CN109098698B - 叶片式压力自调节煤层气采集装置 - Google Patents

叶片式压力自调节煤层气采集装置 Download PDF

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Abstract

叶片式压力自调节煤层气采集装置，包括垂直设置的外套管，外套管上均匀开设有若干层透气孔，每层透气孔均沿外套管的圆周方向均匀布置，外套管内部设置有用于调节上部每一层透气孔开度的上层煤层气压力调节装置和用于调节下部每一层透气孔开度的下层煤层气压力调节装置，上层煤层气压力调节装置位于上层煤气层中，下层煤层气压力调节装置位于下层煤气层中，上层煤气层和下层煤气层之间为一层地层。本发明设计新颖、结构紧凑、通过纯机械结构达到煤层气采集过程中不等压的煤气层之间的气压调节，从而确保了高压煤气层和与相邻的低压煤气层均能正常抽采，实现多层合采高效绿色的开发的目的。

Description

叶片式压力自调节煤层气采集装置
技术领域
本发明属于煤层气开采技术领域，具体涉及一种叶片式压力自调节煤层气采集装置。
背景技术
我国煤层气产业发展已进入规模化生产阶段，初步形成了适宜于沁水盆地高阶煤煤层气、鄂尔多斯盆地中阶煤煤层气的勘探开发技术体系，准噶尔盆地、二连盆地和伊兰盆地低阶煤煤层气也取得了突出的效果。西南地区煤层气多层合采及我国正在兴起的煤系气综合勘探开发技术体系正处于探索阶段，规模化开发尚未实现。多层能否实现井筒合采，决定了煤系非常管天然气的开发效率。目前针对多煤层煤层气及煤系“三气”形成的共识包括: ①资源丰富，体现在气源丰富、储层叠置、多样化成藏; ② 储层层系多，多套生储盖组合导致多套流体压力系统共存，煤系内部气、水分布关系复杂；③ 单一储层开采过程中，产气量多偏低，同井筒合采可以提高资源利用效率和开发效果。煤层气开发的核心是排水降压解吸的过程，多煤层合采过程中，若叠置含气系统紧邻或间距较小，系统之间的动态平衡关系脆弱，易于受到开采扰动而发生系统间干扰，某一个小层的开发，会直接导致其他小层产量的减少，直接表现为一个层产出的气、水倒灌仅其他层位。对煤系气合采而言，煤层气、致密砂岩气、页岩气赋存和开采机理不同，三气合采增加了一个煤层气解吸的过程，使得气体产出过程中影响因素变得更为复杂，生产管控难度大。煤系地层如果存在压力系统差异，会引起气水倒灌，煤层产水会引起砂岩、页岩水淹，难以合采。因此，层间干扰是多煤层共采及煤系三气合采亟待解决的一个问题，导致其发生的关键因素在于储层之间的压力系统差异。结合各储层之间的压力差异，有序排放各层地层水，控制各个层位的流体压力及液柱高度，是实现多层合采高效绿色的开发的必要条件。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种可根据不同煤气层分别进行自动调压、避免气水倒灌及层间干扰、方便多煤层共采及煤系三气合采的叶片式压力自调节煤层气采集装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：叶片式压力自调节煤层气采集装置，包括垂直设置的外套管，外套管上均匀开设有若干层透气孔，每层透气孔均沿外套管的圆周方向均匀布置，外套管内部设置有用于调节上部每一层透气孔开度的上层煤层气压力调节装置和用于调节下部每一层透气孔开度的下层煤层气压力调节装置，上层煤层气压力调节装置位于上层煤气层中，下层煤层气压力调节装置位于下层煤气层中，上层煤气层和下层煤气层之间为一层地层。
上层煤层气压力调节装置和下层煤层气压力调节装置的构造相同；
