CN220909644U - 一种l型煤层气水平井捞煤粉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种L型煤层气水平井捞煤粉装置，包括由上至下顺序同轴连通设置的上接头、游动阀、捞砂泵、固定阀、引砂管和砂铲；游动阀包括游动阀罩体，游动阀罩体内下部设置有第一阀座，第一阀座上设置有能够沿游动阀罩体轴向移动的第一阀球，第一阀球上方设置有第一阀球复位装置；固定阀包括固定阀罩体，固定阀罩体内设置有第二阀座，第二阀座上设置有能够沿固定阀罩体轴向移动的第二阀球，第二阀球的上方设置有第二阀球复位装置；砂铲为由下至上开口逐渐缩小的喇叭口状结构。本实用新型的动力油管可直接作为沉砂管，减少了水平段捞砂施工工作量，采用喇叭口型砂铲，可以将井筒底部的砂子、煤粉清理干净，保证后方油管不被卡。

Description

一种L型煤层气水平井捞煤粉装置

技术领域

本实用新型属于煤层气开发技术领域，涉及一种L型煤层气水平井捞煤粉装置。

背景技术

由于赋存有煤层气的煤岩层往往都具有“高储低渗”的特点，所以必须通过水力加砂压裂等手段进行储层改造，而压裂施工又不可避免地会产生大量煤粉、且在近井带容易形成淤砂。排采期间，排液、产气过程又进一步加剧了煤岩层吐压裂砂、吐煤粉和煤颗粒，排采过程中气液携带出的压裂砂、煤粉和煤颗粒等固体颗粒容易在水平井段沉积，随着排采时间的延长，压裂砂、煤粉和煤颗粒最终造成井筒堵塞。同时，不当的排砂清淤措施又常常容易对储层造成二次伤害，从而影响煤层气井的产能和寿命；严重的压裂砂、煤粉和煤颗粒淤积和堵塞甚至会危及排采泵运行安全，导致卡泵、埋泵。

针对L型煤层气水平井，现有排砂清淤措施主要包括水力冲洗井和管式泵机械捞砂。这两种措施主要存在以下缺陷：对于水力冲砂洗井工艺，在洗井过程中洗出的煤粉、砂子通过油管和套管之间的环空返回地面，会造成井底压力增加，导致煤层受到扰动、污染，煤层气井产气量无法提高，甚至还会发生大幅降低。对于管式泵机械捞砂施工：沉砂管位于管式泵和砂铲之间，单次捞砂量受到沉砂管容积限制，当井底沉煤粉或砂量较大时，需要进行多次起下工具作业，工作量大；为保障施工安全，主要将常规管式捞砂泵下至井斜不大于60°的直井段和造斜段，对于水平段较长的水平井捞砂效果差。

综上所述，亟需研发一种适用于煤层气L型水平的排砂清淤装置，以提高L型煤层气水平井的捞砂洗井效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种L型煤层气水平井捞煤粉装置，以解决现有技术中存在的L型煤层气水平井工作量大且捞砂效果差的技术问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案包括：

一种L型煤层气水平井捞煤粉装置，包括由上至下顺序同轴连通设置的上接头、游动阀、捞砂泵、固定阀、引砂管和砂铲；

所述游动阀包括游动阀罩体，所述游动阀罩体内下部设置有第一阀座，所述第一阀座上方设置有能够沿游动阀罩体轴向移动的第一阀球，所述第一阀球顶部连接有第一阀球复位装置；

所述固定阀包括固定阀罩体，所述固定阀罩体内设置有第二阀座，所述第二阀座上设置有能够沿固定阀罩体轴向移动的第二阀球，所述第二阀球的上顶部连接有第二阀球复位装置；

所述第一阀座上开设有第一阀口，所述第二阀座上开设有第二阀口，所述第一阀球能够通过上下移动来开启、封闭第一阀口，所述第二阀球能够通过上下移动来开启、封闭第二阀口；

所述砂铲为由下至上开口逐渐缩小的喇叭口状结构。

本实用新型还具有以下技术特征：

具体的，所述第一阀球复位装置与第二阀球复位装置结构相同，所述第一阀球复位装置包括支撑架，所述支撑架包括一体化连接设置的安装部和连接部，所述安装部的中间开设有安装孔，所述安装孔内穿设有能够沿竖向移动的支撑杆；所述连接部一端与安装部侧壁相连，另一端与游动阀罩体内壁相连；所述支撑杆下端设置有托盘，所述托盘与第一阀球相连；所述支撑杆外套设有弹簧。

