CN113550720B - 一种多源煤系气分层控压单独计量排采装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多源煤系气分层控压单独计量排采装置及排采方法，该装置包括置于钻孔内并沟通上部储层与下部储层的生产套管，生产套管内设置有油管，油管下端通过桥式接头连接一级柱塞泵，桥式接头的下方紧贴生产套管内壁设置有封隔器，在封隔器上方的生产套管与油管之间形成上部储层产气排水空间，在封隔器下方的生产套管与一级柱塞泵之间形成下部储层产气排水空间，在装置内形成了上部储层出气通道和下部储层出气通道，在出气管道上分别计量不同储层的产气量，实现了储层的压力分割、双液面/双储层压力排采，确保在储层产气最大化的排采模式下，提高了产气效果。

Description

一种多源煤系气分层控压单独计量排采装置及方法

技术领域

本发明属于煤系气抽采技术领域，涉及煤系气抽采的装置及方法，具体涉及一种多源煤系气分层控压单独计量排采装置及方法。

背景技术

目前，多储层排采中通常采用各储层逐次产气的方式，造成上部储层产气时下部储层不产气，下部储层需要等待液面降低至相应深度才产气。但下部储层产气时有可能液面降低过多导致上部储层被压实，最终导致难以做到多个储层同时产气，而且此种开采方式由于只有一个产气通道，下部储层产气时上部储层可能还有气体产出，同时上部储层产气时下部也可能会有少量气体产出，各储层的产气混合在一起，所以难以完全区分气体来源，也就无法对储层产气能力做准确评价。

现有技术中的多储层排采装置及方法存在以下缺陷：泵筒为整体结构，无法根据上下储层产水的差异进行调整和更换，会出现下部储层已经无水可抽，上部储层抽出的水还很多的情况；由于受到结构限制，存在下部储层产气通道不畅、产气无法单独计量的弊端，几乎无法实现两个/多个储层同时或者接近同时产气，上部储层动液面需要等待下部储层的动液面降低后才能发生降低，无法通过降低或提高上部储层动液面的位置高度来调整排采，导致排采效率低、排采时间长，无法提高排采后期的储层气井产气量；由于无法实现多储层产气的分别计量，影响了对储层产气效果的分析和判断，导致难以实现精细化排采。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供一种多源煤系气分层控压单独计量排采装置及方法，以解决现有技术中无法实现多储层气井分层控压排采的技术问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种多源煤系气分层控压单独计量排采装置，所述装置包括置于钻孔内并沟通上部储层与下部储层的生产套管，所述生产套管内设置有油管，所述油管下端通过桥式接头连接一级柱塞泵，所述桥式接头的下方紧贴生产套管内壁设置有封隔器；

所述油管内设置有空心抽油杆和二级柱塞泵，所述空心抽油杆通过设置在二级柱塞泵内的第二空心柱塞与设置在一级柱塞泵内的第一空心柱塞连通，所述空心抽油杆、第二空心柱塞、第一空心柱塞和空心抽油杆形成下部储层排水通道；

所述桥式接头上设置有进水通道，所述进水通道通过第二空心柱塞连通油管，形成上部储层排水通道；

所述生产套管与油管之间的环空形成上部储层出气通道，所述上部储层出气通道与设置在生产套管上端侧壁上的上部储层出气口连通；

所述封隔器的内壁与一级柱塞泵泵筒之间形成第一气流通道，所述第一气流通道与设置在桥式接头内部的第二气流通道，以及设置在油管与二级柱塞泵泵筒之间的第三气流通道连通，形成下部储层出气通道，所述下部储层出气通道与开设在油管上端侧壁上的下部储层出气口连通。

