CN205445578U - 一种用于煤层气井的重力偏心气锚 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于煤层气井的重力偏心气锚，属于煤层气开采领域。该重力偏心气锚中，上接头、外筛管、下接头顺次连接，第一滚针轴承和第二滚针轴承将内中心管可转动地固定在上接头和下接头之间，并在外筛管与内中心管之间形成环空，上扇形偏心块和下扇形偏心块分别套装在内中心管上部和下部的外壁上。外筛管上部侧壁上设有多个沿径向呈圆形分布的外进液孔，内中心管下部侧壁上设置有多个沿径向呈弧形分布的内进液孔，且上扇形偏心块、下扇形偏心块、内进液孔均位于内中心管的同侧，以使两个扇形偏心块带动内中心管向下旋转，使内中心管上的内进液孔始终朝下。该重力偏心气锚可用于斜度大于70°的煤层气井段、并有效阻止煤层气进入管式泵。

Description

一种用于煤层气井的重力偏心气锚

技术领域

本实用新型涉及煤层气开采领域，特别涉及一种用于煤层气井的重力偏心气锚。

背景技术

煤层气井中煤层气的开采通常使用排水采气法，该方法通过管式泵将煤层气井中的水抽出，从而降低煤层气井中的气压，使吸附在原煤表面的煤层气解吸出来，以便于人们进行收集和利用。而用管式泵抽取煤层气井中的水时，煤层气也混在其中，从而使抽管式泵的抽取效率下降，甚至造成气锁等故障。所以，需要在煤层气井中的水进入管式泵之前对其进行除气处理，以保证管式泵的安全、高效运行。因此，提供一种能够防止煤层气进入管式泵的装置是十分必要的。

现有技术提供了一种重力式气锚，包括：上接头、外筒体、内筒体和下接头。外筒体套装在内筒体外侧，并与上接头和下接头连接，使外筒体与内筒体之间形成环空。外筒体上部设置有排气孔，下部设有外进液孔，内筒体下部设有内进液孔。煤层气井中的气液混合物通过外进液孔进入环空中，由于气体的密度小于液体的密度，在重力的作用下，气液混合物中的气泡向上运动，聚集成更大的气泡后从排气孔中排出，而不含气体的液体则从内进液孔进入内筒体，并通过管式泵抽至地面，从而避免煤层气进入管式泵，保证了管式泵的工作效率和施工安全。

设计人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术提供的重力式气锚只适用于竖直井段或斜度小于70°的井段(斜度指的是井段与竖直直线之间的夹角)，对于斜度大于70°或水平井段，由于气液分离路径过短，重力式气锚无法将气液混合物中的煤层气分离出去，难以阻止煤层气进入管式泵。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种能够适用于斜度大于70°或水平的煤层气井段、且能够有效阻止煤层气进入管式泵的用于煤层气井的重力偏心气锚，具体技术方案如下：

一种用于煤层气井的重力偏心气锚，该重力偏心气锚包括：上接头、外筛管、下接头、内中心管、第一滚针轴承、第二滚针轴承、上扇形偏心块和下扇形偏心块。

所述上接头、所述外筛管、所述下接头顺次连接，所述第一滚针轴承内嵌在所述上接头内腔的下端，通过所述第一滚针轴承将所述内中心管的上端可转动地固定在所述上接头内，并与所述上接头的内腔连通。所述第二滚针轴承内嵌在所述下接头内腔的上端，通过所述第二滚针轴承将所述内中心管的下端可转动地固定在所述下接头内，并与所述下接头的内腔连通。所述上扇形偏心块套装在所述内中心管上部外壁上，所述下扇形偏心块套装在所述内中心管下部外壁上。

所述外筛管上部的侧壁上设置有多个外进液孔，多个所述外进液孔沿所述外筛管的轴向呈直线分布，沿所述外筛管的径向呈圆形分布。所述内中心管下部的侧壁上设置有多个内进液孔，多个所述内进液孔沿所述内中心管的轴向呈直线分布，沿所述内中心管的径向呈弧形分布，且所述外进液孔位于所述内进液孔的上游。最下端的所述外进液孔与最上端的所述内进液孔之间的距离大于等于60mm。由所述内进液孔构成的弧形的弧长小于所述上扇形偏心块和所述下扇形偏心块的内侧弧长，且所述上扇形偏心块、所述下扇形偏心块、所述内进液孔均位于所述内中心管的同侧。

