CN110094187A - 一种自能量阶梯举升排水采气管柱及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自能量阶梯举升排水采气管柱及系统，该管柱包括：举升单元，包括外管、内管以及设置在内管上的单流阀，外管的直径大于内管的直径；排水管柱，由多个举升单元串联而成，举升单元的外管套设在相邻的举升单元的内管上，且与相邻的举升单元的内管密封相连；至少两根气压管线，相邻的举升单元与不同的气压管线相连。该系统包括：本发明提供的自能量阶梯举升排水采气管柱；电磁比例溢流阀，一端与套设在自能量阶梯举升排水采气管柱外部的套管相连；输气压管线，与电磁比例溢流阀的另一端相连；二位四通电磁换向阀，其四条通路分别与套管、输气压管线、自能量阶梯举升排水采气管柱的气压管线相连。本发明可以降低排水采气的运行成本。

Description

一种自能量阶梯举升排水采气管柱及系统

技术领域

本发明涉及石油工程采油采气技术领域，尤其涉及一种自能量阶梯举升排水采气管柱及系统。

背景技术

煤层气井或者天然气井在采气过程，由于地层出水，会造成井底压力升高，从而造成产气量降低或者不产气，因此需要将水从井底采出来，来保证气体的生产压差。

通常采用的排水采气方法有有杆泵、螺杆泵、电潜泵、泡沫排水、柱塞举升等办法，但对于低产低效的气井，有杆泵、螺杆泵、电潜泵等方式需要较多的投资和运行成本，泡沫排水需要定期加发泡剂，运行成本较高，柱塞举升故障率较高。

因此，针对低产低效产水的气井，如何降低成本仍是亟待攻克的难题。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为解决现有技术的问题，本发明提供一种自能量阶梯举升排水采气管柱，包括：

举升单元，包括外管、与所述外管相连通的内管以及设置在所述内管上的单流阀，所述外管的直径大于所述内管的直径；

排水管柱，由多个所述举升单元串联而成，所述举升单元的外管套设在相邻的举升单元的内管上，且与所述相邻的举升单元的内管密封相连；

至少两根气压管线，与所述举升单元相连，且相邻的所述举升单元与不同的所述气压管线相连。

在本发明的一个设计中，所述举升单元的高度小于所述套管的气压对应的水柱高度。

在本发明的一个设计中，所述气压管线与所述举升单元的外管相连。

在本发明的一个设计中，所述单流阀设置在所述内管远离外管的一端。

本发明还提供一种自能量阶梯举升排水采气系统，包括：

本发明任一实施例提供的所述自能量阶梯举升排水采气管柱；

电磁比例溢流阀，一端与套设在所述自能量阶梯举升排水采气管柱外部的套管相连；

输气压管线，与电磁比例溢流阀的另一端相连；

二位四通电磁换向阀，其四条通路分别与所述套管、所述输气压管线以及所述自能量阶梯举升排水采气管柱的气压管线相连。

在本发明的一个设计中，还包括单片机，与所述二位四通电磁换向阀相连，用于通过切换所述二位四通换向阀使所述自能量阶梯举升排水采气管柱的至少两根气压管线实现高低压互换。

在本发明的一个设计中，所述单片机还用于接收井底压力、井口套压、日产气量、日产水量的传感器数据，并据此改变二位四通换向阀的切换频率。

在本发明的一个设计中，还包括电源，与所述单片机相连。

在本发明的一个设计中，所述电磁比例溢流阀用于若所述套管的气压超过预设值则将所述套管与所述输气压管线相连通。

本发明提供了一种自能量阶梯举升排水采气管柱及系统，利用气井自身的低压能量，通过阶梯举升，实现排水采气，达到降低排水采气运行成本的目的。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明实施例的自能量阶梯举升排水采气管柱的结构示意图。

图2为本发明实施例的自能量阶梯举升排水采气系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种自能量阶梯举升排水采气管柱，包括：举升单元10、由举升单元10串联而成的排水管柱、气压管线31、32。

举升单元10包括外管11、与外管11相连通的内管12以及设置在内管12上的单流阀13，且外管11的直径大于内管11的直径。一般地，单流阀13设置在内管12远离外管的一端。

