CN111594087A - 一种适用于柱塞气举排水采气的井口装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于柱塞气举排水采气的井口装置及其操作方法，它包括采气树，采气树的顶部连接安装有捕捉器的防喷管，防喷管与所述采气树之间并联输气单元，输气单元至少包括气动薄膜阀，气动薄膜阀贴近地面。本发明的井口装置去掉了现有井口装置内的高密封取样阀，减少了套管压力变送器和油管压力变送器的数量，进而减少了柱塞气举排水采气装置的制造成本，降低了采气井口工艺管线制造难度，并且将原气动薄膜阀的安装位置改变，将气动薄膜阀安装至地面管线，气动薄膜阀根据柱塞的上下往复运动而打开或关闭，由于针阀和油管压力表均在气动薄膜阀的上游，因此可以根据气井情况调整针阀开度，并实时监测油井压力。

Description

一种适用于柱塞气举排水采气的井口装置及其操作方法

技术领域

本发明属于天然气开采技术领域，具体涉及一种适用于柱塞气举排水采气的井口装置及其操作方法。

背景技术

柱塞气举排水采气法是天然气开采中常用的排水采气工艺，其主要是利用气井自身能量推动油管内的柱塞举水，不需其它动力设备、生产成本低，对常规连续气举或间歇气举效率不高的井，采用柱塞气举可以提高生产效率，避免气体的无效消耗。

目前，适用于柱塞气举排水采气的井口装置主要由卡定器、控制法兰、套管压力变送器一、套管压力变送器二、高密封取样阀、油管压力变送器、捕捉器、防喷帽组件、防喷管组件、柱塞、气动薄膜阀等组成。其工作原理为：柱塞靠自重落入卡定器上端，需要采气时，套管气通过控制法兰组件经控制法兰内的过滤器过滤后进入气动薄膜阀将阀门打开（此时低压管线压力趋于零），油管内的井下气体在高压差状态下推动柱塞上行，柱塞带动井下积液排出井口，高压气体持续排出即可进行采气作业；当气量不足时用控制法兰组件过滤的套管气关闭气动薄膜阀，柱塞下行至卡定器；此时即完成一个周期的采气流程。

然而，现有的适用于柱塞气举排水采气的井口装置结构复杂，制造难度和制造成本都偏高，同时也增大了现场安装难度，进而影响安装进度。

发明内容

本发明实施方式提供了一种适用于柱塞气举排水采气的井口装置及其操作方法，其目的是简化现有适用于柱塞气举排水采气的井口装置，解决现有适用于柱塞气举排水采气的井口装置存在的结构复杂、制造难度高和安装难度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于柱塞气举排水采气的井口装置，它包括采气树，采气树的顶部连接安装有捕捉器的防喷管，所述防喷管与所述采气树之间并联输气单元，输气单元至少包括气动薄膜阀，所述气动薄膜阀贴近地面。

进一步地，所述采气树至少包括大四通和小四通，两个四通分别具有上下左右四个管口，其中大四通的下管口用于连接井口法兰，大四通的左管口通过法兰连接左翼管道，左翼管道上安装有一个套管压力变送器，大四通的右管口通过右翼管道接通于输气单元，大四通的上管口通过管道接通于小四通的下管口，小四通的左管口封闭，小四通的上管口接通于防喷管的底端，防喷管的顶端是防喷帽，防喷管的管身和小四通的右管口均通过管道接通于输气单元。

进一步地，所述输气单元由两部分组成，分别是输气单元一和含有气动薄膜阀的输气单元二；

其中输气单元一包括一根竖直管道和三根并联的水平管道，三根水平管道自上至下分别是上部水平管道、中部水平管道和下部水平管道，所述上部水平管道的一端接通于防喷管的管身，上部水平管道的另一端通过弯管接通于竖直管道的一端部；中部水平管道的一端通过管道接通于小四通的右管口，中部水平管道的另一端通过三通接入竖直管道；下部水平管道的一端通过右翼管道接通于大四通的右管口，下部水平管道的另一端通过弯管接通于竖直管道的另一端部；

