CN111271025A - 一种气井用自动排水采气装置 - Google Patents

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高云伟
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徐帮才
冯德华
孙文常
张怡然
朱江雷
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    • E21B43/121—Lifting well fluids

Abstract

本发明公开了一种气井用自动排水采气装置，包括地层流体过滤管、旁通阀、自动排水采气机构、反循环阀、采气排液端；所述旁通阀设有混合液出口；所述自动排水采气机构包括地层流体通道、环空积液入口和环空积液出口；所述地层流体过滤管通过旁通阀连通所述地层流体通道；所述地层流体过滤管与所述旁通阀之间还设有封隔装置；所述自动排水采气机构位于旁通阀与反循环阀之间；所述环空积液入口设于环空积液的液面之下；所述环空积液出口通过所述反循环阀连通所述采气排液端。该装置不需施加外部动力即可实现气井自动排水采气。

Description

一种气井用自动排水采气装置
技术领域
本发明涉及石油工业井下工具技术领域，尤其涉及一种适合在气井排水采气作业中、气井本身能量无法将地层水排出井筒时使用的气井用自动排水采气装置。
背景技术
目前气井长期生产过程中，面临的一个主要问题就是，随着气井的生产，地层中气体不断的采出地面，地层能量不断降低，气体流速不足以将井底积液带出地面，同时地层液也不断在井筒内累积。气井排气的后期，依靠地层本身的能量已不足以将井筒内的积液排出地面，井筒积液达到一定高度会严重影响气井的出气量，严重时甚至可造成气井的停产。这一问题在常压气井、低压气井中表现的尤为明显。
目前在油气井生产中，解决气井井筒积液的办法很多，较为常用有气举、抽汲、电潜泵助排等手段，多用于气井已经完全无流动的情况。另外还有优选管柱、泡排、射流泵等助排手段，但目前这些助排措施均存在一定的弊端，或需施加外部动力源，或施工成本较高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种气井用自动排水采气装置，其不但可以通过油管(或连续油管)下入到井内，依靠地层本身能量将井筒积液排出地面，不依靠外部动力，实现气井的排水采气功能，而且还具有施工成本低、维护方便、操作简单的优点。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种气井用自动排水采气装置，包括地层流体过滤管、旁通阀、自动排水采气机构、反循环阀、采气排液端；所述旁通阀设有混合液出口；所述自动排水采气机构包括地层流体通道、环空积液入口和环空积液出口；所述地层流体过滤管通过旁通阀连通所述地层流体通道；所述地层流体过滤管与所述旁通阀之间还设有封隔装置；所述自动排水采气机构位于旁通阀与反循环阀之间；所述环空积液入口设于环空积液的液面之下；所述环空积液出口通过所述反循环阀连通所述采气排液端。
进一步地，所述自动排水采气机构还包括动力腔、下举升腔、上举升腔、呈十字形的举升活塞、以及用于控制所述举升活塞作上下方向运动的上下行控制装置；所述上举升腔和下举升腔分别位于所述动力腔的上下两端；所述举升活塞的上下两端分别对应部分地插入所述上举升腔和下举升腔内，所述举升活塞的中部位于所述动力腔内并将所述动力腔沿上下方向划分为上动力腔和下动力腔；所述地层流体通道连通所述上动力腔和下动力腔；所述环空积液入口通过下进液控制装置连通下举升腔，所述上举升腔通过上出液控制装置连通所述环空积液出口；所述环空积液入口还通过上进液控制装置连通上举升腔，所述下举升腔还通过下出液控制装置连通所述环空积液出口。
优选地，所述上、下进液控制装置、以及上、下出液控制装置均为单向阀。
优选地，所述上下行控制装置包括设于所述下动力腔中且用于触碰所述举升活塞中部下端的下先导阀、设于所述上动力腔中且用于触碰所述举升活塞中部上端的上先导阀、以及用于电性连接所述上先导阀和下先导阀的换向阀。
优选地，所述动力腔的横截面积与所述上举升腔面积之比、以及所述动力腔的横截面积与所述下举升腔面积之比均为35:1。
进一步地，所述旁通阀为单流阀。
进一步地，所述采气排液端包括排气出口和排液出口；所述环空积液出口通过所述反循环阀连通排液出口。
进一步地，所述环空积液入口为双层筛管结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的气井用自动排水采气装置结构简单、操作方便，经济高效，不需额外人工施加外部动力即可实现装置的自动运行，可有效解决气井生产后期井筒积液严重的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的气井用排水采气装置安装在气井中的结构示意图；