更进一步的，当所述第一阀球坐在第一阀座上时，所述支撑架下端面距第一阀座顶面的距离小于所述弹簧的自由高度。

更进一步的，所述上接头的上端连接有动力油管。

更进一步的，所述砂铲的下端沿周向间隔设置有多个铲砂齿。

更进一步的，所述托盘为弹性材质弧形板。

更进一步的，所述捞砂泵包括同轴套装的泵筒和空心活塞杆，所述空心活塞杆的上部与泵筒之间设置有第一滑动密封圈，所述第一滑动密封圈布设在空心活塞杆外周壁上且与泵筒的内周壁相抵。

更进一步的，所述泵筒的下部与空心活塞杆之间设置有第二滑动密封圈，所述第二滑动密封圈布设在泵筒的内周壁上且与空心活塞杆外周壁相抵。

更进一步的，所述泵筒的直径D、空心活塞杆的直径d和水平井的最深位置深度H满足以下关系：

式中，

H为水平井最深位置的垂直深度，单位为m；

ρ为井筒内液体密度，单位为kg/m³；

g为重力加速度，取值9.8N/kg，

G为长度为H的动力油管的重力，单位为N；

D为捞砂泵的泵筒直径，单位为m；

d为捞砂泵的空心活塞杆直径，单位为m。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供的捞煤粉装置上方连接动力油管，动力油管可直接作为沉砂管，无需使用沉砂管，单次捞砂施工捞砂量不受限制，减少水平段捞砂施工工作量；采用喇叭口状结构的砂铲，有利于将井底的砂子、煤粉清理干净，保证后方的油管不被卡；当捞煤粉装置在造斜段或水平段使用时，借助设计的阀球复位装置，尤其是借助弹簧的弹力，能够实现第一阀球和第二阀球的强制复位，因此，本实用新型适用于直井段、造斜段、水平段的捞砂施工作业。

(2)本实用新型在捞砂施工过程中，可通过上提下放油管实施捞砂施工作业，施工工序简单易操作。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。

图1为本实用新型的下放管柱过程中的捞煤粉装置结构示意图；

图2为本实用新型的上提管柱过程中的捞煤粉装置结构示意图；

图3为本实用新型的游动阀结构示意图；

图4为本实用新型的支撑架与支撑杆组装结构示意图。

图中各标号表示为：

1-上接头，2-游动阀，3-捞砂泵，4-固定阀，5-引砂管，6-砂铲，7-动力油管，8-第一滑动密封圈，9-第二滑动密封圈；

21-游动阀罩体，22-第一阀座，23-第一阀球，24-第一阀球复位装置；

31-泵筒，32-空心活塞杆；

41-固定阀罩体，42-第二阀座，43-第二阀球，44-第二阀球复位装置；61-铲砂齿；

241-支撑架，242-支撑杆，243-托盘，244-弹簧；

2411-安装部，2412-连接部。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。

本实用新型所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

遵从上述技术方案，以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1

本实施例中，以淮南某L型水平井为例，该水平井已排采3年，单井产气量低，需要进行井筒内砂子、煤泥清理。水平井采用三开井身结构，一开采用Φ444.5mm钻头钻至基岩面(220m)下20m，下入Φ346mm表层套管，注水泥固井，封固地表疏松层，水泥浆返至地面。二开用Φ311.15mm钻头钻至设计的着陆点后，下入Φ244.5mm技术套管，套管顶口与地面齐平，注水泥封固，水泥返至地面。三开用Φ215.9mm钻头在煤层顶板0至5m范围内煤层顶界水平段钻进，完钻后下入Φ139.7mm生产套管固井，水泥返至地面。为了实现煤层气井的增产作业，探到砂面深度为1012.85m。然后，采用Φ73mm油管连接本实用新型的捞砂装置，到达砂面后，上提下放油管，通过砂面，实现砂子、煤粉等杂物的捞取施工。