上层煤层气压力调节装置包括上十字架和下十字架，上十字架和下十字架的外端均固定连接在外套管内壁，上十字架和下十字架之间的中部固定设置有与外套管同中心线的立柱，立柱内部开设有圆柱孔，立柱上端封堵、下端敞口，立柱的圆柱孔内同轴向设置有拉杆，拉杆下端设置有滑动连接在圆柱孔内的推动活塞，拉杆中部和上部分别设置有一个滑动连接在圆柱孔内的导向通透活塞，导向通透活塞上开设有上下通透的圆孔，圆柱孔内在推动活塞上方盛装有具有一定压力的液压油，立柱下端连接有位于下十字架下方的煤层气引流管，煤层气引流管的外端口伸出外套管；立柱外侧设置有与每层透气孔均对应的若干层透气孔开度调节机构，每层透气孔开度调节机构的牵拉端均与拉杆连接。
每层透气孔开度调节机构的构造均相同，每层透气孔开度调节机构均包括沿外套管周向设置的四组构造相同的叶片板组件；
每组叶片板组件均包括叶片板、连杆、支座、滑轮座、滑轮和钢丝，支座和滑轮座均固定设置外套管的外侧部，滑轮座位于支座的正上方，在叶片板的厚度大于透气孔的直径，叶片板的外侧边为圆弧形结构，叶片板内侧与连杆外端固定连接，连杆内端通过销轴铰接在支座上，滑轮座上转动设有滑轮，叶片板上表面设置有吊耳，外套管沿径向方向开设有穿孔，钢丝外端连接在吊耳上，钢丝内端绕过滑轮、伸入穿孔后连接到拉杆上，销轴上套设有可使连杆具有向下扭转力的扭簧，叶片板外侧的圆弧形结构与透气孔位于同一高度时，圆弧形结构与外套管的内壁接触并将透气孔封堵。
滑轮的上部轮槽的中心线与穿孔的中心线重合，钢丝的外径与穿孔的内径相等，穿孔内壁设置有与钢丝密封滑动配合的密封O型圈，穿孔的内端为喇叭口形状。
每组叶片板组件的滑轮座、滑轮、钢丝和吊耳沿外套管的轴线方向上下依次设置有三套。
采用上述技术方案，煤层气开采过程中，会有多层煤层气被地层隔开，即在上层煤气层与下层煤气层中间间隔有地层，对于多煤层气开采过程中若上层煤气层的气压大于下层煤气层的气压，此时下层煤气层中的煤气则无法进行开采，故在上层煤气层与下层煤气层中分别安置上层煤气压力调节装置与下层煤气压力调节装置以调节煤层气的抽采压力。具体调节原理及过程为：
上层煤层气压力调节装置和下层煤层气压力调节装置的立柱内部圆柱孔内盛装的液压油的压力值事先进行调好，上层煤层气压力调节装置内的液压油的压力值大于下层煤层气压力调节装置内的液压油的压力值。假定上层煤气压力调节装置的立柱内部圆柱孔内盛装的液压油的压力值为P1，上层煤气层的气压压力值为P2，此时上层煤气层的煤层气引流管的引流煤气的压力值即为P2，下层煤气压力调节装置的立柱内部圆柱孔内盛装的液压油的压力值为P3，下层煤气层的气压压力值为P4，此时下层煤气层的煤层气引流管的引流煤气的压力值即为P4。当上层煤气层的煤层气的压力值P2高于下层煤气层的煤层气的压力值P4时，同时压力值P2高于上层煤气压力调节装置内的液压油的压力值为P1，推动活塞向上移动，拉杆也向上移动，拉杆上连接的钢丝松开，叶片板在自身重力和扭簧的作用下向下转动，叶片板外侧的圆弧形结构将会遮挡外套管上的部分进气口，直到压力P1与P2达到平衡状态，外套管的部分进气口的遮挡将会降低外套管内部的压力值P2，此时下层煤气层中的煤层气将会被顺利开采，反之当P1大于P2时，液压油驱动推动活塞向下移动，拉杆也向下移动，拉杆向下拉动钢丝，钢丝通过滑轮拉动叶片板向上转动，透气孔被全部打开，此时外套管内部的流通阻力减小，进一步促进了煤层气的开采。
本发明中的密封O型圈起到导向钢丝且避免液压油泄漏的作用。滑轮的设置确保钢丝在穿孔内沿径向方向移动，确保密封O型圈的密封可靠性。
喇叭口起到导向钢丝向下拉动叶片板的作用，避免钢丝与穿孔的内端口产生直角式折弯而产生较大的阻力，也延长钢丝的寿命。
由于拉杆较长，因此在拉杆的中部和上部分别设置导向通透活塞，确保拉杆保持轴向移动的稳定性，导向通透活塞上开设的上下通透的圆孔起到透过液压油的作用。
综上所述，本发明设计新颖、结构紧凑、通过纯机械结构达到煤层气采集过程中不等压的煤气层之间的气压调节，从而确保了高压煤气层和与相邻的低压煤气层均能正常抽采，实现多层合采高效绿色的开发的目的。
附图说明
图1 是本发明的整体示意图；
图2 是上层煤层气压力调节装置的等轴测视图；