图2是本发明的自动排水采气机构的结构示意图；
图3是本发明的旁通阀结构示意图；
图4是本发明的环空积液入口的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
如图1至4所示，本发明的气井用排水采气装置包括地层流体过滤管12、旁通阀10、自动排水采气机构5、反循环阀3、采气排液端；所述旁通阀10设有混合液出口8；所述自动排水采气机构包括地层流体通道、环空积液入口9和环空积液出口(图未示)；所述地层流体过滤管通过旁通阀连通所述地层流体通道；所述地层流体过滤管与所述旁通阀之间还设有封隔装置11；所述自动排水采气机构位于旁通阀与反循环阀之间；所述环空积液入口设于环空积液的液面之下；所述环空积液出口通过所述反循环阀连通所述采气排液端。并且，本发明的反循环阀的出口端为井内排液出口7。
本发明的气井用排水采气装置进入气井井筒液面以下后，下放管柱使封隔装置11坐封在井筒内，环空泵注惰性气体通过反循环阀件3，将本发明气井用排水采气装置以上的液体排空，降低环空液面以制造自动排水采气机构的启动压力。地层流体6通过地层流体过滤管12的充分过滤，进入旁通阀10。
地层流体6经旁通阀10排出后有两个方向：(1)旁通阀10自动将地层流体高压部分通过混合液出口8排至环空，其中气体直接排至地面采气管线2(完成气井的采气过程)，液体沉降至封隔装置11以上环空；(2)旁通阀10将低压流体经地层流体通道送入自动排水采气机构5，作为自动排水采气机构5工作的驱动动力。
然后，在驱动力的作用下，自动排水采气机构5内部举升活塞17作往复运动，促使环空积液4从环空积液入口9被不断吸入自动排水采气机构5，同时将吸入的液体经井内排液出口7排至地面排液管线1中，完成气井的排液过程。
具体地，如图2所示，所述自动排水采气机构还包括下接头13、动力腔、下举升腔22-1、上举升腔22-2、呈十字形的举升活塞17、以及用于控制所述举升活塞作上下方向运动的上下行控制装置；所述地流体通道20设置在下接头13之中。所述上举升腔和下举升腔分别位于所述动力腔的上下两端；所述举升活塞的上下两端分别对应部分地插入所述上举升腔和下举升腔内，所述举升活塞的中部位于所述动力腔内并将所述动力腔沿上下方向划分为上动力腔24-2和下动力腔24-1；同时还设有下动力腔通道23-1和上动力腔通道23-2；所述地层流体通道连通所述上动力腔和下动力腔；所述环空积液入口通过下进液控制装置连通下举升腔，所述上举升腔通过上出液控制装置连通所述环空积液出口；所述环空积液入口还通过上进液控制装置连通上举升腔，所述下举升腔还通过下出液控制装置连通所述环空积液出口。
为了简化本发明的自动排水采气机构的结构，有助于节约生产成本，本实施例优选所述上、下进液控制装置、以及上、下出液控制装置均为单向阀，即所述上、下进液控制装置、以及上、下出液控制装置分别为图2中的上进液单向阀15-1、下进液单向阀15-2、上出液单向阀21-1、下出液单向阀21-2。
具体地，所述上下行控制装置包括设于所述下动力腔中且用于触碰所述举升活塞中部下端的下先导阀16-1、设于所述上动力腔中且用于触碰所述举升活塞中部上端的上先导阀16-2、以及用于电性连接所述上先导阀和下先导阀的换向阀18。
自动排水采气机构工作过程分为举升活塞17上行和举升活塞17下行两个阶段，这两个阶段过程均为排液过程。
举升活塞17在上行阶段时，地层流体经地层流体通道20进入下动力腔23-1，推动举升活塞17上行。举升活塞17上行过程中，下举升腔22-1内形成负压，进而带动井筒积液经进液通道14(即图1中的环空积液入口)及下进液单向阀15-1进入下举升腔内22-1；举升活塞上举升腔22-2内液体受活塞推力影响，经上出液单向阀21-2排出举升腔，进入排液通道25(即环空积液出口)排出。
上举升腔22-2液体排尽后，举升活塞17触碰上先导阀16-2工作开关，上先导阀带动换向阀18进行换向，改变地层流体的流向。地层流体经地层流体通道20，进入上动力腔24-2，为举升活塞下行提供动力。
举升活塞17在进入下行阶段时，举升活塞17下行过程中，上举升腔22-2内形成负压，进而带动井筒积液经进液通道14(即图1中的环空积液入口)及上进液单向阀15-2，进入上举升腔22-2内；举升活塞下举升腔22-1内液体受举升活塞17推力影响，经下出液单向阀21-1排出举升腔，进入排液通道25(即环空积液出口)排出。
进一步地，地层流体持续进入该装置，持续为该装置提供动力，举升活塞不断上下移动，达到持续排液的目的。