三根水平管道内的介质在竖直管道汇合后输入至输气单元二。

优选地，所述防喷管的管身通过变径接头接通于上部水平管道的端部。

进一步地，所述输气单元二包括依次串接的第一管道、针阀、第二管道、弯管、第三管道、第四管道、高压短接、第五管道和低压输气管道；

其中第一管道的一端通过三通接入竖直管道，第一管道上安装有油管压力变送器，第二管道上安装有油管压力表，第四管道上安装气动薄膜阀。

优选地，所述第五管道上安装有紧急截断阀。

本发明还提供了一种井口装置的操作方法，它包括适用于柱塞气举排水采气的井口装置：

将捕捉器安装于防喷管；

将卡定器安装于油管内的预设位置；

再在井口安装采气树，将输气单元与采气树连接。

进一步地，完成井口装置的安装后，将柱塞投入防喷管，并在防喷管顶部安装防喷帽。

本发明的有益效果如下：

本发明的井口装置去掉了现有井口装置内的高密封取样阀，减少了套管压力变送器和油管压力变送器的数量，进而减少了柱塞气举排水采气装置的制造成本，降低了采气井口工艺管线制造难度，并且将原气动薄膜阀的安装位置改变，将气动薄膜阀安装至地面管线，气动薄膜阀可以替代紧急截断阀，进而降低投入成本。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是适用于柱塞气举排水采气的井口装置的结构示意图。

附图标记说明：

1.井口法兰；2.捕捉器；3.防喷管；4.变径接头；5.采气树；6.大四通；7.小四通；8.套管压力变送器；9.防喷帽；10.上部水平管道；11.中部水平管道；12.下部水平管道；13.竖直管道；14.第一管道；15.第二管道；16.第三管道；17.第四管道；18.高压短接；19.第五管道；20.低压输气管道；21.油管压力变送器；22.针阀；23.油管压力表；24.紧急截断阀；25.卡定器；26.油管；27.气动薄膜阀；28.柱塞。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的适用于柱塞气举排水采气的井口装置的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施方式：

本发明的第一实施方式涉及适用于柱塞气举排水采气的井口装置，参见图1，它包括采气树5，采气树5的顶部连接安装有捕捉器2的防喷管3，防喷管3与采气树5之间并联输气单元，输气单元至少包括气动薄膜阀27，气动薄膜阀27贴近地面。

与现有井口装置的结构相比，本实施方式保护的适用于柱塞气举排水采气的井口装置将气动薄膜阀27安装于地面管线，而非防喷管处，此设计优化了传统的管线结构，精准地控制柱塞28的上下往复运动；气动薄膜阀27的作用与紧急截断阀24的作用相同，因此可以替代紧急截断阀24，在不影响柱塞正常工作的前提下降低了阀门的投入成本。

具体地，柱塞28在油管26内的卡定器25和防喷管3之间作周期性的运动，整个过程由控制器控制气动薄膜阀27的开关来完成，当气动薄膜阀27关闭时，柱塞28（凡尔已打开）在自重作用下下落，柱塞28撞击缓冲弹簧后凡尔关闭，井下压力开始恢复；当套管压力恢复到一定值时气动薄膜阀27打开，气体迅速从套管进入油管26，加上地层产出的气体推动柱塞28及其上部的液柱一起向上运动，直到把柱塞28以上的液体举至地面，柱塞28撞击防喷管3内的顶杆后，凡尔再次打开，气动薄膜阀27关闭，柱塞28下落进行下一次工作循环。

第二实施方式：

本实施方式涉及适用于柱塞气举排水采气的井口装置，参见图1，它包括采气树5，采气树5的顶部连接安装有捕捉器2的防喷管3，防喷管3与采气树5之间并联输气单元，输气单元至少包括气动薄膜阀27，气动薄膜阀27贴近地面。

采气树5至少包括大四通6和小四通7，两个四通分别具有上下左右四个管口，其中大四通6的下管口用于连接井口法兰1，大四通6的左管口通过法兰连接左翼管道，左翼管道上安装有一个套管压力变送器8，大四通6的右管口通过右翼管道接通于输气单元，大四通6的上管口通过管道接通于小四通7的下管口，小四通7的左管口封闭，小四通7的上管口接通于防喷管3的底端，防喷管3的顶端是防喷帽9，防喷管3的管身和小四通7的右管口均通过管道接通于输气单元。

输气单元由两部分组成，分别是输气单元一和含有气动薄膜阀27的输气单元二；

其中输气单元一包括一根竖直管道13和三根并联的水平管道，三根水平管道自上至下分别是上部水平管道10、中部水平管道11和下部水平管道12，上部水平管道10的一端接通于防喷管3的管身，上部水平管道10的另一端通过弯管接通于竖直管道13的一端部；中部水平管道11的一端通过管道接通于小四通7的右管口，中部水平管道11的另一端通过三通接入竖直管道13；下部水平管道12的一端通过右翼管道接通于大四通6的右管口，下部水平管道12的另一端通过弯管接通于竖直管道13的另一端部；

