CN113137210A - 一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法 - Google Patents

一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法，该装置包括生产套管、地面动力装置、井口采油树、抽油活塞柱、双向卡瓦封隔器和空心抽油泵；在气井开发初期下入该工艺管柱，可实现在气井的利用该管柱排液采气，减少生产中后期排液采气成本；采用排液和采气单独采出通道的方式，实现在排液的同时不停止产气，实现了气井的稳产和增产；所采用的抽油管可起到速度管柱的作用，进一步提高气体的采出效率，对低压等非常规气井具有较大的优势；通过转换接头和转换套筒可实现井口气体通过生产阀门采出地面，而无需在排液时井口连接采气生产管线，减少地面安全风险。

Description

一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法
技术领域
本发明属于石油工业技术领域，具体来说涉及一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法。
背景技术
在气田开发过程中，会产出一定量的水，随着衰竭式开采程度的加深，气井压力下降，井筒举升液体的能力逐渐不足，导致产气量降低或停产，低压与携液矛盾成为制约气井生产的主要因素。
目前排液采气方式措施多种多样，常用的排液采气方式有泡沫排水采气工艺、柱塞气举排液采气工艺、速度管柱排液采气工艺、涡流排液采气工艺、气举排水采气工艺和电潜泵排水采气工艺等，这些排水采气工艺各有优缺点，而且不同的工艺措施实施于同一气井或者同一工艺措施实施于不同的气井，其效果都是不相同的。大部分排液采气措施适用于某一类井的某一特殊阶段，不能适用于气井的，常在某一工艺应用一段时间后被迫更换其他工艺以适应排采需求，如泡沫排水采气工艺、柱塞气举排液采气工艺、速度管柱排液采气工艺、涡流排液采气工艺等工艺一般适用于气井积液初期，产液量小于30m3/d的气井；电潜泵排液一般适用于产液量大于100m3/d的气井，气举排液方式适应性较强，但需要地面配置压缩机，单井应用成本较高。
近年来空心抽油泵采油技术发展较快，如专利CN1099840A公布了无油管悬挂抽油泵采油方法及装置，该装置采用抽油管及井下泵作为举升系统，但该装置只是作为采油举升，不能作为气井排液采气。CN110439512A公开了一种煤层气有杆泵-速度管排采连续转换装置，该装置在煤层气井的排采过程中可以在排液和采气之间切换，实现煤层气井的排液采气要求，但其不能实现产气与排液同时进行。CN105464628A公布了一种悬挂式井下液压杆式泵采油装置，该装置是液压缸往复运动推动抽油泵，空心杆作为能量传递装置用来防止结蜡的发生。专利CN109267968A公布了一种抽油管电加热装置和采油设备，该工艺利用深入抽油管内部的加热电缆对抽油管进行加热，加热量传递给抽油管外部的原油阻止结垢在杆外附着，实现油井举升通道的畅通。专利CN110306954A和CN108590631A公布了一种具备速度管柱功能的举升系统，该工艺具备排液和采气两种功能，但该工艺的实施为气相与液相同为油管采出，在排液的同时限制了采气，同样在采气的同时不具备排液的能力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置，包括生产套管、地面动力装置、井口采油树、抽油活塞柱、双向卡瓦封隔器和空心抽油泵；
所述生产套管上端设置井口采油树，井口采油树包括转换套筒和生产套管盖，所述转换套筒设置于生产套管管口处的中央，所述生产套管盖设置生产套管管口处、与生产套管相连通，所述转换套筒上设置有生产阀门，所述生产套管盖上设置有套管阀门；
所述抽油活塞柱贯穿转换套筒和空心抽油泵设置，由上至下包括连接杆、转换接头和抽油管，所述连接杆上端连接地面动力装置下端连接转换接头，转换接头设置于所述转换套筒内、其下端连接抽油管；
所述双向卡瓦封隔器设置于所述生产套管内壁，其下端设置空心抽油泵，所述空心抽油泵包括泵筒和空心柱塞，所述空心柱塞环绕固定设置在所述抽油管上，可随抽油管在泵筒内上下运动，所述泵筒下端面设置有固定阀，所述空心柱塞上设置有游动阀。
在上述技术方案中，所述井口采油树还包括盘根盒，所述盘根盒设置于所述地面动力装置的下端。
在上述技术方案中，所述转换接头上布设在有通气孔。
在上述技术方案中，所述抽油管上设在有扶正器。
在上述技术方案中，所述抽油管下端管口位于储层的上部。
在上述技术方案中，所述固定阀和游动阀均为单向球阀。
一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气方法，包括以下阶段：
阶段一：雾流流动。储层主要气相通过所述抽油管经所述转换接头进入所述转换套筒内，在所述转换套筒内自然流入所述生产阀门后被采出地面。