遵从上述技术方案，如图1至图4所示，本实施例提供一种L型煤层气水平井捞煤粉装置，包括由上至下顺序同轴连通设置的上接头1、游动阀2、捞砂泵3、固定阀4、引砂管5和砂铲6；

所述游动阀2包括游动阀罩体21，所述游动阀罩体21内下部设置有第一阀座22，所述第一阀座22上设置有能够沿游动阀罩体21轴向移动的第一阀球23，所述第一阀球23上方设置有第一阀球复位装置24；

所述固定阀4包括固定阀罩体41，所述固定阀罩体41内设置有第二阀座42，所述第二阀座42上设置有能够沿固定阀罩体41轴向移动的第二阀球43，所述第二阀球43的上方设置有第二阀球复位装置44；

所述第一阀座22上设有第一阀口，所述第二阀座42上开设有第二阀口，所述第一阀球23能够通过上下移动来开启、封闭第一阀口，所述第二阀球43能够通过上下移动来开启、封闭第二阀口。如，第一阀球23向下移动时可以封闭第一阀口，向上移动时可以开启第一阀口；第二阀球43向下移动时可以封闭第二阀口，向上移动时可以开启第二阀口。在装置不受外力的情况下，第一阀球复位装置24和第二阀球复位装置44能够分别使游动阀2和固定阀4处于闭合位置。

所述砂铲6由弹性材质制成，且为由下至上开口逐渐缩小的喇叭口状结构，由于砂铲为喇叭口状并且带弹性能够收缩，所以沉砂煤粉的通过能力强，其好处在于：一方面，能把井筒里的沉砂、煤粉清理干净，另一方面，能保证捞过的井筒内无残留杂物，避免动力油管遇卡。

作为本实施例的一种优选方案，所述第一阀球复位装置24与第二阀球复位装置44结构相同，所述第一阀球复位装置24包括支撑架241，所述支撑架241包括一体化连接设置的安装部2411和连接部2422，本实施例中的安装部2411为圆形，连接部2422的数量为三个，且三个连接部2422等间隔布设，相邻连接部2422之间形成扇形过流区域，所述安装部2411的中间开设有安装孔，所述安装孔内穿设有能够沿竖向移动的支撑杆242；所述连接部2422一端与安装部2411侧壁相连，另一端与游动阀罩体21内壁相连；所述支撑杆242下端设置有托盘243，所述托盘243与第一阀球23相连，托盘243用于连接固定第一阀球23；所述支撑杆242外套设有弹簧244。

作为本实施例的一种优选方案，所述第一阀球23坐在第一阀座22上时，所述支撑架241下端面距第一阀座22顶面的距离小于所述弹簧244的自由高度，托盘243在弹簧244的作用下压在第一阀球23上。

作为本实施例的一种优选方案，所述上接头1的上端连接有动力油管7，上接头1可以与动力油管7螺纹连接。

作为本实施例的一种优选方案，所述砂铲6的下端沿周向间隔设置有多个铲砂齿61。

作为本实施例的一种优选方案，所述托盘243为弹性材质弧形板。

作为本实施例的一种优选方案，所述捞砂泵3包括同轴套装的泵筒31和空心活塞杆32，所述空心活塞杆32的上部与泵筒31之间设置有第一滑动密封圈8，所述第一滑动密封圈8布设在空心活塞杆32外周壁上且与泵筒31的内周壁相抵。空心活塞杆32能够通过设置在上方的游动阀2与动力油管7连通。

作为本实施例的一种优选方案，所述泵筒31的下部与空心活塞杆32之间设置有第二滑动密封圈9，所述第二滑动密封圈9布设在泵筒31的内周壁上且与空心活塞杆32外周壁相抵。