多个举升单元10串联形成排水管柱，在串联时，举升单元10的外管11套设在相邻的举升单元的内管12上，且与所述相邻的举升单元的内管密封相连。更具体地，举升单元10的外管11朝上，举升单元的外管套设在其上方的举升单元的内管上，且密封相连；位于最上端的举升单元10可以不设置外管；也可以设置外管，但不将外管的顶端密封。需要说明的是，当举升单元的外管套设在其上方的举升单元的内管上时，内管的端部与外管的底部具有一定的预设距离，即在串联时，举升单元的内管不与其相连的举升单元的外管的底部相接触。

举升单元10将排水管柱分成多级，每个举升单元10是一级。为了让套管内的气体压力能够将水压到高一级内，举升单元10的高度小于套管50的气压对应的水柱高度。

举升单元10中单流阀13使液体只能单向向上流动。具体实施时，位于排水管柱底端的第一根管柱短节的单流阀13需要位于水面以下。此外，使用时，还包括套管50，套设在自能量阶梯举升排水采气管柱的外部。

至少两根气压管线31、32与举升单元10相连，且相邻的举升单元10与不同的气压管线31、32相连。在连接时，气压管线31、32可以与举升单元10的外管11相连。本实施例中，只有两根气压管线，即气压管线31、32；此时，第奇数个举升单元与气压管线31相连；第偶数个举升单元与气压管线32相连；即两根气压管线分别奇偶交叉连接各个举升单元。

如图2所示，本发明还提供一种自能量阶梯举升排水采气系统，包括：本发明任一实施例提供的自能量阶梯举升排水采气管柱、套管50、电磁比例溢流阀70、输气压管线80以及二位四通电磁换向阀90。上述电磁比例溢流阀70、输气压管线80以及二位四通电磁换向阀90可以位于地面上，而自能量阶梯举升排水采气管柱及套管50则需要伸入至井下。

其中，电磁比例溢流阀70一端与套设在自能量阶梯举升排水采气管柱外部的套管50相连；另一端与输气压管线80相连，所述电磁比例溢流阀70用于若所述套管的气压超过预设值则将套管50与输气压管线80相连通。

二位四通电磁换向阀90的四条通路分别与自能量阶梯举升排水采气管柱的气压管线31、32、套管50以及输气压管线80相连。由于套管的气压较高，输气压管线的气压较低，因此通过二位四通换向阀后，使井下两根气压管线即气压管线31、32分别实现高压和低压，通过切换二位四通换向阀使井下两根气压管线实现高低压互换。

还包括单片机(图中未显示)，与二位四通电磁换向阀90相连，用于通过切换所述二位四通换向阀使气压管线31、32实现高低压互换。

该单片机还用于接收井底压力、井口套压、日产气量、日产水量的传感器数据，并据此改变二位四通换向阀的切换频率。更具体地，单片机接收井底压力、井口套压、日产气量、日产水量等传感器数据，并将数据通过GSM通讯系统传给数据中心，供研究人员进行分析，研究人员根据数据来确定排水速度，并通过GSM通讯系统传回井口单片机，单片机通过改变二位四通换向阀的切换频率来调整排水速度。

还包括电源(图中未显示)，与单片机、二位四通换向阀90和电磁比例溢流阀80相连，用于给单板机、二位四通换向阀90和电磁比例溢流阀80供电。电源可以采用蓄电池或者太阳能电池板

在具体实施时，二位四通换向阀90和电磁比例溢流阀80可以采用双阀进行备份，一旦某个阀失效可自动切换到备用阀进行工作，并通过GSM通讯系统通知检修人员进行检修。

在使用时，位于排水管柱的最底端举升单元的单流阀即第1级单流阀沉没在水下，在套管压力的作用下，将水压至第2级单流阀处，此时与气压管线31连接的第2、4、6……级单流阀为低压状态，然后切换二位四通换向阀，使气压管线31变为低压，将气压管线32变为高压，气压管线32连接的第3、5、7……单流阀在高压的作用下，外管内的水向上分别流至3、5、7……级，然后再切换二位四通换向阀，气压管线31变为高压，气压管线32变为低压，第1级在套管压力作用下流入第2级，第3、5……级流向4、6……级，最上一级流出地面。气体通过套管经电磁比例溢流阀降压后采出，进入输气压管线80。如此通过二位四通换向阀的切换实现交叉阶梯举升排水采气。

下面辅以具体的实例进一步阐述本发明：

以600m井深的煤层气为例，设套管为5¹/₂"(140mm)，套管气压0.5MPa，回压(输气压管线压力)0.1MPa，日产水量2-10m³/d。

井下系统可分为20级，每级高差30m，即举升单元10的高度为30m；套管气压和输气压管线压力相差0.4MPa，可以举升约40m的水柱，从而保证水能从下1级流入上1级。