具体地，作为优选，所述外进液孔和所述内进液孔均可为圆形孔或弧形割缝，所述圆形孔的直径为3-10mm，所述弧形割缝的弧长为80-120mm，宽度为0.5-2mm。

具体地，作为优选，所述上接头的顶端与所述下接头的底端之间的距离为1.0-2.0m。

具体地，作为优选，所述外筛管的外径为76-104mm，内径为62-89mm。

具体地，作为优选，由8-12个均匀分布的所述外进液孔在所述外筛管侧壁上构成一圈圆形结构，相邻两个所述外进液孔之间的轴向距离为8-12mm，最上端的所述外进液孔与所述上接头的底端之间的距离为85-95mm。

具体地，作为优选，所述内中心管的外径为35-45mm，内径为25-35mm。

具体地，作为优选，由3-5个均匀分布的所述内进液孔在所述内中心管侧壁上构成弧形结构，所述弧形结构的中心线与所述上扇形偏心块和所述下扇形偏心块的中心线相重合。相邻两个所述内进液孔之间的径向夹角为28°-32°，轴向距离为8-12mm，最下端的所述内进液孔与所述下接头的顶端之间的距离为85-95mm。

具体地，作为优选，所述上扇形偏心块与所述下接头的顶端之间的距离为45-55mm，所述下扇形偏心块与所述上接头的底端之间的距离为45-55mm。

具体地，作为优选，所述上扇形偏心块和所述下扇形偏心块的外径均为69-74mm，内径均为35-40mm，中心角均为115°-125°，厚度均为35-40mm。

具体地，作为优选，所述上接头的外侧壁下部设置有第一外螺纹，所述外筛管的内壁上部设置有与所述第一外螺纹相配合的第一内螺纹，以使所述上接头与所述外筛管螺纹连接。所述下接头的外侧壁上部设置有第二外螺纹，所述外筛管的内壁下部设置有与所述第二外螺纹相配合的第二内螺纹，以使所述下接头与所述外筛管螺纹连接。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例提供的用于煤层气井的重力偏心气锚，通过在外筛管上沿圆周和轴向设置多个外进液孔，在内中心管的一侧上设置多个内进液孔，并通过在内中心管侧壁的上部和下部分别设置上扇形偏心块和下扇形偏心块，以使两个扇形偏心块带动内中心管旋转，使有内进液孔分布的区域始终朝下。从而在该重力偏心气锚处于斜度大于70°或水平的煤层气井段时，使煤层气井中的气液混合物从外筛管底部的外进液孔流入外筛管与内中心管之间的环空，利用环空的竖直距离和气液密度的差异，使密度较小的煤层气从外筛管顶部的外进液孔流出，延长了气液分离的距离，使密度较大的液体由内进液孔进入内中心管，保证被抽入管式泵的液体中不含煤层气，使管式泵能够正常工作。可见，本实用新型实施例提供的用于煤层气井的重力偏心气锚，能够适用于斜度大于70°或水平的煤层气井段、并能够有效阻止煤层气进入管式泵，且操作简便，便于规模化推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的用于煤层气井的重力偏心气锚结构示意图；

图2是本实用新型又一实施例提供的用于煤层气井的重力偏心气锚的径向截面示意图。

附图标记分别表示：

1上接头，

2外筛管，

201外进液孔，

3下接头，

4内中心管，

401内进液孔，

5第一滚针轴承，

6第二滚针轴承，

7上扇形偏心块，

8下扇形偏心块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

如附图1所示，本实用新型实施例提供了一种用于煤层气井的重力偏心气锚，该重力偏心气锚包括：上接头1、外筛管2、下接头3、内中心管4、第一滚针轴承5、第二滚针轴承6、上扇形偏心块7和下扇形偏心块8。其中，上接头1、外筛管2、下接头3顺次连接，第一滚针轴承5内嵌在上接头1内腔的下端，通过第一滚针轴承5将内中心管4的上端可转动地固定在上接头1内，并与上接头1的内腔连通；第二滚针轴承6内嵌在下接头3内腔的上端，通过第二滚针轴承6将内中心管4的下端可转动地固定在下接头3内，并与下接头3的内腔连通；上扇形偏心块7套装在内中心管4上部外壁上，下扇形偏心块8套装在内中心管4下部外壁上。