图3 是上层煤层气压力调节装置的剖面图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明的叶片式压力自调节煤层气采集装置，包括垂直设置的外套管1，外套管1上均匀开设有若干层透气孔2，每层透气孔2均沿外套管1的圆周方向均匀布置，外套管1内部设置有用于调节上部每一层透气孔2开度的上层煤层气压力调节装置3和用于调节下部每一层透气孔2开度的下层煤层气压力调节装置4，上层煤层气压力调节装置3位于上层煤气层5中，下层煤层气压力调节装置4位于下层煤气层6中，上层煤气层5和下层煤气层6之间为一层地层7。
上层煤层气压力调节装置3和下层煤层气压力调节装置4的构造相同；
上层煤层气压力调节装置3包括上十字架8和下十字架9，上十字架8和下十字架9的外端均固定连接在外套管1内壁，上十字架8和下十字架9之间的中部固定设置有与外套管1同中心线的立柱10，立柱10内部开设有圆柱孔，立柱10上端封堵、下端敞口，立柱10的圆柱孔内同轴向设置有拉杆11，拉杆11下端设置有滑动连接在圆柱孔内的推动活塞12，拉杆11中部和上部分别设置有一个滑动连接在圆柱孔内的导向通透活塞13，导向通透活塞13上开设有上下通透的圆孔，圆柱孔内在推动活塞12上方盛装有具有一定压力的液压油14，立柱10下端连接有位于下十字架9下方的煤层气引流管15，煤层气引流管15的外端口伸出外套管1；立柱10外侧设置有与每层透气孔2均对应的若干层透气孔开度调节机构，每层透气孔开度调节机构的牵拉端均与拉杆11连接。
每层透气孔开度调节机构的构造均相同，每层透气孔开度调节机构均包括沿外套管1周向设置的四组构造相同的叶片板组件；
每组叶片板组件均包括叶片板16、连杆17、支座18、滑轮座19、滑轮20和钢丝21，支座18和滑轮座19均固定设置外套管1的外侧部，滑轮座19位于支座18的正上方，在叶片板16的厚度大于透气孔2的直径，叶片板16的外侧边为圆弧形结构，叶片板16内侧与连杆17外端固定连接，连杆17内端通过销轴23铰接在支座18上，滑轮座19上转动设有滑轮20，叶片板16上表面设置有吊耳22，外套管1沿径向方向开设有穿孔，钢丝21外端连接在吊耳22上，钢丝21内端绕过滑轮20、伸入穿孔后连接到拉杆11上，销轴23上套设有可使连杆17具有向下扭转力的扭簧，叶片板16外侧的圆弧形结构与透气孔2位于同一高度时，圆弧形结构与外套管1的内壁接触并将透气孔2封堵。
滑轮20的上部轮槽的中心线与穿孔的中心线重合，钢丝21的外径与穿孔的内径相等，穿孔内壁设置有与钢丝21密封滑动配合的密封O型圈，穿孔的内端为喇叭口形状。
每组叶片板16组件的滑轮座19、滑轮20、钢丝21和吊耳22沿外套管1的轴线方向上下依次设置有三套。
煤层气开采过程中，会有多层煤层气被地层7隔开，即在上层煤气层5与下层煤气层6中间间隔有地层7，对于多煤层气开采过程中若上层煤气层5的气压大于下层煤气层6的气压，此时下层煤气层6中的煤气则无法进行开采，故在上层煤气层5与下层煤气层6中分别安置上层煤气压力调节装置与下层煤气压力调节装置以调节煤层气的抽采压力。具体调节原理及过程为：
上层煤层气压力调节装置3和下层煤层气压力调节装置4的立柱10内部圆柱孔内盛装的液压油14的压力值事先进行调好，上层煤层气压力调节装置3内的液压油14的压力值大于下层煤层气压力调节装置4内的液压油14的压力值。假定上层煤气压力调节装置的立柱10内部圆柱孔内盛装的液压油14的压力值为P1，上层煤气层5的气压压力值为P2，此时上层煤气层5的煤层气引流管15的引流煤气的压力值即为P2，下层煤气压力调节装置的立柱10内部圆柱孔内盛装的液压油14的压力值为P3，下层煤气层6的气压压力值为P4，此时下层煤气层6的煤层气引流管15的引流煤气的压力值即为P4。