CN109973058B - 一种双层叠置含煤层气系统单井排采装置及排采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层叠置含煤层气系统单井排采装置及排采方法，包括上层含煤层气系统抽采端、下层含煤层气系统抽采端和地面驱动装置，在煤层气井内设置有外套管，所述上层含煤层气系统抽采端与下层含煤层气系统抽采端均设置在外套管内部，所述外套管一侧内壁套设有内套管；所述内套管内设置有泵挂系统，所述内套管与外套管环空处也设置有泵挂系统，所述泵挂系统均与地面驱动装置相连接；所述内套管与泵挂系统构成下层含煤层气系统抽采端，所述内套管与外套管环空处和泵挂系统构成上层含煤层气系统抽采端。本发明能够在单一井筒内分别形成两个独立的排采空间，既可以避免排采时系统间干扰，又可以减少成本。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种双层叠置含煤层气系统单井排采装置及排采方法。
背景技术
多煤层区煤层气藏呈现出与单一煤层不同的成藏特征，煤层群广泛发育的背景使其在垂向上具有双层甚至多层叠置独立含煤层气系统的特点，各独立含煤层气系统间相互独立，含煤层气系统内部相互统一。系统间合层排采往往导致层间干扰，以至于起到1+1<1的效果，不利于煤层气产能释放。现有的煤层气开采井型在多层叠置煤层气藏区应用较为局限，严重的层间干扰致使多层叠置煤层气藏区煤层气井产量偏低，无法达到商业化开发的目的。
针对多层叠置煤层气藏区开发井型受限的现状，专利文献CN104295292A,专利名称为“多层叠置煤层气系统开采井设计方法”中指出在同一钻井平台上分别向各个含气系统层各钻进一口煤层气垂直井，这虽然可以有效缓解层间干扰，但多煤层区单一系统煤厚普遍较小，煤层气储量有限，这种开采方法大幅度增加了开采成本，经济性差，且在一个较小的钻井平台内钻进两口甚至数口井，当上层含煤层气系统压裂时很可能会影响邻近排采下层含气系统煤层气的气井井筒的稳定性，该方法在经济性和可行性方面均存在不容忽视的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种双层叠置含煤层气系统单井排采装置及排采方法。
本发明所采用的技术方案是：一种双层叠置含煤层气系统单井排采装置，包括上层含煤层气系统抽采端、下层含煤层气系统抽采端和地面驱动装置，在煤层气井内设置有外套管，所述上层含煤层气系统抽采端与下层含煤层气系统抽采端均设置在外套管内部，所述外套管一侧内壁套设有内套管，所述内套管外壁与外套管内壁不重叠，所述内套管直径等于外套管半径，所述内套管与外套管环空处下半段空间设置有注浆固结体，所述内套管底部和注浆固结体顶部设置有人工井底；
所述内套管内设置有泵挂系统，所述内套管与外套管环空处也设置有泵挂系统，所述泵挂系统均与地面驱动装置相连接；
所述内套管与泵挂系统构成下层含煤层气系统抽采端，所述内套管与外套管环空处和泵挂系统构成上层含煤层气系统抽采端。
进一步地，所述泵挂系统包括油管，所述油管内部设置有抽油杆，并且油管下部安装有螺杆泵，所述抽油杆的顶端连接地面驱动装置。
进一步地，所述螺杆泵的底部设有筛管，所述筛管底端还设有丝堵。
进一步地，所述地面驱动装置包括相连接的动力转向组件和皮带传动组件，所述皮带传动组件与发动机相连，所述动力转向组件由纵向锥齿轮、横向锥齿轮组和螺纹杆组成。
进一步地，所述动力转向组件的纵向锥齿轮在螺纹杆上左右移动，以适应不同尺寸的横向锥齿轮组，所述不同尺寸的横向锥齿轮组可实现双层叠置含煤层气系统以不同速率排水采气。
进一步地，所述排采装置还包括用以固定内套管和上层含煤层气系统抽采端中油管相对位置的扶正器，所述扶正器的中心设有过电缆通道。
进一步地，所述内套管内、外管壁均设有压力计电缆，所述压力计电缆底端连接压力计，压力计电缆顶端穿过过电缆通道与地表仪表相连，所述压力计固定安装在内套管内、外管壁底部表面。
一种双层叠置含煤层气系统单井排采方法，包括以下步骤：
步骤一：在系统分析工作区含煤地层构造-沉积-水文耦合作用的基础上，寻找适合分层排采的双层叠置含煤层气系统区域，并将双层叠置含煤层气系统划分为上层含煤层气系统抽采端和下层含煤层气系统抽采端。