外筛管2上部的侧壁上设置有多个外进液孔201，多个外进液孔201沿外筛管2的轴向呈直线分布，沿外筛管2的径向呈圆形分布；内中心管4下部的侧壁上设置有多个内进液孔401，多个内进液孔401沿内中心管4的轴向呈直线分布，沿内中心管4的径向呈弧形分布，且外进液孔201位于内进液孔401的上游；最下端的外进液孔201与最上端的内进液孔401之间的距离大于等于60mm；由内进液孔401构成的弧形的弧长小于上扇形偏心块7和下扇形偏心块8的内侧弧长，且上扇形偏心块7、下扇形偏心块8、内进液孔401均位于内中心管4的同侧。

本实用新型实施例提供的用于煤层气井的重力偏心气锚，通过在外筛管2上沿圆周和轴向设置多个外进液孔201，在内中心管4的一侧上设置多个内进液孔401，并通过在内中心管4侧壁的上部和下部分别设置上扇形偏心块7和下扇形偏心块8，以使两个扇形偏心块带动内中心管4旋转，使有内进液孔401分布的区域始终朝下。从而在该重力偏心气锚处于斜度大于70°或水平的煤层气井段时，使煤层气井中的气液混合物从外筛管2底部的外进液孔201流入外筛管2与内中心管4之间的环空，利用环空的竖直距离和气液密度的差异，使密度较小的煤层气从外筛管2顶部的外进液孔201流出，延长了气液分离的距离，使密度较大的液体由内进液孔401进入内中心管4，保证被抽入管式泵的液体中不含煤层气，使管式泵能够正常工作。可见，本实用新型实施例提供的用于煤层气井的重力偏心气锚，能够适用于斜度大于70°或水平的煤层气井段、并能够有效阻止煤层气进入管式泵，且操作简便，便于规模化推广应用。

具体地，外进液孔201和内进液孔401均可根据需要设置为圆形孔或弧形割缝，圆形孔的直径为3-10mm，例如为3mm、6mm、10mm等，弧形割缝的弧长为80-120mm，例如为80mm、95mm、110mm、120mm等，宽度为0.5-2mm，例如为0.5mm、1.3mm、2mm等。对内进液孔401和外进液孔201的大小进行限定，不仅能够使液体和气体顺畅地进出，而且能有效防止煤灰煤粉等杂质进入管式泵，保证管式泵的正常运行，降低管式泵的故障率，延长检泵周期。

具体地，本实用新型实施例提供的用于煤层气井的重力偏心气锚的整体长度，即上接头1的顶端与下接头3的底端之间的距离为1.0-2.0m，例如为1.0m、1.5m、2.0m等。上接头1内腔的上部设有内螺纹，以与油管接头或者管式泵的管线螺纹连接。下接头3内腔的下部也设有内螺纹，以与井下其他工具螺纹连接。因此，该重力偏心气锚的长度可以根据煤层气井的深度或所连接工具的不同来进行选择。同时，多个用于煤层气井的重力偏心气锚还可以连接使用，以适应不同深度和斜度的煤层气井。

具体地，外筛管2的外径为76-104mm，例如为76mm、80mm、90mm、104mm等，内径为62-89mm，例如为62mm、75mm、89mm等；内中心管4的外径为35-45mm，例如为35mm、40mm、45mm等，内径为25-35mm，例如为25mm、30mm、35mm等。通过对外筛管2和内中心管4的外径和内径进行限定，从而使外筛管2和内中心管4之间形成大小合适的环空，更有效地实现煤层气中气液混合物的分离。由于该用于煤层气井的重力偏心气锚设置在套管内，并与油管相连接，如果环空过大，比如外筛管2外径过大，则容易造成外筛管2无法下入套管中，或造成外筛管2磕碰套管而产生变形，影响外筛管2的正常使用；或者内中心管4的内径过小，从而使内中心管4中液体过少，导致进入管式泵的液体量也过少，影响管式泵的正常出液。而如果环空过小，则气液混合物的气液分离不够充分，无法阻止煤层气进入管式泵，而使管式泵出现气锁等故障。因此，为外筛管2和内中心管4选择合适的外径和内径，对整个用于煤层气井的重力偏心气锚的高效运行有着重要的作用。

