控壓氣舉排水采氣設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及控壓氣舉排水采氣設(shè)備及方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種采用壓力控制技術(shù)和氣舉技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)排水采氣的設(shè)備。該控壓氣舉排水采氣設(shè)備包括埋設(shè)于氣井內(nèi)的、彼此嵌套配置的內(nèi)層管(11)、中間管(9)以及外層管(8)，內(nèi)層管(11)設(shè)置有氣舉閥(7)和壓力控制閥(13)，壓力控制閥(13)與氣壓源(1)連接并且能夠控制氣壓源(1)的工作。此外，本發(fā)明還提供了一種利用上述控壓氣舉排水采氣設(shè)備進(jìn)行地層氣采集的方法。通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、采氣效果好且適應(yīng)性強(qiáng)的控壓氣舉排水采氣設(shè)備及方法。
【專利說明】
控壓氣舉排水采氣設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種控壓氣舉排水采氣設(shè)備及方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種采用壓力控制技術(shù)和氣舉技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)排水采氣的設(shè)備以及采用該設(shè)備進(jìn)行地層氣采集的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在地層氣開發(fā)過程中，需要不斷排出地層的水以降低地層壓力。
[0003]對(duì)應(yīng)于地層氣、例如煤層氣的開采機(jī)理，具有以下3個(gè)階段:
[0004]第I階段為排水降壓階段，在本階段內(nèi)主要排出煤層水，生產(chǎn)時(shí)間可能為幾天或數(shù)月；
[0005]第2階段為正常排采階段，在本階段內(nèi)煤層氣產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定，煤層水產(chǎn)量逐漸下降，本階段一般為高峰產(chǎn)氣階段；
[0006]第3階段為煤層氣產(chǎn)量下降階段，此階段隨著壓力下降，煤層氣產(chǎn)量下降，并產(chǎn)出少量煤層水或微量煤層水。
[0007]綜上可知，在整個(gè)煤層氣生產(chǎn)過程中，煤層水產(chǎn)量變化大，早期會(huì)產(chǎn)出大量的煤層水;然后，煤層水產(chǎn)量相對(duì)減少，甚至很小。因此，所選用的排水采氣方法應(yīng)兼顧前后期排水量變化，適用范圍要大，需要能夠維持一個(gè)合理的井底壓力，以有利于煤層氣解吸。
[0008]對(duì)于煤層氣開采，排水采氣是核心。排水是為了降低井底壓力以利于煤層氣的解吸，不同的開采階段有不同的排采要求，初期排水量大，后期排水量相應(yīng)減小。采氣是目的，為了有利煤層氣的解吸，要維持一個(gè)合理的井底流壓。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述排水采氣，現(xiàn)有的方法有:
[0010]A有桿栗
[0011]有桿栗地面為抽油機(jī)，井下為管式栗，動(dòng)力從地面經(jīng)過抽油桿傳到地下，抽油栗的柱塞在抽油桿柱的帶動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將井筒中的液體舉升到地面，屬于一種特殊形式的往復(fù)栗。在排采不同階段，根據(jù)排量變化調(diào)整栗型，并可通過調(diào)速電機(jī)調(diào)頻，根據(jù)各井情況選擇適當(dāng)?shù)呐挪蓮?qiáng)度。僅適合于排液量不大，井斜不嚴(yán)重，出砂、煤粉較少的井上使用。對(duì)于產(chǎn)氣量極高或出砂的井，常造成卡栗、偏磨等問題，需要進(jìn)行特殊的井下設(shè)計(jì)。
[0012]B螺桿栗