为了将地层流体能量放大35倍以更适应实际使用的需求，作为本实施例的进一步改进，所述动力腔的横截面积与所述上举升腔面积之比、以及所述动力腔的横截面积与所述下举升腔面积之比均为35:1。
具体地，所述旁通阀为单流阀，从而可将地层能量流体的压力稳定在1MPa后，进入自动排水采气机构5，其余压力自动释放至环空环境之中。
具体地，如图3所示，旁通阀包括旁通阀下接头26、阀芯27、限压弹簧28、调节螺母29、旁通阀本体30、旁通孔31、地层流体通道32/1。
地层流体由地层流体过滤管12进入旁通阀10，当地层流体压力值较低时，地层流体由地层流体通道32/1进入上部自动排水采气机构5，为自动排水采气机构5提供驱动动力；当地层流体压力升高时，由于阀芯27的上下存在一定的面积差，导致高压地层流体推动阀芯27移动，打开旁通孔31，过高流体从旁通孔31排出，剩余部分压力(压力限值可调节)由地层流体通道32/1进入上部自动排水采气机构5，为自动排水采气机构5提供驱动动力，从旁通孔31进入的流体，气体排至地面，液体沉降至井筒封隔装置以上环空空间。
具体地，如图1所示，所述采气排液端包括排气出口和排液出口；所述混合液出口通过所述反循环阀连通排液出口，所述排气出口直接与井口相连。
具体地，如图4所示，所述环空积液入口为双层筛管结构。具体地，所述环空积液入口包括外层筛管33、环空积液孔34、环空积液入口上接头35、中心管36、地层流体通道37。作为本实施例的一种进一步改进，环空积液入口部件采用双通道设计，包括：
(1)中心管36内部的地层流体通道37，自动排水采气装置的驱动动力流体通道；
(2)外层筛管33与中心管36组成的环空积液流入通道。
需要说明的是，本发明的气井用排水采气装置在结构上可无限级数进行连接，连接后内部通道可自动匹配连接，使连接后排水效率成倍数增加(即与连接级数成对应关系)；并且，多组并联后各组间互相独立，其中一组发生故障，其余不受其影响，气井用排水采气装置仍可正常排水。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种气井用自动排水采气装置，其特征在于：包括地层流体过滤管、旁通阀、自动排水采气机构、反循环阀、采气排液端；所述旁通阀设有混合液出口；所述自动排水采气机构包括地层流体通道、环空积液入口和环空积液出口；所述地层流体过滤管通过旁通阀连通所述地层流体通道；所述地层流体过滤管与所述旁通阀之间还设有封隔装置；所述自动排水采气机构位于旁通阀与反循环阀之间；所述环空积液入口设于环空积液的液面之下；所述环空积液出口通过所述反循环阀连通所述采气排液端。
2.根据权利要求1所述的气井用自动排水采气装置，其特征在于：所述自动排水采气机构还包括动力腔、下举升腔、上举升腔、呈十字形的举升活塞、以及用于控制所述举升活塞作上下方向运动的上下行控制装置；所述上举升腔和下举升腔分别位于所述动力腔的上下两端；所述举升活塞的上下两端分别对应部分地插入所述上举升腔和下举升腔内，所述举升活塞的中部位于所述动力腔内并将所述动力腔沿上下方向划分为上动力腔和下动力腔；所述地层流体通道连通所述上动力腔和下动力腔；所述环空积液入口通过下进液控制装置连通下举升腔，所述上举升腔通过上出液控制装置连通所述环空积液出口；所述环空积液入口还通过上进液控制装置连通上举升腔，所述下举升腔还通过下出液控制装置连通所述环空积液出口。
3.根据权利要求2所述的气井用自动排水采气装置，其特征在于：所述上、下进液控制装置、以及上、下出液控制装置均为单向阀。
4.根据权利要求2所述的气井用自动排水采气装置，其特征在于：所述上下行控制装置包括设于所述下动力腔中且用于触碰所述举升活塞中部下端的下先导阀、设于所述上动力腔中且用于触碰所述举升活塞中部上端的上先导阀、以及用于电性连接所述上先导阀和下先导阀的换向阀。
5.根据权利要求2所述的气井用自动排水采气装置，其特征在于：所述动力腔的横截面积与所述上举升腔面积之比、以及所述动力腔的横截面积与所述下举升腔面积之比均为35:1。
6.根据权利要求1所述的气井用自动排水采气装置，其特征在于：所述旁通阀为单流阀。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的气井用自动排水采气装置，其特征在于：所述采气排液端包括排气出口和排液出口；所述环空积液出口通过所述反循环阀连通排液出口。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的气井用自动排水采气装置，其特征在于：所述环空积液入口为双层筛管结构。
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