作为本实施例的一种优选方案，根据L型煤层气水平井捞煤粉的施工经验，为了取得良好的效果，捞砂泵的最大排出压力≥1.5×液柱压力，具体的，捞砂泵3包括同轴套装的泵筒31和空心活塞杆32，且所述泵筒31的直径D、空心活塞杆32的直径d和水平井的最深位置深度H满足以下关系：

式中，

H为水平井最深位置的垂直深度，单位为m；

ρ为井筒内液体密度，单位为kg/m³；

g为重力加速度，取值9.8N/kg，

G为长度为H的动力油管的重力，单位为N；

D为捞砂泵的泵筒直径，单位为m；

d为捞砂泵的空心活塞杆直径，单位为m。

本实施例的使用过程如下：

如图2所示，在捞砂施工作业时，依靠设置在地面上且与动力油管相连的作业机实现装置的上提或下放，首先，动力油管7下部携带捞煤粉装置下放到井筒内，捞砂装置与井筒内壁之间形成环空，由于捞砂装置内与环空存在压差，捞砂装置内相对环空呈负压环境，所以环空内的液体经砂铲进入装置内部，当液压大于第二阀球复位装置44的弹力时，第二阀球43在液体的推动下向上运动，下部固定阀4打开，环空中液体通过第二阀口进入固定阀罩体41内，然后进入空心活塞杆32。

继续下放动力油管7，在砂铲6触及砂面后，捞砂泵3停止下行，泵筒31在动力油管7的重力作用下下行，空心活塞杆32内的液体克服第一阀球复位装置24的弹力，推动第一阀球23向上运动，游动阀2打开，液体通过第一阀口进入动力油管7。

依靠地面作业机上提动力油管7，泵筒31上行，砂铲6停留在砂面上，捞砂泵3的泵腔容积变大，泵筒31与外侧产生压差，且压差随着泵筒31的上移而增大，第二阀球43在压差的作用下向上运动，进而挤压第二阀球复位装置44向上移动，固定阀4打开，砂铲6处的沉砂和煤粉被吸入泵筒31，直至泵筒内全部充满水。

随后，依靠地面作业机下放动力油管7，在动力油管7和动力油管7内砂子、煤粉、水的重力作用下，泵筒31下行，捞砂泵3内被吸入的水、沉砂和煤粉推动第一发球23向上运动，游动阀2打开，被吸入的沉砂、煤粉进入动力油管7。

如此，反复上提下放动力油管7，便能完成井底沉砂、煤粉的吸入和上推过程，动力油管7内的水、沉砂和煤粉也逐渐增多。

捞煤粉装置使用过程中，动力油管7同样作为沉砂管，将动力油管7和沉砂管的作用合并，动力油管的长度即为沉砂管的长度，大大提高了单趟捞砂施工的进尺。

本实施例中，捞砂施工至1288.50m后遇阻，提出装置，发现下部两根油管内有砂子和煤泥的混合物，敲击动力油管7收集到捞出物，量取发现捞出砂子和煤泥共计约42L，单次捞砂施工距离275.65m，是常规机械捞砂单次施工作业距离(50～70m)的4～5倍，说明，使用本实用新型作业取得了良好的捞砂效果。

综上所述，与动力油管在捞煤粉装置上端，沉砂管在捞煤粉装置下端的常规捞砂装置相比，本实用新型中捞砂泵的吸入压差变大，吸入压力大；常规管柱沉积的砂子、煤粉易将固定阀淹埋，当吸液压差等于砂柱压力时，固定阀将无法打开；对于本实用新型的捞煤粉装置，吸入泵腔的砂子、煤粉，在动力油管的重量作用下增压，被推入捞砂装置上的动力油管中，避免了下部固定阀被掩埋；本实用新型的捞煤粉装置只要将煤粉、砂子与水的混合物排入动力油管后，煤粉、砂子与水的混合物在动力油管中就可以慢慢分离，不影响捞砂装置的吸液。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (9)