本发明还具有以下技术特征：

更进一步的，所述进水通道的出液口设置在桥式接头的侧壁上，所述进水通道的进液口设置在桥式接头的底端，且所述进液口处设置有第一进液阀。

更进一步的，所述第二空心柱塞底端设置有第二进液阀。

更进一步的，所述上部储层出气口上连接有上部储层出气管道，上部储层出气管道上设置有上部储层气体流量计。

更进一步的，所述下部储层出气口上连接有下部储层出气管道，下部储层出气管道上设置有下部储层气体流量计。

更进一步的，所述油管的底端位于下部储层与上部储层之间。

更进一步的，所述空心抽油杆的外径为36mm，内径为24mm。

更进一步的，所述一级柱塞泵的泵筒内径小于二级柱塞泵的泵筒内径。

一种多源煤系气分层控压单独计量排采方法，该方法通过如上所述的多源煤系气分层控压单独计量排采装置实现，包括以下步骤：

步骤1、根据测井数据确定封隔器的布设位置；

步骤2、在生产套管内依次下入一级柱塞泵、桥式接头和二级柱塞泵，紧贴生产套管内壁设置封隔器，分隔生产套管与油管之间的上部储层产气排水空间和生产套管与一级柱塞泵之间的下部储层产气排水空间，然后完成封隔器坐封；

步骤3、下入第一空心柱塞、第二空心柱塞、空心抽油杆，空心抽油杆触底后上提防冲距；

步骤4、安装井口密封，完成储层气排采。

更进一步的，步骤3所述的防冲距为0.5~2米。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

（1）与现有技术相比，本发明装置设置了一级柱塞泵和二级柱塞泵，且一级柱塞泵和二级柱塞泵通过桥式接头连接，在作业过程中可根据排采要求，对一级柱塞泵或二级柱塞泵进行局部更换，维护和更换相对简单，从而解决了泵筒整体更换费用高的问题；通过设置封隔器有效分隔上部储层和下部储层，实现了双液面/双储层压力排采；封隔器与生产套管配合将井筒分割为上部井筒和下部井筒两个独立的单元，消除了因上部储层出水量较大，上部储层产出的水向下流动导致下部储层无法产气情况。同时可通过调整封隔器坐封位置，实现上部储层和下部储层几乎同时产气。

（2）本发明装置通过桥式接头连接一级柱塞泵和二级柱塞泵，并通过桥式接头和封隔器的内部产气通道设置，实现了上下储层产出气体的单独排采及计量，为储层产能评价及精细化排采提供数据。

（3）本发明装置结构简单，极大提高了多储层储层气井的排采效率，提高了企业的经济效益。

（4）本发明方法根据测井数据确定封隔器的设置位置，在装置的装配过程中，利用封隔器将生产套管与油管之间的上部储层产气排水空间和生产套管与一级柱塞泵之间的下部储层产气排水空间隔开，最终实现了双液面/双储层压力排采，实现了上下储层产出气体的单独排采及计量。

附图说明

图1为本发明的排采装置结构示意图；

图2为桥式接头的俯视图：

图3为实施例2中的试验井的储层产气计量图；

图4为实施例3中的试验井的储层产气计量图；

图5为对比例1中的试验井的储层产气计量图。

附图标记含义：1-生产套管，2-油管，3-桥式接头，4-一级柱塞泵，5-封隔器，6-空心抽油杆，7-二级柱塞泵，8-上部储层出气口，9-下部储层出气口，10-第一气流通道，11-第二气流通道，12-第三气流通道；31-进水通道，32-第一进液阀；41-第一空心柱塞；71-第二空心柱塞，81-上部储层出气管道，82-上部储层气体流量计；91-下部储层出气管道，92-下部储层气体流量计；311-进液口，312-出液口；711-第二进液阀。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

多源煤系气：在成煤过程中形成的储存于页岩、砂岩、储层等储层内的天然气，主要成分是甲烷。

分层控压：是指通过封隔器等井下工具隔断各储层间的水力联系，使得不同储层在排采过程中全时段或部分时段处于不同的压力环境下。

防冲距：防止螺杆泵运转过程中抽油杆与螺杆泵底部接触、冲撞而导致损坏的距离。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种多源煤系气分层控压单独计量排采装置，装置包括置于钻孔内并沟通上部储层与下部储层的生产套管1，生产套管1还用于防止井壁坍塌，在生产套管1下入井内后固井，然后采用射孔设备在与储层对应的位置上射孔，从而建立生产套管1与上部储层/下部储层之间的联系。

生产套管1内设置有油管2，油管2下端通过桥式接头3连接一级柱塞泵4，桥式接头3的下方紧贴生产套管1内壁设置有封隔器5，封隔器5用于将生产套管1与油管2之间的上部储层产气排水空间和生产套管1与一级柱塞泵4之间的下部储层产气排水空间隔开；