三根水平管道内的介质在竖直管道13汇合后输入至输气单元二。

上部水平管道10用于柱塞气举，当气井投产一段时间后，井筒内压力下降，此时需要通过柱塞气举进行采气，具体操作为关闭中部水平管道11和下部水平管道12，确保上部水平管道10畅通，进而确保柱塞气举的正常运行。

中部水平管道11用于和油管连接，其主要作用是输送油管内气体；下部水平管道12用于和套管连接，其主要作用是输送油套环空内的气体；在气井投产的前期，井筒内的压力足够，无需柱塞气举，此时上部水平管道10主要用作修井作用，利用中部水平管道11和下部水平管道12采气即可。

防喷管3的管身通过变径接头4接通于上部水平管道10的端部。

具体地，输气单元二包括依次串接的第一管道14、针阀22、第二管道15、弯管、第三管道16、第四管道17、高压短接18、第五管道19和低压输气管道20；

其中第一管道14的一端通过三通接入竖直管道13，第一管道14上安装有油管压力变送器21，第二管道15上安装有油管压力表23，第四管道17上安装气动薄膜阀27，第五管道19上安装有紧急截断阀24。

适用于柱塞气举排水采气的井口装置的工作过程如下：

在气井生产过程中，将左翼管道、大四通6的竖直通道、小四通7的竖直通道分别打开，关闭中部水平管道11和下部水平管道12，根据气井情况将针阀22调整到合适的开度，由控制器控制气动薄膜阀27的开关来完成，当气动薄膜阀27关闭时，柱塞28（凡尔已打开）在自重作用下下落，柱塞28撞击缓冲弹簧后凡尔关闭，井下压力开始恢复；当套管压力恢复到一定值时气动薄膜阀27打开，气体迅速从套管进入油管26，加上地层产出的气体推动柱塞28及其上部的液柱一起向上运动，直到把柱塞28以上的液体举至地面，柱塞28撞击防喷管3内的顶杆后，凡尔再次打开，气动薄膜阀27关闭，柱塞28下落进行下一次工作循环。

传统的井口装置具有两个套管压力变送器，分别是套管压力变送器一和套管压力变送器二，还具有两个油管压力变送器，分别是油管压力变送器一和油管压力变送器，然而目前的采气树装置已具备采集油管压力和套管压力的功能，无需再安装变送器，因此可以去掉变送器，本实施方式减少了套管压力变送器的数量和油管压力变送器的数量，同时还去掉了高密封取样阀，进而减少了柱塞气举排水采气装置的制造成本，降低了采气井口工艺管线制造难度。

高密封取样阀的主要作用是作为检修井下液体用，例如检测井底液体的PH值，然而在实际操作中，并不需要常性取样，且井筒内的液体具有腐蚀性和泄漏风险，因此本实施方式去掉了该阀门。

在井口装置的设计中，通常是由多个不同的厂家或公司进行设计研发，导致相同功能的阀门重复，造成制造成本的增加，本实施方式针对柱塞气举对井口装置进行了改进，使其更符合柱塞气举作业的需求。

第三实施方式：

本实施方式提供了一种井口装置的操作方法，它包括适用于柱塞气举排水采气的井口装置，具体方法如下：

将捕捉器2安装于防喷管3；

将卡定器25安装于油管26内的预设位置；

再在井口安装采气树5，将输气单元与采气树5连接。

完成井口装置的安装后，将柱塞28投入防喷管3，并在防喷管3顶部安装防喷帽9。

适用于柱塞气举排水采气的井口装置，参见图1，它包括采气树5，采气树5的顶部连接安装有捕捉器2的防喷管3，防喷管3与采气树5之间并联输气单元，输气单元至少包括气动薄膜阀27，气动薄膜阀27贴近地面。

采气树5至少包括大四通6和小四通7，两个四通分别具有上下左右四个管口，其中大四通6的下管口用于连接井口法兰1，大四通6的左管口通过法兰连接左翼管道，左翼管道上安装有一个套管压力变送器8，大四通6的右管口通过右翼管道接通于输气单元，大四通6的上管口通过管道接通于小四通7的下管口，小四通7的左管口封闭，小四通7的上管口接通于防喷管3的底端，防喷管3的顶端是防喷帽9，防喷管3的管身和小四通7的右管口均通过管道接通于输气单元。