步骤二：根据两叠置含煤层气系统抽采端煤层埋深确定内套管、外套管、油管、抽油杆长度，并选择尺寸、排量及扬程合适的螺杆泵，根据上层含煤层气系统抽采端底界埋深确定注浆固结高度；在钻井、固井之后，压裂之前，沿外套管内壁任意一侧下入内套管，并在外套管与内套管之间另一侧预留尽可能大的环空，自内套管内部注入水泥浆，水泥浆在内、外套管环空返至上层含煤层气系统抽采端底界并固结，在内套管底部和注浆固结体顶部分别布置人工井底。
步骤三：在内套管内管壁底部和内套管外管壁上层含煤层气系统抽采端底端安装压力计，将压力计电缆沿内套管内管壁和外管壁分别与两压力计相连，并对压力计及其与压力计电缆连接处进行密封处理。
步骤四：在油管内壁底部安装螺杆泵定子，抽油杆底端连接螺杆泵转子，将丝堵、筛管、螺杆泵、油管、抽油杆下至指定深度，上、下层含煤层气系统抽采端的螺杆泵吸水口应分别位于上、下层含煤层气系统抽采端相对应的最上层煤层直接顶高度处，以保证排采过程中本系统内煤层不暴露。
步骤五：根据双层叠置含煤层气系统间煤层的富水性差异选择不同尺寸的横向锥齿轮组，弱含水煤层组成的含气系统应选择直径较大的横向锥齿轮组，强含水煤层组成的含气系统应选择直径较小的横向锥齿轮组。
步骤六：在外套管、内套管、油管之间的环空靠近井口处安装扶正器，压力计电缆穿过扶正器过电缆通道并与地表仪表相连，两根抽油杆顶端分别与地面驱动装置的两个横向锥齿轮组相连，每个横向锥齿轮组分别与两个纵向锥齿轮咬合，两个发动机分别通过皮带传动组件为动力转向组件供能，启动地面驱动装置，开始排采双层叠置含煤层气系统的煤层气资源。
步骤七：排采过程中，应遵循“连续、缓慢、稳定、长期”的排采原则，通过调整为各含煤层气系统抽采端供能的发动机的功率，以及根据需要调整横向锥齿轮组的工作齿轮半径，实现对螺杆泵抽采速度的有效控制。
步骤八：抽采后期，若某一含煤层气系统抽采端随排采工作进行降压至该系统煤储层的枯竭压力，可以关闭为该含煤层气系统抽采端供能的发动机，另一含煤层气系统抽采端可继续排采，直至该含煤层气系统抽采端也排采降压至相应煤储层的枯竭压力，双层叠置含煤层气系统均降压至各自枯竭压力后，停井，从井内以与下入时相反的顺序依次取出除、内外套管外的其他组件，封井。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中的装置结构在与大直径钻井技术相结合的基础上能够实现在单一井筒内分别形成两个独立的排采空间，避免重复钻井造成的资源浪费和成本增加，还可以防止两井或多井近距离压裂及施工带来的不便及不确定性隐患的发生。
2、在内套管内部和内、外套管的环空中分别形成下层含煤层气系统和上层含煤层气系统的动液面，在合理调控发动机功率及选择工作半径合适的横向锥齿轮组的基础上，对上、下层含煤层气系统抽采端的排水速率进行精细化控制，促进煤层气解吸，释放储层产能。
附图说明
图1为本发明双层叠置含煤层气系统单井排采装置及排采方法的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖面图；
图3为本发明中地面驱动装置的结构示意图。
其中：1-地面驱动装置，2-压力计电缆，3-螺杆泵，4-筛管，5-丝堵，6-注浆固结体，7-压力计，8-人工井底，9-内套管，10-外套管，11-抽油杆，12-油管，13-扶正器，14-过电缆通道，15-动力转向组件，16-皮带传动组件，17-纵向锥齿轮，18-横向锥齿轮组，19-螺纹杆，20-上层含煤层气系统抽采端，21-下层含煤层气系统抽采端，22-泵挂系统。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图1和图2所示，一种双层叠置含煤层气系统单井排采装置，包括上层含煤层气系统抽采端20、下层含煤层气系统抽采端21和地面驱动装置1，在煤层气井内设置有外套管10，所述上层含煤层气系统抽采端20与下层含煤层气系统抽采端21均设置在外套管10内部，所述外套管10一侧内壁套设有内套管9，所述内套管9外壁与外套管10内壁不重叠，所述内套管9直径等于外套管10半径，所述内套管9与外套管10环空处下半段空间设置有注浆固结体6，所述内套管9底部和注浆固结体6顶部设置有人工井底8。
