CN112267851A - 用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱，包括柱塞防喷管、柱塞地面控制系统、采气树、柱塞、速度管柱、管柱接头、封隔器和球座；柱塞防喷管设置在采气树上方并与采气树连接，柱塞地面控制系统与柱塞防喷管连接；速度管柱的顶端与采气树连接、底端通过管柱接头与封隔器的顶端连接，球座螺纹连接在封隔器底端；柱塞可沿管柱上下往复活动地设置在速度管柱内；封隔器采用憋压坐封、上提解封型的封隔器；管柱接头、封隔器和球座的最大外径均与速度管柱的内径一致；该复合排水采气管柱及其方法能够持续、高效的将“躺井”井底积液排出，而无需其他能源，且实施过程中具有清洁、环保的特点。

Description

用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱及其方法
技术领域
本发明涉及天然气藏的排水采气工程技术领域，特别涉及一种用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱及其方法。
背景技术
气井普遍产水，在天然气开采中，随着气藏压力和天然气产量的降低，产量无法满足临界携液流量，产出水或凝析液会逐渐滞留在井底形成积液，不断增加的井底积液会严重影响采气效率，部分积液井甚至被压死，无法生产，损失严重。仅苏里格气田就存在上千口因井底积液严重造成气井无法生产的“躺井”。
现阶段，适用于“躺井”的井底排液技术主要有机抽、电潜泵、氮气气举等技术。机抽技术由于施工成本高、周期长、井下泵体故障维修困难等因素现场应用较少，电潜泵排液技术由于施工复杂、电能提供困难且不环保等因素造成其推广效果不佳，氮气气举排液技术由于施工成本高、施工效果持续时间短、投入产出比高等不利因素造成推广困难。
因此，如何建立一种新的的排水采气方法，将“躺井”积液环保、持续、高效排出井筒，使其快速回复产能，为气田“躺井”积液的治理提供一种新的方法，对提高气田产能具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱，以实现“躺井”井下积液持续、高效的排出，达到解决“躺井”有效治理、产能恢复的目的，满足现场施工需求。
本发明的另一目的是提供一种采用上述用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱实现复合排水采气的方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱，包括柱塞防喷管、柱塞地面控制系统、采气树、柱塞、速度管柱、管柱接头、封隔器和球座；其中，
柱塞防喷管设置在采气树上方并与采气树连接，柱塞地面控制系统与柱塞防喷管连接；速度管柱的顶端与采气树连接、底端通过管柱接头与封隔器的顶端连接，球座螺纹连接在封隔器底端；
柱塞设置在速度管柱内，其柱塞包括柱塞、减震弹簧和减震筒；柱塞本体为柱形结构，其包括由自上而下依次连接的捞径部、鱼骨形部和圆柱形部一体成型构成，其鱼骨形部的最大外径处略大于圆柱形部的下部外径，并与速度管柱的内径相适应；自圆柱形部的底面上沿轴向开设有盲孔，且在盲孔的对侧孔壁上沿轴向对称开设有两个条形通孔，在两个条形通孔底侧分别自外向内插装有两个紧定螺钉；减震筒为一顶部设有开口、底部封闭的筒体结构，且其顶部的对侧侧壁上对称开设有两个螺孔；减震筒的顶部套装在柱塞本体底端的盲孔内侧并通过安装在其侧壁上的两个紧定螺钉活动固定在圆柱形部上；减震弹簧上部设置在插装在盲孔内、下部设置在减震筒内；
封隔器采用憋压坐封、上提解封型的封隔器；管柱接头、封隔器和球座的最大外径均与速度管柱的内径一致。
进一步地，该用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱还包括配套使用的一个可溶球和多个泡腾球；其中，可溶球采用能够被井底积液溶解的可溶材料制成，且其球径与球座相适应；泡腾球采用能够遇水反应生成气体的材料制成，泡腾球的外径小于球座的最小内径，保证其能够落入井底。
进一步地，可溶球为镁铝合金球。