阶段二：段塞流、环状流和泡流流动。段塞流、环状流和泡流流动分为主要气相产出方法和主要液相产出方法两种：
主要气相产出方法：储层主要气相通过所述抽油管经所述转换接头进入所述转换套筒内，在所述转换套筒内自然流入所述生产阀门后被采出地面。
主要液相产出方法包含如下两个过程：
过程一，上行程：所述地面动力装置带动所述连接杆、所述转换接头、所述抽油管和所述空心柱塞向上运行。
①所述空心柱塞向上运行过程中，所述泵筒内所述固定阀打开，储层产液通过所述固定阀进入所述泵筒。
②所述空心柱塞向上运行过程中所述游动阀关闭，所述空心抽油泵上部液体随所述空心柱塞向上流动，进入所述套管与所述抽油管之间的环形空间，并通过所述套管阀门产出地面。
过程二，下行程：所述地面动力装置带动所述连接杆、所述转换接头、所述抽油管和所述空心柱塞向下运行。
①所述空心抽油泵向下运行过程中，所述泵筒内所述固定阀关闭。
②所述空心抽油泵向下运行过程中，所述游动阀打开，所述泵筒内液体进入所述空心抽油泵上部。
上行程和下形程交替进行，最终完成井筒内液体排出到地面。
本发明的优点和有益效果为：
1)本发明的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法，可在气井开发初期下入该工艺管柱，可实现在气井的利用该管柱排液采气，减少生产中后期排液采气成本。
2)本发明的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法，采用排液和采气单独采出通道的方式，实现在排液的同时不停止产气，实现了气井的稳产和增产。
3)本发明的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法，所采用的抽油管可起到速度管柱的作用，进一步提高气体的采出效率，对低压等非常规气井具有较大的优势。
4)本发明的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置及方法，通过转换接头和转换套筒可实现井口气体通过生产阀门采出地面，而无需在排液时井口连接采气生产管线，减少地面安全风险。
附图说明
图1是本发明所提供的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置的结构示意图。
图2是本发明所提供的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置作业过程中气体流向示意图。
图3是本发明所提供的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置抽油活塞柱上行过程中气体、液体流向示意图。
图4是本发明所提供的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置抽油活塞柱下行过程中气体、液体流向示意图。
附图标注：1、地面动力装置；2、盘根盒；3、生产阀门；4、套管阀门；5、连接杆；6、转换接头；7、转换套筒；8、抽油管；9、扶正器；10、双向卡瓦封隔器；11、泵筒；12、空心柱塞；13、空心抽油泵；14、游动阀；15、固定阀；16、生产套管；17、储层；18、井口采油树。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明提供了一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置，该装置包括井下管柱和地面设备两部分。
该装置地面设备部分包括井口采油树18和地面动力装置1两部分，井口采油树18包括盘根盒2、转换套筒7和生产套管盖，所述转换套筒设置于生产套管管口处的中央，所述生产套管盖设置生产套管管口处、与生产套管相连通，所述转换套筒上设置有生产阀门3，所述生产套管盖上设置有套管阀门4；
该装置井下管柱设置在生产套管16内，包括连接杆5、转换接头6、抽油管8、扶正器9、双向卡瓦封隔器10和空心抽油泵13。
生产套管16内部下入双向卡瓦封隔器10，双向卡瓦封隔器10下端悬挂泵筒11，泵筒11内部设有空心柱塞12，空心柱塞12固定于抽油管8之上，抽油管8下端位置深度在所述的储层17上部，抽油管8上端连接转换接头6，转换接头6上端连接连接杆5并置于转换套筒7内，连接杆5上端连接地面动力装置1；
转换接头6置于转换套筒7内，储层17产气通过抽油管8经转换接头6进入转换套筒7内，转换套筒7内自然流入所述生产阀门3后被采出地面。
转换接头6可随连接杆5在转换套筒7内上下往复运动，同时带动与转换接头6连接的抽油管8运动，转换套筒7与抽油管8之间为可滑动且密封连接。
空心抽油泵13由泵筒11和空心柱塞12组成，空心柱塞12可随抽油管8在泵筒11内做上下往复运动。
空心柱塞12内设置有游动阀14，游动阀14为可随空心柱塞12作往复运动的单向球阀。
泵筒11内设置有固定阀15，固定阀15为固定在泵筒11内的单向球阀。