在上述实施例中，所述内套管内设置有泵挂系统21，所述内套管9与外套管10环空处也设置有泵挂系统21，所述泵挂系统21均与地面驱动装置1相连接；所述内套管9与泵挂系统21构成下层含煤层气系统抽采端21，所述内套管9与外套管10环空处和泵挂系统21构成上层含煤层气系统抽采端20。
在上述实施例中，所述泵挂系统21包括油管12，所述油管12内部设置有抽油杆11，并且油管12下部安装有螺杆泵3，所述抽油杆11的顶端连接地面驱动装置1；所述螺杆泵3的底部设有筛管4，所述筛管4底端还设有丝堵5。
如图3所示，所述地面驱动装置1包括相连接的动力转向组件15和皮带传动组件16，所述皮带传动组件16与发动机相连，所述动力转向组件15由纵向锥齿轮17、横向锥齿轮组18和螺纹杆19组成；所述动力转向组件15的纵向锥齿轮17在螺纹杆19上左右移动，以适应不同尺寸的横向锥齿轮组18，所述不同尺寸的横向锥齿轮组18可实现双层叠置含煤层气系统以不同速率排水采气。
在上述实施例中，所述排采装置还包括用以固定内套管9和上层含煤层气系统抽采端20中油管12相对位置的扶正器13，所述扶正器13的中心设有过电缆通道14；所述内套管9内、外管壁均设有压力计电缆2，所述压力计电缆2底端连接压力计7，压力计电缆2顶端穿过过电缆通道14与地表仪表相连，所述压力计7固定安装在内套管9内、外管壁底部表面。
在上述实施例中，双层叠置含煤层气系统单井排采方法，包括以下步骤：
步骤一：在系统分析工作区含煤地层构造-沉积-水文耦合作用的基础上，寻找适合分层排采的双层叠置含煤层气系统区域，并将双层叠置含煤层气系统划分为上层含煤层气系统抽采端和下层含煤层气系统抽采端。
步骤二：根据两叠置含煤层气系统抽采端煤层埋深确定内套管、外套管、油管、抽油杆长度，并选择尺寸、排量及扬程合适的螺杆泵，根据上层含煤层气系统抽采端底界埋深确定注浆固结高度；在钻井、固井之后，压裂之前，沿外套管内壁任意一侧下入内套管，并在外套管与内套管之间另一侧预留尽可能大的环空，自内套管内部注入水泥浆，水泥浆在内、外套管环空返至上层含煤层气系统抽采端底界并固结，在内套管底部和注浆固结体顶部分别布置人工井底。
步骤三：在内套管内管壁底部和内套管外管壁上层含煤层气系统抽采端底端安装压力计，将压力计电缆沿内套管内管壁和外管壁分别与两压力计相连，并对压力计及其与压力计电缆连接处进行密封处理。
步骤四：在油管内壁底部安装螺杆泵定子，抽油杆底端连接螺杆泵转子，将丝堵、筛管、螺杆泵、油管、抽油杆下至指定深度，上、下层含煤层气系统抽采端的螺杆泵吸水口应分别位于上、下层含煤层气系统抽采端相对应的最上层煤层直接顶高度处，以保证排采过程中本系统内煤层不暴露。
步骤五：根据双层叠置含煤层气系统间煤层的富水性差异选择不同尺寸的横向锥齿轮组，弱含水煤层组成的含气系统应选择直径较大的横向锥齿轮组，强含水煤层组成的含气系统应选择直径较小的横向锥齿轮组。
步骤六：在外套管、内套管、油管之间的环空靠近井口处安装扶正器，压力计电缆穿过扶正器过电缆通道并与地表仪表相连，两根抽油杆顶端分别与地面驱动装置的两个横向锥齿轮组相连，每个横向锥齿轮组分别与两个纵向锥齿轮咬合，两个发动机分别通过皮带传动组件为动力转向组件供能，启动地面驱动装置，同时开始排采双层叠置含煤层气系统的煤层气资源。
步骤七：排采过程中，应遵循“连续、缓慢、稳定、长期”的排采原则，通过调整为各含煤层气系统抽采端供能的发动机的功率，以及根据需要调整横向锥齿轮组的工作齿轮半径，实现对螺杆泵抽采速度的有效控制。
步骤八：抽采后期，若某一含煤层气系统抽采端随排采工作进行降压至该系统煤储层的枯竭压力，可以关闭为该含煤层气系统抽采端供能的发动机，另一含煤层气系统抽采端可继续排采，直至该含煤层气系统抽采端也排采降压至相应煤储层的枯竭压力，双层叠置含煤层气系统均降压至各自枯竭压力后，停井，从井内以与下入时相反的顺序依次取出除、内外套管外的其他组件，封井。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种双层叠置含煤层气系统单井排采装置，其特征在于：包括上层含煤层气系统抽采端（20）、下层含煤层气系统抽采端（21）和地面驱动装置（1），在煤层气井内设置有外套管（10），所述上层含煤层气系统抽采端（20）与下层含煤层气系统抽采端（21）均设置在外套管（10）内部，所述外套管（10）一侧内壁套设有内套管（9），所述内套管（9）外壁与外套管（10）内壁不重叠，所述内套管（9）直径等于外套管（10）半径，所述内套管（9）与外套管（10）环空处下半段空间设置有注浆固结体（6），所述内套管（9）底部和注浆固结体（6）顶部设置有人工井底（8）；