进一步地，封隔器采用Y241型封隔器。
进一步地，速度管柱采用市售的φ38.1mm的连续油管，并在连接前根据下入深度进行适应性切割；速度管柱顶端与采气树通过法兰连接。
进一步地，管柱接头包括均为筒体结构的接头本体、垫圈、锥形环、锁紧环和下接头；其中，接头本体下部内壁凹陷并形成有第一环形台阶，且在底端内壁上设有连接内螺纹；垫圈和锥形环自上而下套装在接头本体内，且垫圈的顶端抵在第一环形台阶的下端面上，锥形环的顶端抵在垫圈的下端面上；锁紧环套装在锥形环内侧，且锥形环的内壁和锁紧环的外壁加工有相互配合的斜面；锁紧环的内径与速度管柱的外径相适应，且在其内壁上加工有多排倒齿；下接头螺纹连接在接头本体底端内壁上，且其顶端抵在锁紧环的底面上。
一种采用上述用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱实现的排水采气方法，步骤如下：
S1、将速度管柱、管柱接头、封隔器和球座自上而下依次连接，组成井下复合采气管串；
S2、根据井下积液液面深度，根据液面深度、井身结构、储层位置的测量结果，设计该井下复合采气管串的下入位置；
S3、利用速度管柱下入配套设备将该采气管串下入到井筒设计位置，并截断速度管柱上部多余的部分，并通过井口装置将其与采气树连接；
S4、向该井下复合采气管串中投入可溶球，可溶球落至球座的环形凸台上端面上并进行憋压，使井下封隔器坐封在套管上，实现密封该复合采气管串与套管环空的上下空间；
S5、安装柱塞防喷管和柱塞地面控制系统；且在该安装过程中，可溶球逐渐溶解，使该复合采气管串与井底重新形成连通；
S6、在采气树关闭条件下，从柱塞防喷管投入一定量的泡腾球后，再将柱塞放入防喷管内；此时，柱塞通过柱塞捕捉器固定在防喷管内；
S7、利用柱塞地面控制系统将井筒与生产管线通道关闭，并先后依次打开采气树和柱塞防喷管的捕捉器，使柱塞、泡腾球在重力作用下在速度管柱内下落，柱塞在球座的限位作用下停止下行，落到球座上停止下降，泡腾球在柱塞的推压作用下压入球座位置以下的井底；
S8、泡腾球在井下剧烈反应并生成气体；当达到泡腾球完全反应时间时，利用柱塞地面控制系统开井，柱塞在井下气体压力的作用下向井口运动，以实现将其以上大部分液柱顶出井筒；当柱塞地面控制系统检测到柱塞到达防喷管内时，关闭采气树主阀门，打开柱塞防喷管将柱塞取出；
S9、重复步骤S6～S8，直至将井底积液排出井筒，井筒举通，即依靠井筒产气压力能够将柱塞气举到井筒；再在速度管柱内设计合理的生产制度，使“躺井”能够恢复生产。
与现有技术相比，该用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱及其方法的有益效果在于：1)本申请相较于其他技术方案，能够持续、高效的将“躺井”井底积液排出，而无需其他能源；2)本申请的施工方法实施过程中具有清洁、环保的特点；3)本申请的复合排水采气管柱在结构设计上，其柱塞本身具有减震、耐冲击功能，且无需在井底下入常规柱塞气举工艺必须下入的卡定器、减震器，简化施工步骤，提高施工效率，节省施工成本；且柱塞和球座均采用钛合金材料制造，增加了工具的耐腐蚀性能及耐冲击性能；采用泡腾球遇水自发产生大量的气体的原理为柱塞运行提供动力；4)本申请既发挥了速度管柱低压、高效排液的优势又发挥了柱塞气举技术持久、高效排液的特点。
附图说明
图1为本发明的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱的结构示意图；
图2为本发明的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱的柱塞的结构示意图；
图3为本发明的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱的管柱接头的结构示意图；
图4为本发明的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱的管柱接头的球座的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