输气单元由两部分组成，分别是输气单元一和含有气动薄膜阀27的输气单元二；

其中输气单元一包括一根竖直管道13和三根并联的水平管道，三根水平管道自上至下分别是上部水平管道10、中部水平管道11和下部水平管道12，上部水平管道10的一端接通于防喷管3的管身，上部水平管道10的另一端通过弯管接通于竖直管道13的一端部；中部水平管道11的一端通过管道接通于小四通7的右管口，中部水平管道11的另一端通过三通接入竖直管道13；下部水平管道12的一端通过右翼管道接通于大四通6的右管口，下部水平管道12的另一端通过弯管接通于竖直管道13的另一端部；

三根水平管道内的介质在竖直管道13汇合后输入至输气单元二。

防喷管3的管身通过变径接头4接通于上部水平管道10的端部。

具体地，输气单元二包括依次串接的第一管道14、针阀22、第二管道15、弯管、第三管道16、第四管道17、高压短接18、第五管道19和低压输气管道20；

其中第一管道14的一端通过三通接入竖直管道13，第一管道14上安装有油管压力变送器21，第二管道15上安装有油管压力表23，第四管道17上安装气动薄膜阀27，第五管道19上安装有紧急截断阀24。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种适用于柱塞气举排水采气的井口装置，它包括采气树（5），采气树（5）的顶部连接安装有捕捉器（2）的防喷管（3），其特征在于：所述防喷管（3）与所述采气树（5）之间并联输气单元，输气单元至少包括气动薄膜阀（27），所述气动薄膜阀（27）贴近地面。

2.如权利要求1所述的适用于柱塞气举排水采气的井口装置，其特征在于：所述采气树（5）至少包括大四通（6）和小四通（7），两个四通分别具有上下左右四个管口，其中大四通（6）的下管口用于连接井口法兰（1），大四通（6）的左管口通过法兰连接左翼管道，左翼管道上安装有一个套管压力变送器（8），大四通（6）的右管口通过右翼管道接通于输气单元，大四通（6）的上管口通过管道接通于小四通（7）的下管口，小四通（7）的左管口封闭，小四通（7）的上管口接通于防喷管（3）的底端，防喷管（3）的顶端是防喷帽（9），防喷管（3）的管身和小四通（7）的右管口均通过管道接通于输气单元。

3.如权利要求2所述的适用于柱塞气举排水采气的井口装置，其特征在于：所述输气单元由两部分组成，分别是输气单元一和含有气动薄膜阀（27）的输气单元二；

其中输气单元一包括一根竖直管道（13）和三根并联的水平管道，三根水平管道自上至下分别是上部水平管道（10）、中部水平管道（11）和下部水平管道（12），所述上部水平管道（10）的一端接通于防喷管（3）的管身，上部水平管道（10）的另一端通过弯管接通于竖直管道（13）的一端部；中部水平管道（11）的一端通过管道接通于小四通（7）的右管口，中部水平管道（11）的另一端通过三通接入竖直管道（13）；下部水平管道（12）的一端通过右翼管道接通于大四通（6）的右管口，下部水平管道（12）的另一端通过弯管接通于竖直管道（13）的另一端部；

三根水平管道内的介质在竖直管道（13）汇合后输入至输气单元二。

4.如权利要求3所述的适用于柱塞气举排水采气的井口装置，其特征在于：所述防喷管（3）的管身通过变径接头（4）接通于上部水平管道（10）的端部。

5.如权利要求3所述的适用于柱塞气举排水采气的井口装置，其特征在于：所述输气单元二包括依次串接的第一管道（14）、针阀（22）、第二管道（15）、弯管、第三管道（16）、第四管道（17）、高压短接（18）、第五管道（19）和低压输气管道（20）；

其中第一管道（14）的一端通过三通接入竖直管道（13），第一管道（14）上安装有油管压力变送器（21），第二管道（15）上安装有油管压力表（23），第四管道（17）上安装气动薄膜阀（27）。

6.如权利要求5所述的适用于柱塞气举排水采气的井口装置，其特征在于：所述第五管道（19）上安装有紧急截断阀（24）。

7.一种井口装置的操作方法，它包括如权利要求1～6中任一权利要求所述的适用于柱塞气举排水采气的井口装置，其特征在于：

将捕捉器（2）安装于防喷管（3）；

将卡定器（25）安装于油管（26）内的预设位置；

再在井口安装采气树（5），将输气单元与采气树（5）连接。

8.如权利要求7所述的井口装置的操作方法，其特征在于：完成井口装置的安装后，将柱塞（28）投入防喷管（3），并在防喷管（3）顶部安装防喷帽（9）。

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