具体地，外进液孔201在外筛管2侧壁上构成一圈圆形结构，即外筛管2上分布有外进液孔201的区域的径向横截面上，沿径向横截面的圆周均匀分布有8-12个外进液孔201。相邻两个外进液孔201之间的轴向距离为8-12mm，例如为8mm、10mm、12mm等，最上端的外进液孔201与上接头1的底端之间的距离为85-95mm，例如为85mm、90mm、95mm等。外筛管2径向横截面上外进液孔201分布的个数，以及相邻两个外进液孔201之间的轴向距离均可根据用于煤层气井的重力偏心气锚的整体长度进行调整。例如，在外筛管2侧壁上，沿外壁设置5圈由外进液孔201构成的圆形结构，且每圈圆形结构包括10个外进液孔201。上述5圈圆形结构从外筛管2的前端至其后端可以命名为第一圈圆形结构、第二圈圆形结构、第三圈圆形结构、第四圈圆形结构、第五圈圆形结构。每相邻两圈圆形结构之间的轴向距离为10mm，第一圈圆形结构与上接头1底端之间的轴向距离为90mm，以使煤层气井中的气液混合物能充分进入环空中，并使煤层气从水平放置或斜度大于70°的外筛管2顶部的外进液孔201流出。

具体地，3-5个均匀分布的内进液孔401在内中心管4侧壁上构成弧形结构，弧形结构的中心线与上扇形偏心块7和下扇形偏心块8的中心线相重合。图2为本实用新型实施例提供的用于煤层气井的重力偏心气锚的径向截面示意图，其中，相邻两个内进液孔401之间的径向夹角为28°-32°，轴向距离为8-12mm，例如为8mm、10mm、12mm等，最下端的内进液孔401与下接头3的顶端之间的距离为85-95mm，例如为85mm、90mm、95mm等。例如，在内中心管4侧壁上，沿外壁的轴向设置5道由内进液孔401构成的弧形结构，且每道弧形结构包括3个内进液孔401。上述5道弧形结构从内中心管4的前端至其后端可以命名为第一道弧形结构、第二道弧形结构、第三道弧形结构、第四道弧形结构、第五道弧形结构，每道弧中的3个进液孔之间的径向夹角为28°-32°，相邻两道弧形结构之间的轴向距离为10mm，第五道弧形结构与下接头3顶端的距离为90mm。同时，基于上述，可以理解的是，本实用新型实施例所述的“最下端的外进液孔201与最上端的内进液孔401之间的距离大于等于60mm”可以举例说明如下：即第一道弧形结构中的内进液孔401与第五圈圆形结构中的外进液孔201之间的轴向距离大于等于60mm，以使弧形结构上的内进液孔401与圆形结构上的外进液孔201相错开，给气液混合物以足够的气液分离空间和距离，避免未分离出的煤层气进入中心管，保证管式泵的正常运行。

具体地，上扇形偏心块7与下接头3的顶端之间的距离为45-55mm，例如为45mm、50mm、55mm等，下扇形偏心块8与上接头1的底端之间的距离为45-55mm。将上扇形偏心块7和下扇形偏心块8设置在内中心管4接近两端的位置，以使这两个扇形偏心块容易带动内中心管4旋转，同时，外进液孔201和内进液孔401均最好位于上扇形偏心块7和下扇形偏心块8之间，以使这两个扇形偏心块与内进液孔401和外进液孔201在轴向的位置相错开，防止扇形偏心块将内进液孔401或外进液孔201挡住，导致整个重力偏心气锚中液体流动不畅。更详细地，上扇形偏心块7和下扇形偏心块8的外径均为69-74mm，例如为69mm、71mm、74mm等，内径均为35-40mm，例如为35mm、38mm、40mm等，中心角均为115°-125°，例如为115°、120°、125°等，厚度均为35-40mm，例如为35mm、40mm、45mm等，以使这两个扇形偏心块带动内中心管4旋转后，内进液孔401始终处于朝下的位置，使不含煤层气的液体进入内中心管4，实现气液分离。

具体地，上接头1的外侧壁下部设置有第一外螺纹，外筛管2的内壁上部设置有与第一外螺纹相配合的第一内螺纹，以使上接头1与外筛管2螺纹连接。下接头3的外侧壁上部设置有第二外螺纹，外筛管2的内壁下部设置有与第二外螺纹相配合的第二内螺纹，以使下接头3与外筛管2螺纹连接。上接头1和下接头3与外筛管2之间均采用螺纹连接，以使它们之间的拆卸方便，便于对外筛管2内部和内中心管4外部的清洗和维护，延长该用于煤层气井的重力偏心气锚的使用寿命。