如图1所示，该用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱包括柱塞防喷管1、柱塞地面控制系统2、采气树3、柱塞4、速度管柱5、管柱接头6、封隔器7和球座8；其中，柱塞防喷管1、采气树3、速度管柱5、管柱接头6、封隔器7和球座8自上而下依次连接；柱塞地面控制系统2与柱塞防喷管1连接；柱塞4设置在速度管柱5内，使其能够在速度管柱5内上下运动；
柱塞防喷管1、柱塞地面控制系统2和采气树3均采用市售产品；其中，柱塞防喷管1具有柱塞投放、取出、捕捉功能，其通过法兰与采气树3连接使用；柱塞地面控制系统2具有控制井的开关，以判断柱塞4是否到达防喷管1内捕捉位置等功能；
速度管柱5采用市售的φ38.1mm的连续油管，并在连接前根据下入深度进行适应性切割；速度管柱5顶端与采气树3通过法兰连接；
如图2所示，柱塞4包括柱塞4-1、减震弹簧4-2和减震筒4-4；其中，
柱塞本体4-1为柱形结构，其由自上而下依次连接的捞径部4-6、鱼骨形部4-5和圆柱形部4-3一体成型构成，其鱼骨形部4-5的最大外径处略大于圆柱形部4-3的下部外径，并与速度管柱5的内径相适应；捞径部4-6的作用是柱塞在井下遇卡时方便打捞，鱼骨形部4-5有助于柱塞与速度管柱5内壁的密封，同时也能在柱塞4上下运动时清理管柱内壁结蜡；自圆柱形部4-3的底面上沿轴向开设有盲孔，且在盲孔的对侧孔壁上沿轴向对称开设有两个条形通孔4-7，在两个条形通孔底侧分别自外向内插装有两个紧定螺钉；
减震筒4-4为一顶部设有开口、底部封闭的筒体结构，且其顶部的对侧侧壁上对称开设有两个螺孔；减震筒4-4的顶部套装在柱塞本体底端的盲孔内侧并通过安装在其侧壁上的两个紧定螺钉活动固定在圆柱形部4-3上；减震弹簧4-2上部设置在插装在盲孔内、下部设置在减震筒4-4内；
该柱塞4的结构设计可以使其在速度管柱5内向下运动时，减震筒4-4与球座8配合后，减震弹簧4-2的弹性形变过程会对柱塞4与球座8间的冲击起到减震作用，延长柱塞4及球座8的使用寿命；其中，柱塞4除减震弹簧4-2外均采用钛合金材料(TC4)制造，提高柱塞的耐腐蚀性能及抗冲击性能，降低柱塞的重量，与常规柱塞相比，可降低柱塞举升至井口的临界压力。
如图1和图3所示，管柱接头6的顶端卡装在速度管柱5的底端外侧、底端与封隔器7通过螺纹连接；具体地，
管柱接头6包括均为筒体结构的接头本体6-1、垫圈6-2、锥形环6-3、锁紧环6-4和下接头6-5；其中，接头本体6-1下部内壁凹陷并形成有第一环形台阶，且在底端内壁上设有连接内螺纹；垫圈6-2和锥形环6-3自上而下套装在接头本体6-1内，且垫圈6-2的顶端抵在第一环形台阶的下端面上，锥形环6-3的顶端抵在垫圈6-2的下端面上；锁紧环6-4套装在锥形环6-3内侧，且锥形环6-3的内壁和锁紧环6-4的外壁加工有相互配合的斜面；锁紧环6-4的内径与速度管柱5的外径相适应，且在其内壁行加工有多排倒齿，以抱紧插入至其中的速度管柱5；下接头6-5螺纹连接在接头本体6-1底端内壁上，且其顶端抵在锁紧环6-4的底面上；
封隔器7采用市售的Y241型封隔器，其特点在于能够通过憋压实现座封，并在施工结束后通过上提速度管柱5实现解封，即具有座封、解封灵活，确保采气管柱下入、起出便捷的特点。
如图4所示，球座8螺纹连接在封隔器7底端，其底端内壁设有环形凸台，形成缩颈球座8-1；具体地，球座8采用钛合金材料(TC4)加工而成，有效增加球座的耐腐蚀性及抗冲击性能。
其中，速度管柱5的内径、管柱接头6的内径和封隔器7的内径均与球座8的最大内径相同。
该用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱在使用时还配套有一个可溶球9和多个泡腾球10；其中，可溶球9和泡腾球10均可购自市售产品；具体地，可溶球9采用可以被井底积液溶解的可溶材料，如镁铝合金制造而成，且可溶球9的球径与球座8相适应；泡腾球10采用能够遇水反应生成气体的材料制成，泡腾球10的外径小于球座8的最小内径，使其能够顺利通过球座8并落入井底。
