
所述卸载逃逸装置通过转环接头10与第二组弹块式柱塞的中心管相连接。所述卸载逃逸装置包括外筒17,在外筒17内依次安设有阀座11、密封阀杆15、调载16、调节螺母18,所述密封阀杆15内设有中心孔,其上端设有阀腔,阀腔的上部设有挡板13,其内部设有阀球14,所述阀腔的下端为密封锥面,用于与阀球14密封配置,在挡板13上设有多个过流孔。密封阀杆的下端设有限位台阶,用于套装有调载弹簧16,并通过调节螺母18调节其压缩量,使密封阀杆15与阀座11通过锥面密封配置,在密封阀杆15与外筒17之间设有环隙,在外筒17上设有与环隙相连通的径向孔,构成第一泄流通道,在调节螺母18上设有与环隙相连通的轴向孔,构成第二泄流通道。
在柱塞排采装置上行过程中阀球14与锥面能够保持密封。在柱塞排采装置下行过程中,阀球14离开锥面,确保流体能够通过中心孔,使柱塞排采装置能够减少阻力,快速下行。所述调载弹簧的压缩量根据气井的相关参数,通过下部的调节螺母18设定。在柱塞正常上行和下行过程中,调载弹簧18始终使密封阀杆与对应的阀座保持接触并密封。一旦柱塞上部的液柱压力过高并超过调载弹簧18的预定设计压力,密封阀杆18即会向下压缩弹簧16,并使柱塞上部流体可以通过密封阀杆18,泄入到柱塞下部油管内,直到调载弹簧16能够克服液柱压力使密封阀杆恢复密封状态,以实现卸载的目的。通过这种新的卸载方式,使柱塞在大液量气井内进行少量多次带液效,并能够在地层能量不足的情况下实现逃逸,以充分发挥柱塞的举升效率,拓宽柱塞的应用范围,适应页岩气井后期低产阶段的排采要求。
所述的导引头19为一个上部为螺纹结构,下部为一个圆锥形圆柱头且内部带有中心孔的装置结构,连接在可卸载逃逸装置下端,以使柱塞有良好的导向功用和过流作用。
本实施例的具体实施步骤为:需要实施柱塞排采的页岩气井安装钢丝作业防喷管,并根据井下生产管柱尺寸、井口采气装置通径及柱塞的尺寸参数,采用合适的通井规,连接通井工具串并通井至柱塞下入深度处。如果能正常通井至设计深度,则在井内投入适配的卡定器,并安装采气井口装置,完成地面控制装置的电气化流程改造,将柱塞排采装置放入捕捉器内,确定生产流程倒入到位后,全开井阀门,打开捕捉器开关,让柱塞排采装置自动落入井内。当井口关井套压达到开井压力时,柱塞控制器通过气动压力信号打开薄膜阀,进行开井生产。若柱塞上部液面过高,则密封阀杆15会自动压缩调压弹簧16,使上部液柱能够通过柱塞排采装置的泄流通道,泄入柱塞下方,以使地层能足以推动柱塞及柱塞上部液柱上行至井口,以满足低产气井生产要求。当柱塞下行过程中,井筒内流体可以顶开密封阀杆15内部阀球14,以减轻井内流体对柱塞的托举作用,缩短柱塞的下行时间,以提高气井柱塞的举升效率。
本发明所述的适应低产页岩气井的柱塞排采装置通过打捞头、弹块柱塞、测试仪器托筒、弹块柱塞、可卸载逃逸装置及导引头等依次顺序连接,实际上成为一个拥有一定长度的组合式密封柱塞。所述的测试仪器托筒两端分别安装有组合式弹块柱塞。通过这种连接方式,使柱塞排采装置在通过井内缩径时上部弹块式柱塞发生收缩产生一定泄漏时,下部弹块式柱塞仍然可以保持正常的密封状态,而当上部组弹块式柱塞通过密封工作筒恢复正常的密封状态时,下部弹块式柱塞再通过有锁紧的密封工作筒,通过两组柱塞依次通过锁紧的方式,以控制柱塞的漏失率。通过这种连接方式,延长了柱塞的长度以大于井口扩径位置的高度,使柱塞在通过井口扩径时,柱塞仍为离开油管,并依托油管始终保持居中,以柱塞能够顺利到达井口捕捉装置处。

Claims (4)

1.适应低产页岩气井的柱塞排采装置,其特征在于:包括多组弹块式柱塞,相邻组弹块式柱塞之间通过托筒相连,最上端的弹块式柱塞连接打捞头,最下端的弹块式柱塞依次连接卸载逃逸装置及引导头,所述卸载逃逸装置包括外筒,在外筒内依次安设有阀座、密封阀杆、调载弹簧、调节螺母,所述密封阀杆内设有中心孔,其上端设有阀腔,在阀腔内设有阀球及挡板,密封阀杆的下端套装有调载弹簧,并通过调节螺母调节其压缩量,使密封阀杆与阀座密封配置,在密封阀杆与外筒之间设有环隙,在外筒上设有与环隙相连通的径向孔,在调节螺母上设有与环隙相连通的轴向孔;所述阀腔的下端为密封锥面,用于与阀球密封配置,挡板上设有多个过流孔,所述阀座与密封阀杆通过锥面密封配置,每组弹块式柱塞包括具有中心孔的中心管和在中心管上至少设置的两个弹块式柱塞,所述弹块式柱塞包括数个金属环片、径向扶正弹簧,数个金属环片围合成环状,各个金属环片的两端内壁分别抵接径向扶正弹簧,两端分别限位在中心管的环槽中。
2.根据权利要求1所述的柱塞排采装置,其特征在于:所述打捞头包括本体,在本体的上端设有凸台,内部设有与中心管中心孔相连通的连接通道。
3.根据权利要求2所述的柱塞排采装置,其特征在于:所述连接通道包括设置在本体下端的盲孔,与盲孔相连通的侧向孔。
4.根据权利要求1所述的柱塞排采装置,其特征在于:托筒为一个两端带有螺纹的圆筒形部件,其内部安装测试仪器,并设有生产通道。
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