油管2内设置有空心抽油杆6和二级柱塞泵7，空心抽油杆6通过设置在二级柱塞泵7内的第二空心柱塞71与设置在一级柱塞泵4内的第一空心柱塞41连通，空心抽油杆6、第二空心柱塞71、第一空心柱塞41和空心抽油杆6形成下部储层排水通道；桥式接头3上设置有进水通道31，进水通道31通过第二空心柱塞71连通油管2，形成上部储层排水通道；

由于油管2中设置了空心抽油杆6，空心抽油杆6的外径可以达到48mm，内径可以达到36mm，空心抽油杆6作为排水通道的组成部分，由于内径大，因此大大提高了排水通道内水的流速，从而可以有效减少煤粉在油管2、泵筒等管柱内的沉降，降低了卡泵的概率。同时，一级柱塞泵4与二级柱塞泵7的组合使用可为上部储层和下部储层的储层气开采排水提供足够的动能，确保水气可以排出。

生产套管1与油管2之间的环空形成上部储层出气通道，上部储层出气通道与设置在生产套管1上端侧壁上的上部储层出气口8连通；在施工作业中，在生产套管1侧壁对应上部储层的位置上射孔，沟通生产套管1与储层。

封隔器5的内壁与一级柱塞泵4泵筒之间形成第一气流通道10，第一气流通道10与设置在桥式接头3内部的第二气流通道11，以及设置在油管2与二级柱塞泵7泵筒之间的第三气流通道12连通，形成下部储层出气通道，下部储层出气通道与开设在油管2上端侧壁上的下部储层出气口9连通。

作为本实施例的一种优选方案，进水通道31的出液口312设置在桥式接头3的侧壁上，所述进水通道的进液口311设置在桥式接头的底端，且所述进液口311处设置有第一进液阀32。第一进液阀32用于调整进液流量。

作为本实施例的一种优选方案，第二空心柱塞71底端设置有第二进液阀711，第二进液阀711用于调整进液流量。

作为本实施例的一种优选方案，上部储层出气口8上连接有上部储层出气管道81，上部储层出气管道81上设置有上部储层气体流量计82，上部储层气体流量计82用于计量上部储层的出气量。

作为本实施例的一种优选方案，下部储层出气口9上连接有下部储层出气管道91，下部储层出气管道91上设置有下部储层气体流量计92，下部储层气体流量计92用于计量下部储层的出气量。

作为本实施例的一种优选方案，油管2的底端位于下部储层与上部储层之间。

作为本实施例的一种优选方案，空心抽油杆6的外径为36mm，内径为24mm。

作为本实施例的一种优选方案，一级柱塞泵4的泵筒内径小于二级柱塞泵7的泵筒内径。本实施例中一级柱塞泵4泵筒内径为38mm，二级柱塞泵7的泵筒内径为44mm，以确保二级柱塞泵7的排水能力大于一级柱塞泵4的排水能力，即二级柱塞泵7的排水流量大于一级柱塞泵4的排水流量。在排采过程中，上部储层的产出液量高于下部储层的产出液量。可以根据下部储层液面降低速度来调整装置的运行速度，在上部液面降低过快时，通过井口回注方式调整上部液面降幅。在对上下储层产气能力接近的井排采作业时，可以将二级柱塞泵7更换为φ38mm柱塞泵。

本装置的使用过程如下：

（1）收集和整理已经完成下套管、固井及射孔、压裂施工的生产井的测井数据，根据测井数据确定封隔器5的布设位置；在下入包括丝堵、沉砂管、筛管在内的井下设备后，依次下入一级柱塞泵4的泵筒、封隔器5、桥式接头3和油管2，之后封隔器5坐封于设定位置；

（2）下入第一空心柱塞41、第二空心柱塞71、空心抽油杆6，触底后上提防冲距0.5m，安装井口密封、压力计密封和产水、产气管线。

本装置的排采过程如下：

开始排采后，上部储层产出的水进入生产套管1、油管2和封隔器5组成的空间内，经由桥式接头3进液口311进入二级柱塞泵7的泵筒、第二空心柱塞71，经由空心抽油杆6产出至地面。