如有图4所示，球座8连接到封隔器7下端，整个管柱可通过投入可溶球9憋压座封封隔器7，球座8的另一个作用是对柱塞4在管柱内运行限位。可溶球9与球座8配合达到密封管柱的目的，管柱密封后可憋压座封封隔器7,可溶球9可在井筒积液环境下快速溶解。泡腾球10具有遇井下积液快速溶解产生气体的功能，产生的气体达到一定压力后，为柱塞4从井下向井口运动提供动力。
实施例2
采用实施例1的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱实现的井底排水采气施工，其具体实施步骤如下：
S1、将速度管柱5、管柱接头6、封隔器7和球座8自上而下依次连接，组成井下复合采气管串；
S2、根据井下积液液面深度，根据液面深度、井身结构、储层位置的测量结果，设计该井下复合采气管串的下入位置；
S3、利用速度管柱5下入配套设备将该采气管串下入到井筒设计位置，并截断多余的速度管柱5部分，并通过井口装置将其与采气树3连接；
S4、向该井下复合采气管串中投入可溶球9，可溶球9落至球座8的环形凸台上端面上并进行憋压，使井下封隔器7坐封在套管上，实现密封该复合采气管串与套管环空的上下空间；
S5、安装柱塞防喷管1和柱塞地面控制系统2；且在该安装过程中，可溶球9逐渐溶解，使该复合采气管串与井底重新形成连通；
S6、在采气树3关闭条件下，从柱塞防喷管投入一定量的泡腾球10后，再将柱塞4放入防喷管1内；此时，柱塞4通过柱塞捕捉器固定在防喷管内；
S7、利用柱塞地面控制系统2将井筒与生产管线通道关闭，并先后依次打开采气树3和柱塞防喷管1的捕捉器，使柱塞4、泡腾球10在重力作用下在速度管柱5内下落，柱塞4在球座8的限位作用下停止下行，落到球座8上停止下降，泡腾球10在柱塞4的推压作用下压入球座8位置以下的井底；
S8、泡腾球10在井下剧烈反应并生成气体；当达到泡腾球10完全反应时间时，利用柱塞地面控制系统2开井，柱塞4在井下气体压力的作用下向井口运动，以实现将其以上大部分液柱顶出井筒；当柱塞地面控制系统2检测到柱塞到达防喷管内时，关闭采气树主阀门，打开柱塞防喷管1将柱塞4取出；
S9、重复步骤S6～S8，直至将井底积液排出井筒，井筒举通，即依靠井筒产气压力能够将柱塞气举到井筒；再在速度管柱5内设计合理的生产制度，使“躺井”能够恢复生产。

Claims (7)

1.一种用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱，其特征在于，包括柱塞防喷管(1)、柱塞地面控制系统(2)、采气树(3)、柱塞(4)、速度管柱(5)、管柱接头(6)、封隔器(7)和球座(8)；其中，
柱塞防喷管(1)设置在采气树(3)上方并与采气树(3)连接，柱塞地面控制系统(2)与柱塞防喷管(1)连接；速度管柱(5)的顶端与采气树(3)连接、底端通过管柱接头(6)与封隔器(7)的顶端连接，球座(8)螺纹连接在封隔器(7)底端；
柱塞(4)设置在速度管柱(5)内，其柱塞(4)包括柱塞(4-1)、减震弹簧(4-2)和减震筒(4-4)；柱塞本体(4-1)为柱形结构，其包括由自上而下依次连接的捞径部(4-6)、鱼骨形部(4-5)和圆柱形部(4-3)一体成型构成，其鱼骨形部(4-5)的最大外径处略大于圆柱形部(4-3)的下部外径，并与速度管柱(5)的内径相适应；自圆柱形部(4-3)的底面上沿轴向开设有盲孔，且在盲孔的对侧孔壁上沿轴向对称开设有两个条形通孔(4-7)，在两个条形通孔底侧分别自外向内插装有两个紧定螺钉；减震筒(4-4)为一顶部设有开口、底部封闭的筒体结构，且其顶部的对侧侧壁上对称开设有两个螺孔；减震筒(4-4)的顶部套装在柱塞本体底端的盲孔内侧并通过安装在其侧壁上的两个紧定螺钉活动固定在圆柱形部(4-3)上；减震弹簧(4-2)上部设置在插装在盲孔内、下部设置在减震筒(4-4)内；
封隔器(7)采用憋压坐封、上提解封型的封隔器；管柱接头(6)、封隔器(7)和球座(8)的最大外径均与速度管柱(5)的内径一致。