[0013]螺桿栗由定子和轉(zhuǎn)子組成，生產(chǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子和定子之間形成的密閉空間會(huì)隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)不斷變換位置，逐漸沿著螺桿栗軸向方向前進(jìn)，密閉空間內(nèi)的液體就會(huì)隨著向地面排出，下端不斷形成的密閉空間會(huì)陸續(xù)地帶著液體向上移動(dòng)，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)舉升。螺桿栗結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小、維護(hù)簡單，排量范圍較大。適合產(chǎn)水量中等的排采井，氣液比過高和栗抽空都會(huì)造成嚴(yán)重的磨損問題，一旦磨損就要全部更換，成本較高。
[0014]C電潛栗
[0015]電潛栗是潛沒在被栗送介質(zhì)中的離心栗，將電栗機(jī)組裝置通過油管下入井下，多級(jí)離心栗裝置高速旋轉(zhuǎn)，將井筒中流體從油管中排出。電潛栗排量范圍大，揚(yáng)程高，可形成較大的生產(chǎn)壓差，可根據(jù)排液變化要求進(jìn)行變頻調(diào)速，地面占用面積小、空間小、使用壽命長、便于管理。電潛栗對(duì)供電質(zhì)量要求較高，對(duì)栗的沉沒度有一定要求。目前的外部環(huán)境和技術(shù)條件不夠成熟，離心栗用的不多。
[0016]D水力噴射栗
[0017]水力噴射栗是水力栗的一種類型，沒有運(yùn)動(dòng)部件，靠地面高壓動(dòng)力液經(jīng)過噴嘴將能量傳遞給地層的產(chǎn)出液實(shí)現(xiàn)排采。首先通過噴嘴把地面的高壓液體注入油管，把壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，高速噴射的流體與周圍的液體混合完成能量的傳遞，混合液也具有很高的速度，流體經(jīng)過噴嘴向外擴(kuò)散時(shí)，面積突然增大，動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓能，井底壓力增加，液體就會(huì)在壓力的作用下排出地面。理論排量范圍大，井下設(shè)備沒有運(yùn)動(dòng)部件，耐磨抗腐蝕，但舉升效率低，小于25%。為防止氣腐蝕，需要較高的吸入壓力和沉沒度;地面設(shè)備龐大，維護(hù)成本高，較高的工作壓力不能滿足煤層氣的生產(chǎn)壓差要求。
[0018]E常規(guī)氣舉法
[0019]氣舉是在油管的一定深度將外來的高壓氣體注入氣舉管內(nèi)的一種舉升方式，注入的高壓氣體進(jìn)入井筒液體中，降低了井筒內(nèi)液柱的密度，減少滑脫，降低了井底流壓。常規(guī)氣舉從套管進(jìn)氣，油管排液。氣舉工藝本身沒有運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡單，不受固體顆粒影響，不受氣體影響，排量范圍大，適應(yīng)于大斜度井。適合排水采氣初期，排液量大，排采后期由于地層水量少，氣舉法受到限制。
[0020]F雙管氣舉法
[0021 ]例如，公開號(hào)為CN 203257380U，名稱為“一種新型煤層氣排采設(shè)備”的中國實(shí)用新型專利于2013年新推出一種新型煤層氣氣舉排采設(shè)備。它由雙壁管、單壁管、氣液混合器、氣舉單流閥、單流閥等主要設(shè)備構(gòu)成。控制系統(tǒng)通過液面采集裝置的數(shù)據(jù)，計(jì)算使用壓縮空氣的壓力和排量，再將壓縮空氣從壓縮空氣注入口注入到雙壁管外管與雙壁管內(nèi)管之間的環(huán)空中，經(jīng)單流閥在氣液混合器內(nèi)部充分混合，在氣舉單流閥的作用下，將氣液混合物通過雙壁管內(nèi)管內(nèi)腔，到達(dá)氣液混合流體排出口排出。這個(gè)技術(shù)避免了傳統(tǒng)技術(shù)排采煤層氣過程中產(chǎn)生的偏磨、卡栗、電機(jī)過熱等問題，同時(shí)避免了輸入與產(chǎn)出氣液多相混合的問題，方便煤層氣的開米。
[0022]上述雙管氣舉法需要在井口安裝液面采集裝置，控制系統(tǒng)利用采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算并控制壓縮機(jī)的壓力和壓氣量，實(shí)際操作起來比較復(fù)雜。