下部储层产出的水进入生产套管1内，经由一级柱塞泵4的泵筒、第一空心柱塞41、第二空心柱塞71、空心抽油杆6产出至地面。

随着井筒上部液面的降低，上部储层产出的气体进入生产套管1与油管2之间的环空后，向上运移至上部储层出气口8，进入上部储层出气管道81，借助上部储层气体流量计82完成计量。

下部储层产出气体进入生产套管1与封隔器5组成的产气空间后，经由桥式接头3的产气通道、二级柱塞泵7的泵筒与油管2之间的环空、空心抽油杆6与油管2间的环空，进入下部储层出气管道91，借助下部储层气体流量计92完成计量。

实施例2

如图3所示，本实施例公开了陕西铜川附近的试验井进行的开采试验，该试验井的上部储层为3储层，下部储层为4-2储层，上下两个储层的厚度、含气量等数据基本一致，3煤层和4-2煤层的顶板均为砂质泥岩，呈破碎状且可钻性差，经测井得到以下参数：3储层的埋深为463m，储层压力为0.8MPa，临界解吸压力为0.6MPa；4-2储层的埋深为537m，储层压力为0.9MPa，临界解吸压力为0.3MPa，且4-2储层在流体压力接近0.3MPa时才可能解吸产气，储层含气量较高，井下抽放时间长，严重威胁储层安全生产和矿井煤炭生产的接续。

本实施例中提供一种多源煤系气分层控压单独计量排采方法，该方法通过实施例1提供的多源煤系气分层控压单独计量排采装置实现，包括以下步骤：

步骤1、根据测井数据确定封隔器的布设位置；

根据煤储层间距和施工作业的煤沉砂要求，3储层解吸时的液面高度为60m，对应的流体压力0.6MPa，4-2储层解吸时的液面高度是30m，对应的流体压力0.3MPa。为使3储层和4-2储层同时产气，3储层的液面高度从80m降至60米时，3储层开始解吸产气，4-2储层液面高度从52m下降20m后开始产气，由于3储层埋深为463m，所以将封隔器坐封位置设定在井深485m附近，以保证上下储层液面同速度降低的情况下，实现3储层和4-2储层同时产气。

步骤2、在生产套管内依次下入一级柱塞泵4、桥式接头3和二级柱塞泵7，紧贴生产套管内壁设置封隔器5，分隔生产套管1与油管2之间的上部储层产气排水空间和生产套管1与一级柱塞泵4之间的下部储层产气排水空间，然后完成封隔器5坐封；

步骤3、下入第一空心柱塞、第二空心柱塞、空心抽油杆，触底后上提防冲距，在本实施例中，防冲距为1米。

步骤4、安装井口密封，完成储层气排采。

在开采过程中，3储层稳定日产气量为1300m³，4-2储层稳定日产气量为530m³，表明井下产气通道顺畅。

实施例3

本实施例中，采用实施例1的装置甘肃海石湾井田进行了开采试验，该井的产气层为煤二层和油页岩层。如图4所示，从产气效果分析，采用本发明公开的多源煤系气分层控压单独计量装置开采，在排采装置稳定运行后，煤二层的稳定日产气量可达1000m³，油页岩层的稳定日产气量可达790m³，且下部储层产气通道通畅。

对比例1

本对比例中，采用现有的采气设备在实施例2的陕西铜川附近的试验井进行了对比试验。储层产气计量结果如图5所示，由于现有设备中连通管的内径受井筒限制，最大内径仅为13mm，导致开采过程中，产出的储层气含水量较高、产气不畅，4-2储层最高日产气不到120m³，远低于实施例2所达到的稳定日产气量。

综上所述，与现有技术相比，本发明装置设置了一级柱塞泵4和二级柱塞泵7，且一级柱塞泵4和二级柱塞泵7通过桥式接头3连接，可以为上部储层和下部储层所含的储层气的开采过程中的排水提供足够的动能，确保水气可以排出；同时由于封隔器5的存在，有效的避免了单一井筒时上部储层产水过大，液面无法降低导致上部、下部储层均无法产气的后果。

在作业过程中可根据排采要求对二级柱塞泵7进行更换，从而使得设备维修更换更加方便和经济；通过设置封隔器5将井筒内上部储层和下部储层封隔开来，通过桥式接头3实现下部储层气体和上部储层水的产出，借助一级柱塞泵4和二级柱塞泵7实现上部储层和下部储层同时产水，实现了井筒内的压力分区、双液面/双储层压力排采，通过调整排采设备运转频率和井口补液，确保在储层产气最大化的排采模式下，提高产气效果。