2.根据权利要求1所述的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱，其特征在于，还包括配套使用的一个可溶球(9)和多个泡腾球(10)；其中，可溶球(9)采用能够被井底积液溶解的材料制成，且其球径在球座(8)的最大内径和最大内径之间；泡腾球(10)采用能够遇水反应生成气体的材料制成，泡腾球(10)的外径小于球座(8)的最小内径，使其能够落入井底。
3.根据权利要求1所述的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱，其特征在于，可溶球(9)为镁铝合金球。
4.根据权利要求1所述的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱，其特征在于，封隔器(7)采用Y241型封隔器。
5.根据权利要求1所述的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱，其特征在于，速度管柱(5)采用市售的φ38.1mm的连续油管，并在连接前根据下入深度进行适应性切割；速度管柱(5)顶端与采气树(3)通过法兰连接。
6.根据权利要求1所述的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱，其特征在于，管柱接头(6)包括均为筒体结构的接头本体(6-1)、垫圈(6-2)、锥形环(6-3)、锁紧环(6-4)和下接头(6-5)；其中，接头本体(6-1)下部内壁凹陷并形成有第一环形台阶，且在底端内壁上设有连接内螺纹；垫圈(6-2)和锥形环(6-3)自上而下套装在接头本体(6-1)内，且垫圈(6-2)的顶端抵在第一环形台阶的下端面上，锥形环(6-3)的顶端抵在垫圈(6-2)的下端面上；锁紧环(6-4)套装在锥形环(6-3)内侧，且锥形环(6-3)的内壁和锁紧环(6-4)的外壁加工有相互配合的斜面；锁紧环(6-4)的内径与速度管柱(5)的外径相适应，且在其内壁行加工有多排倒齿；下接头(6-5)螺纹连接在接头本体(6-1)底端内壁上，且其顶端抵在锁紧环(6-4)的底面上。
7.一种采用如权利要求1～6中任一项所述的用于“躺井”井下积液排出的复合排水采气管柱实现的排水采气方法，其特征在于，步骤如下：
S1、将速度管柱(5)、管柱接头(6)、封隔器(7)和球座(8)自上而下依次连接，组成井下复合采气管串；
S2、根据井下积液液面深度，根据液面深度、井身结构、储层位置的测量结果，设计该井下复合采气管串的下入位置；
S3、利用速度管柱(5)下入配套设备将该采气管串下入到井筒设计位置，并截断速度管柱(5)上部多余的部分，并通过井口装置将其与采气树(3)连接；
S4、向该井下复合采气管串中投入可溶球(9)，可溶球(9)落至球座(8)的环形凸台上端面上并进行憋压，使井下封隔器(7)坐封在套管上，实现密封该复合采气管串与套管环空的上下空间；
S5、安装柱塞防喷管(1)和柱塞地面控制系统(2)；且在该安装过程中，可溶球(9)逐渐溶解，使该复合采气管串与井底重新形成连通；
S6、在采气树(3)关闭条件下，从柱塞防喷管投入一定量的泡腾球(10)后，再将柱塞(4)放入防喷管(1)内；此时，柱塞(4)通过柱塞捕捉器固定在防喷管内；
S7、利用柱塞地面控制系统(2)将井筒与生产管线通道关闭，并先后依次打开采气树(3)和柱塞防喷管(1的捕捉器，使柱塞(4)、泡腾球(10)在重力作用下在速度管柱(5)内下落，柱塞(4)在球座(8)的限位作用下停止下行，落到球座(8)上停止下降，泡腾球(10)在柱塞(4)的推压作用下压入球座(8)位置以下的井底；
S8、泡腾球(10)在井下剧烈反应并生成气体；当达到泡腾球(10)完全反应时间时，利用柱塞地面控制系统(2)开井，柱塞(4)在井下气体压力的作用下向井口运动，以实现将其以上大部分液柱顶出井筒；当柱塞地面控制系统(2)检测到柱塞到达防喷管内时，关闭采气树主阀门，打开柱塞防喷管(1)将柱塞(4)取出；
S9、重复步骤S6～S8，直至将井底积液排出井筒，井筒举通，即依靠井筒产气压力能够将柱塞气举到井筒；再在速度管柱(5)内设计合理的生产制度，使“躺井”能够恢复生产。
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