如图2、图3和图4所示，一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气方法包含以下几个阶段：
阶段一：雾流流动。所述储层17主要气相通过抽油管8经转换接头6进入转换套筒7内，在转换套筒7内自然流入生产阀门3后被采出地面。
阶段二：段塞流、环状流和泡流流动。段塞流、环状流和泡流流动分为主要气相产出方法和主要液相产出方法两种：
主要气相产出方法：所述储层17主要气相通过抽油管8经转换接头6进入转换套筒7内，在转换套筒7内自然流入生产阀门3后被采出地面。
主要液相产出方法：主要液相产出方法包含两个过程：
过程一，上行程：地面动力装置1带动连接杆5、转换接头6、抽油管8和空心柱塞12向上运行。
①空心柱塞12向上运行过程中，泵筒11内固定阀15打开，储层17产液通过固定阀15进入泵筒11。
②空心柱塞12向上运行过程中游动阀14关闭，空心柱塞12上部液体随空心柱塞12向上流动，进入生产套管16与抽油管8之间的环形空间，并通过套管阀门4产出地面。
过程二，下形程，地面动力装置1带动连接杆5、转换接头6、抽油管8和空心柱塞12向下运行。
①空心柱塞12向下运行过程中，泵筒11内固定阀15关闭。
②空心柱塞12向下运行过程中，游动阀14打开，泵筒11内液体进入空心柱塞12上部。
一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气方法是排液过程通过上行程和下形程交替进行，完成井筒内液体排出到地面。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置，其特征在于：包括生产套管、地面动力装置、井口采油树、抽油活塞柱、双向卡瓦封隔器和空心抽油泵；
所述生产套管上端设置井口采油树，井口采油树包括转换套筒和生产套管盖，所述转换套筒设置于生产套管管口处的中央，所述生产套管盖设置生产套管管口处、与生产套管相连通，所述转换套筒上设置有生产阀门，所述生产套管盖上设置有套管阀门；
所述抽油活塞柱贯穿转换套筒和空心抽油泵设置，由上至下包括连接杆、转换接头和抽油管，所述连接杆上端连接地面动力装置下端连接转换接头，转换接头设置于所述转换套筒内、其下端连接抽油管；
所述双向卡瓦封隔器设置于所述生产套管内壁，其下端设置空心抽油泵，所述空心抽油泵包括泵筒和空心柱塞，所述空心柱塞环绕固定设置在所述抽油管上，可随抽油管在泵筒内上下运动，所述泵筒下端面设置有固定阀，所述空心柱塞上设置有游动阀。
2.根据权利要求1所述的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置，其特征在于：所述井口采油树还包括盘根盒，所述盘根盒设置于所述地面动力装置的下端。
3.根据权利要求1所述的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置，其特征在于：所述转换接头上布设在有通气孔。
4.根据权利要求1所述的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置，其特征在于：所述抽油管上设在有扶正器。
5.根据权利要求1所述的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置，其特征在于：所述抽油管下端管口位于储层的上部。
6.根据权利要求1所述的一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气装置，其特征在于：所述固定阀和游动阀均为单向球阀。
7.一种气井无油管空心抽油泵全生命周期排液采气方法，其特征在于，包括以下阶段：
阶段一：雾流流动，储层主要气相通过所述抽油管经所述转换接头进入所述转换套筒内，在所述转换套筒内自然流入所述生产阀门后被采出地面；
阶段二：段塞流、环状流和泡流流动，分为主要气相产出方法和主要液相产出方法两种：
主要气相产出方法：储层主要气相通过所述抽油管经所述转换接头进入所述转换套筒内，在所述转换套筒内自然流入所述生产阀门后被采出地面；
主要液相产出方法包含如下两个过程：
过程一，上行程：所述地面动力装置带动所述连接杆、所述转换接头、所述抽油管和所述空心柱塞向上运行；
①所述空心柱塞向上运行过程中，所述泵筒内所述固定阀打开，储层产液通过所述固定阀进入所述泵筒；
②所述空心柱塞向上运行过程中所述游动阀关闭，所述空心抽油泵上部液体随所述空心柱塞向上流动，进入所述套管与所述抽油管之间的环形空间，并通过所述套管阀门产出地面；
过程二，下行程：所述地面动力装置带动所述连接杆、所述转换接头、所述抽油管和所述空心柱塞向下运行；
①所述空心抽油泵向下运行过程中，所述泵筒内所述固定阀关闭。
②所述空心抽油泵向下运行过程中，所述游动阀打开，所述泵筒内液体进入所述空心抽油泵上部；
上行程和下形程交替进行，最终完成井筒内液体排出到地面。
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