本发明装置通过油管内部管柱的结构优化，实现了上部储层和下部储层产出气体的单独计量，为储层产能评价及精细化排采提供了数据，具有很高的推广使用价值。

上述实施过程仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。

Claims (9)

1.一种多源煤系气分层控压单独计量排采装置，所述装置包括置于钻孔内并沟通上部储层与下部储层的生产套管（1），所述生产套管（1）内设置有油管（2），所述油管（2）下端通过桥式接头（3）连接一级柱塞泵（4），其特征在于，所述桥式接头（3）的下方紧贴生产套管（1）内壁设置有封隔器（5）；

所述油管（2）内设置有空心抽油杆（6）和二级柱塞泵（7），所述空心抽油杆（6）通过设置在二级柱塞泵（7）内的第二空心柱塞（71）与设置在一级柱塞泵（4）内的第一空心柱塞（41）连通，所述空心抽油杆（6）、第二空心柱塞（71）和第一空心柱塞（41）形成下部储层排水通道；

所述桥式接头（3）上设置有进水通道（31），所述进水通道（31）通过第二空心柱塞（71）连通油管（2），形成上部储层排水通道；

所述生产套管（1）与油管（2）之间的环空形成上部储层出气通道，所述上部储层出气通道与设置在生产套管（1）上端侧壁上的上部储层出气口（8）连通；

所述封隔器（5）的内壁与一级柱塞泵（4）泵筒之间形成第一气流通道（10），所述第一气流通道（10）与设置在桥式接头（3）内部的第二气流通道（11），以及设置在油管（2）与二级柱塞泵（7）泵筒之间的第三气流通道（12）连通，形成下部储层出气通道，所述下部储层出气通道与开设在油管（2）上端侧壁上的下部储层出气口（9）连通；

所述进水通道（31）的出液口（312）设置在桥式接头（3）的侧壁上，所述进水通道的进液口（311）设置在桥式接头的底端，且所述进液口（311）处设置有第一进液阀（32）。

2.如权利要求1所述的多源煤系气分层控压单独计量排采装置，其特征在于，所述第二空心柱塞（71）底端设置有第二进液阀（711）。

3.如权利要求1所述的多源煤系气分层控压单独计量排采装置，其特征在于，所述上部储层出气口（8）上连接有上部储层出气管道（81），所述上部储层出气管道（81）上设置有上部储层气体流量计（82）。

4.如权利要求1所述的多源煤系气分层控压单独计量排采装置，其特征在于，所述下部储层出气口（9）上连接有下部储层出气管道（91），所述下部储层出气管道（91）上设置有下部储层气体流量计（92）。

5.如权利要求1所述的多源煤系气分层控压单独计量排采装置，其特征在于，所述油管（2）的底端位于下部储层与上部储层之间。

6.如权利要求1所述的多源煤系气分层控压单独计量排采装置，其特征在于，所述空心抽油杆（6）的外径为36mm，内径为24mm。

7.如权利要求1所述的多源煤系气分层控压单独计量排采装置，其特征在于，所述一级柱塞泵（4）的泵筒内径小于二级柱塞泵（7）的泵筒内径。

8.一种多源煤系气分层控压单独计量排采方法，其特征在于，该方法通过权利要求1至7中任意一项权利要求所述的多源煤系气分层控压单独计量排采装置实现，包括以下步骤：

步骤1、根据测井数据确定封隔器（5）的布设位置；

步骤2、在生产套管（1）内依次下入一级柱塞泵（4）、桥式接头（3）和二级柱塞泵（7），紧贴生产套管（1）内壁设置封隔器（5），分隔生产套管（1）与油管（2）之间的上部储层产气排水空间和生产套管（1）与一级柱塞泵（4）之间的下部储层产气排水空间，然后完成封隔器（5）坐封；

步骤3、下入第一空心柱塞（41）、第二空心柱塞（71）、空心抽油杆（6），空心抽油杆（6）触底后上提防冲距；

步骤4、安装井口密封，完成储层气排采。

9.如权利要求8所述的多源煤系气分层控压单独计量排采方法，其特征在于，步骤3所述的防冲距为0.5~2米。

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