所述内套管内设置有泵挂系统（21），所述内套管（9）与外套管（10）环空处也设置有泵挂系统（21），所述泵挂系统（21）均与地面驱动装置（1）相连接；
所述内套管（9）与泵挂系统（21）构成下层含煤层气系统抽采端（21），所述内套管（9）与外套管（10）环空处和泵挂系统（21）构成上层含煤层气系统抽采端（20），所述地面驱动装置（1）包括相连接的动力转向组件（15）和皮带传动组件（16），所述皮带传动组件（16）与发动机相连，所述动力转向组件（15）由纵向锥齿轮（17）、横向锥齿轮组（18）和螺纹杆（19）组成。
2.根据权利要求1所述的双层叠置含煤层气系统单井排采装置，其特征在于：所述泵挂系统（21）包括油管（12），所述油管（12）内部设置有抽油杆（11），并且油管（12）下部安装有螺杆泵（3），所述抽油杆（11）的顶端连接地面驱动装置（1）。
3.根据权利要求2所述的双层叠置含煤层气系统单井排采装置，其特征在于：所述螺杆泵（3）的底部设有筛管（4），所述筛管（4）底端还设有丝堵（5）。
4.根据权利要求1所述的双层叠置含煤层气系统单井排采装置，其特征在于：所述动力转向组件（15）的纵向锥齿轮（17）在螺纹杆（19）上左右移动，以适应不同尺寸的横向锥齿轮组（18），所述不同尺寸的横向锥齿轮组（18）可实现双层叠置含煤层气系统以不同速率排水采气。
5.根据权利要求1所述的双层叠置含煤层气系统单井排采装置，其特征在于：所述排采装置还包括用以固定内套管（9）和上层含煤层气系统抽采端（20）中油管（12）相对位置的扶正器（13），所述扶正器（13）的中心设有过电缆通道（14）。
6.根据权利要求1所述的双层叠置含煤层气系统单井排采装置，其特征在于：所述内套管（9）内、外管壁均设有压力计电缆（2），所述压力计电缆（2）底端连接压力计（7），压力计电缆（2）顶端穿过过电缆通道（14）与地表仪表相连，所述压力计（7）固定安装在内套管（9）内、外管壁底部表面。
7.一种双层叠置含煤层气系统单井排采方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：确定分层排采的双层叠置含煤层气系统区域，并将双层叠置含煤层气系统划分为上层含煤层气系统抽采端和下层含煤层气系统抽采端；
步骤二：确定内套管、外套管、油管、抽油杆长度，并选择合适的螺杆泵，确定注浆固结高度；在钻井、固井之后，压裂之前，沿外套管内壁下入内套管，并在外套管与内套管之间另一侧预留尽可能大的环空，自内套管内部注入水泥浆，水泥浆在内、外套管环空返至上层含煤层气系统抽采端底界并固结，在内套管底部和注浆固结体顶部分别布置人工井底；
步骤三：在内套管内、外管壁设置压力计电缆，安装压力计，并对压力计及其与压力计电缆连接处进行密封处理；
步骤四：在油管内壁底部安装螺杆泵定子，抽油杆底端连接螺杆泵转子，将丝堵、筛管、螺杆泵、油管、抽油杆下至指定深度，上、下层含煤层气系统抽采端的螺杆泵吸水口应分别位于上、下层含煤层气系统抽采端中相对应最上层煤层直接顶高度处；
步骤五：选择适合尺寸的横向锥齿轮组；
步骤六：在外套管、内套管、油管之间的环空靠近井口处安装扶正器，在井口安装地面驱动装置，启动地面驱动装置，开始排采双层叠置含煤层气系统的煤层气资源；
步骤七：排采过程中，调整合适的发动机功率和横向锥齿轮组的工作齿轮半径；
步骤八：抽采后期，若某一含煤层气系统抽采端工作至该系统煤储层的枯竭压力，可以关闭该含煤层气系统抽采端，另一含煤层气系统抽采端继续排采，直至该含煤层气系统抽采端也工作至相应煤储层的枯竭压力，双层叠置含煤层气系统均降压至各自枯竭压力后，停井，从井内取出除、内外套管外的其他组件，封井。
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