举升单元的外管可采用2⁷/₈"(73mm),内管可采用1"(25mm)镀锌管，相邻的举升单元可以通过专用的变扣接头连接。

气压管线可以采用12mm不锈钢连续管，通过钢带捆绑在排气管柱上，气压管线通过三通卡套接头和举升单元的外管相连。

二位四通电磁换向阀由单片机操控，通过电路的通断来控制换向阀的两个位置，从而实现井下两根气压管线的高低压互换。(其高压等于套管压力0.5MPa，低压等于输气压管线压力0.1MPa)，奇数级和偶数级的压差配合单流阀从而实现阶梯举升排水目的，二位四通电磁换向阀的切换频率可以调整排水的速度。

电子控制系统通过单片机接收井底压力、井口套压、日产气量、日产水量等传感器数据，并将数据通过GSM通讯系统传给数据中心，供研究人员进行分析，研究人员根据数据来确定排水速度，并通过GSM通讯系统传回井口电子控制系统，电子控制系统通过改变二位四通换向阀的切换频率来调整排水速度，单板机和电磁阀需要的能量较少，因此供电电源可以采用蓄电池或者太阳能电池板即可。

本发明实施例提供的自能量阶梯举升排水采气管柱及系统，利用气井自身低压气源能量，采用多级串联，将气井分成多个段，另外采用气压管线，分别连接间隔设置的举升单元，通过二位四通换向阀，控制并切换至少两根气压管线的压力，利用至少两根气压管线的压力差，逐级将井下液体举升到地面，具有运行成本低、操控方便等优点。

本发明实施例提供的自能量阶梯举升排水采气管柱及系统，适用于斜井、水平井；利用气井自身弹性压能，除微电子系统需要少许电源，基本不需额外能量，排水的能量由气井自身的压能提供；井下的自能量阶梯举升排水采气管柱内无运动件，故障率低，寿命长；通过采集各种压力和产水产气数据，通过GSM通讯远传回基地中心供分析决策，并可采用单片机控制二位四通阀的切换，排量调节方便。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (9)

1.一种自能量阶梯举升排水采气管柱，其特征在于，包括：

举升单元，包括外管、与所述外管相连通的内管以及设置在所述内管上的单流阀，所述外管的直径大于所述内管的直径；

排水管柱，由多个所述举升单元串联而成，所述举升单元的外管套设在相邻的举升单元的内管上，且与所述相邻的举升单元的内管密封相连；

至少两根气压管线，与所述举升单元相连，且相邻的所述举升单元与不同的所述气压管线相连。

2.根据权利要求1所述自能量阶梯举升排水采气管柱，其特征在于，所述举升单元的高度小于所述套管的气压对应的水柱高度。

3.根据权利要求1所述自能量阶梯举升排水采气管柱，其特征在于，所述气压管线与所述举升单元的外管相连。

4.根据权利要求1所述自能量阶梯举升排水采气管柱，其特征在于，所述单流阀设置在所述内管远离外管的一端。

5.一种自能量阶梯举升排水采气系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至4任一所述自能量阶梯举升排水采气管柱；

电磁比例溢流阀，一端与套设在所述自能量阶梯举升排水采气管柱外部的套管相连；

输气压管线，与电磁比例溢流阀的另一端相连；

二位四通电磁换向阀，其四条通路分别与所述套管、所述输气压管线以及所述自能量阶梯举升排水采气管柱的气压管线相连。

6.根据权利要求5所述自能量阶梯举升排水采气系统，其特征在于，还包括单片机，与所述二位四通电磁换向阀相连，用于通过切换所述二位四通换向阀使所述自能量阶梯举升排水采气管柱的至少两根气压管线实现高低压互换。

7.根据权利要求6所述自能量阶梯举升排水采气系统，其特征在于，所述单片机还用于接收井底压力、井口套压、日产气量、日产水量的传感器数据，并据此改变二位四通换向阀的切换频率。

8.根据权利要求6所述自能量阶梯举升排水采气系统，其特征在于，还包括电源，与所述单片机相连。

9.根据权利要求5所述自能量阶梯举升排水采气系统，其特征在于，所述电磁比例溢流阀用于若所述套管的气压超过预设值则将所述套管与所述输气压管线相连通。