本实用新型实施例提供的用于煤层气井的重力偏心气锚，可以用于任何角度的煤层气井段套管中，尤其是处于斜度大于70°或水平的煤层气井段套管中，其性能更加优异。该重力偏心气锚的上接头1连接油管或管式泵，下接头3连接其他井下工具。煤层气井中的气液混合物由外筛管2底部的外进液孔201，进入外筛管2与内中心管4之间的环空中进行气液分离。气液混合物中密度较小的煤层气从外筛管2顶部的外进液孔201流出，进入并暂时储存在油管与套管的环空中，需要放气时可以通过套管阀门对煤层气进行收集和利用。内中心管4在上扇形偏心块7和下扇形偏心块8的带动下转动，使得内中心管4上的内进液孔401始终朝向外筛管2的底部，从而使气液混合物中密度较大的液体通过内进液孔401流入内中心管4中，通过管式泵抽走，处理达标后外排或统一处理，从而实现煤层气井气液混合物更精准的分离，保证管式泵不受气锁等故障的影响。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于煤层气井的重力偏心气锚，其特征在于，所述重力偏心气锚包括：上接头、外筛管、下接头、内中心管、第一滚针轴承、第二滚针轴承、上扇形偏心块和下扇形偏心块；

所述上接头、所述外筛管、所述下接头顺次连接，所述第一滚针轴承内嵌在所述上接头内腔的下端，通过所述第一滚针轴承将所述内中心管的上端可转动地固定在所述上接头内，并与所述上接头的内腔连通；所述第二滚针轴承内嵌在所述下接头内腔的上端，通过所述第二滚针轴承将所述内中心管的下端可转动地固定在所述下接头内，并与所述下接头的内腔连通；所述上扇形偏心块套装在所述内中心管上部外壁上，所述下扇形偏心块套装在所述内中心管下部外壁上；

所述外筛管上部的侧壁上设置有多个外进液孔，多个所述外进液孔沿所述外筛管的轴向呈直线分布，沿所述外筛管的径向呈圆形分布；所述内中心管下部的侧壁上设置有多个内进液孔，多个所述内进液孔沿所述内中心管的轴向呈直线分布，沿所述内中心管的径向呈弧形分布，且所述外进液孔位于所述内进液孔的上游；最下端的所述外进液孔与最上端的所述内进液孔之间的距离大于等于60mm；由所述内进液孔构成的弧形的弧长小于所述上扇形偏心块和所述下扇形偏心块的内侧弧长，且所述上扇形偏心块、所述下扇形偏心块、所述内进液孔均位于所述内中心管的同侧。

2.根据权利要求1所述的重力偏心气锚，其特征在于，所述外进液孔和所述内进液孔均可为圆形孔或弧形割缝，所述圆形孔的直径为3-10mm，所述弧形割缝的弧长为80-120mm，宽度为0.5-2mm。

3.根据权利要求1所述的重力偏心气锚，其特征在于，所述上接头的顶端与所述下接头的底端之间的距离为1.0-2.0m。

4.根据权利要求1所述的重力偏心气锚，其特征在于，所述外筛管的外径为76-104mm，内径为62-89mm。

5.根据权利要求1所述的重力偏心气锚，其特征在于，由8-12个均匀分布的所述外进液孔在所述外筛管侧壁上构成一圈圆形结构，相邻两个所述外进液孔之间的轴向距离为8-12mm，最上端的所述外进液孔与所述上接头的底端之间的距离为85-95mm。

6.根据权利要求1所述的重力偏心气锚，其特征在于，所述内中心管的外径为35-45mm，内径为25-35mm。

7.根据权利要求1所述的重力偏心气锚，其特征在于，由3-5个均匀分布的所述内进液孔在所述内中心管侧壁上构成弧形结构，所述弧形结构的中心线与所述上扇形偏心块和所述下扇形偏心块的中心线相重合；相邻两个所述内进液孔之间的径向夹角为28°-32°，轴向距离为8-12mm，最下端的所述内进液孔与所述下接头的顶端之间的距离为85-95mm。

8.根据权利要求1所述的重力偏心气锚，其特征在于，所述上扇形偏心块与所述下接头的顶端之间的距离为45-55mm，所述下扇形偏心块与所述上接头的底端之间的距离为45-55mm。

9.根据权利要求1所述的重力偏心气锚，其特征在于，所述上扇形偏心块和所述下扇形偏心块的外径均为69-74mm，内径均为35-40mm，中心角均为115°-125°，厚度均为35-40mm。

10.根据权利要求1所述的重力偏心气锚，其特征在于，所述上接头的外侧壁下部设置有第一外螺纹，所述外筛管的内壁上部设置有与所述第一外螺纹相配合的第一内螺纹，以使所述上接头与所述外筛管螺纹连接；

所述下接头的外侧壁上部设置有第二外螺纹，所述外筛管的内壁下部设置有与所述第二外螺纹相配合的第二内螺纹，以使所述下接头与所述外筛管螺纹连接。