1.一种L型煤层气水平井捞煤粉装置，其特征在于，包括由上至下顺序同轴连通设置的上接头(1)、游动阀(2)、捞砂泵(3)、固定阀(4)、引砂管(5)和砂铲(6)；

所述游动阀(2)包括游动阀罩体(21)，所述游动阀罩体(21)内下部设置有第一阀座(22)，所述第一阀座(22)上方设置有能够沿游动阀罩体(21)轴向移动的第一阀球(23)，所述第一阀球(23)顶部连接有第一阀球复位装置(24)；

所述固定阀(4)包括固定阀罩体(41)，所述固定阀罩体(41)内设置有第二阀座(42)，所述第二阀座(42)上设置有能够沿固定阀罩体(41)轴向移动的第二阀球(43)，所述第二阀球(43)的上顶部连接有第二阀球复位装置(44)；

所述第一阀座(22)上开设有第一阀口，所述第二阀座(42)上开设有第二阀口，所述第一阀球(23)能够通过上下移动来开启、封闭第一阀口，所述第二阀球(43)能够通过上下移动来开启、封闭第二阀口；

所述砂铲(6)为由下至上开口逐渐缩小的喇叭口状结构。

2.如权利要求1所述的L型煤层气水平井捞煤粉装置，其特征在于，所述第一阀球复位装置(24)与第二阀球复位装置(44)结构相同，所述第一阀球复位装置(24)包括支撑架(241)，所述支撑架(241)包括一体化连接设置的安装部(2411)和连接部(2422)，所述安装部(2411)的中间开设有安装孔，所述安装孔内穿设有能够沿竖向移动的支撑杆(242)；所述连接部(2422)一端与安装部(2411)侧壁相连，另一端与游动阀罩体(21)内壁相连；所述支撑杆(242)下端设置有托盘(243)，所述托盘(243)与第一阀球(23)相连；所述支撑杆(242)外套设有弹簧(244)。

3.如权利要求2所述的L型煤层气水平井捞煤粉装置，其特征在于，当所述第一阀球(23)坐在第一阀座(22)上时，所述支撑架(241)下端面距第一阀座(22)顶面的距离小于所述弹簧(244)的自由高度。

4.如权利要求1所述的L型煤层气水平井捞煤粉装置，其特征在于，所述上接头(1)的上端连接有动力油管(7)。

5.如权利要求1所述的L型煤层气水平井捞煤粉装置，其特征在于，所述砂铲(6)的下端沿周向间隔设置有多个铲砂齿(61)。

6.如权利要求2所述的L型煤层气水平井捞煤粉装置，其特征在于，所述托盘(243)为弹性材质弧形板。

7.如权利要求1所述的L型煤层气水平井捞煤粉装置，其特征在于，所述捞砂泵(3)包括同轴套装的泵筒(31)和空心活塞杆(32)，所述空心活塞杆(32)的上部与泵筒(31)之间设置有第一滑动密封圈(8)，所述第一滑动密封圈(8)布设在空心活塞杆(32)外周壁上且与泵筒(31)的内周壁相抵。

8.如权利要求7所述的L型煤层气水平井捞煤粉装置，其特征在于，所述泵筒(31)的下部与空心活塞杆(32)之间设置有第二滑动密封圈(9)，所述第二滑动密封圈(9)布设在泵筒(31)的内周壁上且与空心活塞杆(32)外周壁相抵。

9.如权利要求7所述的L型煤层气水平井捞煤粉装置，其特征在于，所述泵筒(31)的直径D、空心活塞杆(32)的直径d和水平井的最深位置深度H满足以下关系：

式中，

H为水平井最深位置的垂直深度，单位为m；

ρ为井筒内液体密度，单位为kg/m³；

g为重力加速度，取值9.8N/kg；

G为长度为H的动力油管的重力，单位为N；

D为捞砂泵的泵筒直径，单位为m；

d为捞砂泵的空心活塞杆直径，单位为m。