当上层煤气层5的煤层气的压力值P2高于下层煤气层6的煤层气的压力值P4时，同时压力值P2高于上层煤气压力调节装置内的液压油14的压力值为P1，推动活塞12向上移动，拉杆11也向上移动，拉杆11上连接的钢丝21松开，叶片板16在自身重力和扭簧的作用下向下转动，叶片板16外侧的圆弧形结构将会遮挡外套管1上的部分进气口，直到压力P1与P2达到平衡状态，外套管1的部分进气口的遮挡将会降低外套管1内部的压力值P2，此时下层煤气层6中的煤层气将会被顺利开采，反之当P1大于P2时，液压油14驱动推动活塞12向下移动，拉杆11也向下移动，拉杆11向下拉动钢丝21，钢丝21通过滑轮20拉动叶片板16向上转动，透气孔2被全部打开，此时外套管1内部的流通阻力减小，进一步促进了煤层气的开采。
本发明中的密封O型圈起到导向钢丝21且避免液压油14泄漏的作用。滑轮20的设置确保钢丝21在穿孔内沿径向方向移动，确保密封O型圈的密封可靠性。
喇叭口起到导向钢丝21向下拉动叶片板16的作用，避免钢丝21与穿孔的内端口产生直角式折弯而产生较大的阻力，也延长钢丝21的寿命。
由于拉杆11较长，因此在拉杆11的中部和上部分别设置导向通透活塞13，确保拉杆11保持轴向移动的稳定性，导向通透活塞13上开设的上下通透的圆孔起到透过液压油14的作用。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.叶片式压力自调节煤层气采集装置，其特征在于：包括垂直设置的外套管，外套管上均匀开设有若干层透气孔，每层透气孔均沿外套管的圆周方向均匀布置，外套管内部设置有用于调节上部每一层透气孔开度的上层煤层气压力调节装置和用于调节下部每一层透气孔开度的下层煤层气压力调节装置，上层煤层气压力调节装置位于上层煤气层中，下层煤层气压力调节装置位于下层煤气层中，上层煤气层和下层煤气层之间为一层地层；
上层煤层气压力调节装置和下层煤层气压力调节装置的构造相同；
上层煤层气压力调节装置包括上十字架和下十字架，上十字架和下十字架的外端均固定连接在外套管内壁，上十字架和下十字架之间的中部固定设置有与外套管同中心线的立柱，立柱内部开设有圆柱孔，立柱上端封堵、下端敞口，立柱的圆柱孔内同轴设置有拉杆，拉杆下端设置有滑动连接在圆柱孔内的推动活塞，拉杆中部和上部分别设置有一个滑动连接在圆柱孔内的导向通透活塞，导向通透活塞上开设有上下通透的圆孔，圆柱孔内在推动活塞上方盛装有具有一定压力的液压油，立柱下端连接有位于下十字架下方的煤层气引流管，煤层气引流管的外端口伸出外套管；立柱外侧设置有若干层透气孔开度调节机构，每层透气孔开度调节机构对应调节该层的透气孔，每层透气孔开度调节机构的牵拉端均与拉杆连接。
2.根据权利要求1所述的叶片式压力自调节煤层气采集装置，其特征在于：每层透气孔开度调节机构的构造均相同，每层透气孔开度调节机构均包括沿外套管周向设置的四组构造相同的叶片板组件；
每组叶片板组件均包括叶片板、连杆、支座、滑轮座、滑轮和钢丝，支座和滑轮座均固定设置在外套管的外侧部，滑轮座位于支座的正上方，叶片板的厚度大于透气孔的直径，叶片板的外侧边为圆弧形结构，叶片板内侧与连杆外端固定连接，连杆内端通过销轴铰接在支座上，滑轮座上转动设有滑轮，叶片板上表面设置有吊耳，外套管沿径向方向开设有穿孔，钢丝外端连接在吊耳上，钢丝内端绕过滑轮、伸入穿孔后连接到拉杆上，销轴上套设有可使连杆具有向下扭转力的扭簧，叶片板外侧的圆弧形结构与透气孔位于同一高度时，圆弧形结构与外套管的内壁接触并将透气孔封堵。
3.根据权利要求2所述的叶片式压力自调节煤层气采集装置，其特征在于：滑轮的上部轮槽的中心线与穿孔的中心线重合，穿孔内壁设置有与钢丝密封滑动配合的密封O型圈，穿孔的内端为喇叭口形状。
4.根据权利要求2所述的叶片式压力自调节煤层气采集装置，其特征在于：每组叶片板组件中的滑轮座、滑轮、钢丝和吊耳沿外套管的轴线方向上下依次设置有三套。
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