[0023]該氣舉方法也只能適用于排液量大的排水采氣初期，排采后期由于地層水量少，該技術(shù)也受到限制。另外，井下復(fù)雜狀況，該氣舉方法也沒有考慮過濾、污染洗井功能，不可避免增加修井作業(yè)成本。
[0024]綜上所述，上述現(xiàn)有技術(shù)均存在技術(shù)缺陷。具體地，有桿栗技術(shù)成熟，操作簡單，但難以適應(yīng)不同排采階段出液量的變化需求，且偏磨、卡栗一直是困擾現(xiàn)場生產(chǎn)的大問題;螺桿栗結(jié)構(gòu)簡單，占地少，排采后期出水少，螺桿栗容易在抽空的情況下燒栗，如果出現(xiàn)嚴(yán)重磨損須更換全套井下裝置；電潛栗排量較大，但工作條件比較苛刻，成本也高，排采后期沉沒度不高也容易出問題;水力噴射栗理論排量范圍大，耐磨抗腐蝕，但舉升效率低，維護(hù)成本高，且較高的工作壓力不能滿足煤層氣的生產(chǎn)壓差要求;氣舉適合排水采氣初期，排液量大，排采后期由于地層水量少，氣舉工藝就受到限制；2013年新推出的雙管氣舉法排采設(shè)備，僅適用于排液量大的排水采氣初期，且地面控制設(shè)備復(fù)雜，不宜維護(hù)。因此，現(xiàn)有技術(shù)的排水采氣工藝各有缺點(diǎn)，不能滿足煤層氣開采的特殊要求，不能兼顧前后期排水量變化，不能維持一個(gè)合理的井底壓力，不利于煤層氣解吸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種如下的控壓氣舉排水采氣設(shè)備及方法:其將壓力控制技術(shù)和氣舉技術(shù)相結(jié)合，使用普通的氣壓源(空氣壓縮機(jī))可滿足不同階段的排水量要求;壓力控制閥(井下控制閥)維持開采壓力的同時(shí)，自動(dòng)控制空氣壓縮機(jī)啟停，提高工作效率;該設(shè)備還避免了傳統(tǒng)排采過程中存在的偏磨、卡栗、燒栗等問題;應(yīng)用范圍廣，可用于一機(jī)多井、從式井;井下氣液分離后輸入氣與產(chǎn)出氣不再需要在地面單獨(dú)分離，配置簡單維護(hù)方便，滿足現(xiàn)代排水采氣長期有效穩(wěn)產(chǎn)降耗的要求;還可以滿足井下過濾和自洗井的功能。
[0026]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
[0027]本發(fā)明提供一種如下的控壓氣舉排水采氣設(shè)備，所述控壓氣舉排水采氣設(shè)備用于采集地層氣，所述控壓氣舉排水采氣設(shè)備包括用于埋設(shè)于氣井內(nèi)的、彼此嵌套配置的內(nèi)層管、中間管以及外層管，所述內(nèi)層管的內(nèi)部的第一空間與氣壓源以及氣液分離裝置連通;所述內(nèi)層管和所述中間管之間包圍的第二空間與所述氣壓源以及所述氣液分離裝置連通;并且所述中間管與所述外層管之間包圍的第三空間與所述地層氣的采集通道連通;其中，所述第一空間與所述第二空間能夠?qū)崿F(xiàn)單向?qū)?，所述第二空間與所述第三空間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向?qū)?所述內(nèi)層管設(shè)置有氣舉閥和根據(jù)所述第二空間中的壓力進(jìn)行開閉的壓力控制閥，所述壓力控制閥與所述氣壓源連接，并且能夠控制所述氣壓源的工作。
[0028]優(yōu)選地，在所述內(nèi)層管的底部設(shè)置用于實(shí)現(xiàn)從所述第二空間向所述第一空間單向?qū)ǖ膯瘟鏖y，并且在所述內(nèi)層管的底部設(shè)置有位于所述單流閥的下方的、用于過濾雜質(zhì)的第一篩管，在所述第一篩管的下方設(shè)置有尾堵件。
[0029]更優(yōu)選地，在所述中間管的底部設(shè)置有用于實(shí)現(xiàn)所述第二空間與所述第三空間的雙向?qū)ǖ碾p向閥，并且在所述中間管的底部設(shè)置有位于所述雙向閥的下方的、用于過濾雜質(zhì)的第二篩管。
[0030]進(jìn)一步，優(yōu)選地，所述內(nèi)層管、所述中間管和所述外層管同心配置，在氣井口處，設(shè)置有用于固定所述內(nèi)層管且與所述內(nèi)層管連通的第一管掛和/或設(shè)置有用于固定所述中間管且與所述中間管連通的第二管掛。
[0031]進(jìn)一步，優(yōu)選地，在豎直高度方向上，所述中間管的底部和所述外層管的底部均位于包含所述地層氣的地層的下方。
[0032]進(jìn)一步，優(yōu)選地，在所述內(nèi)層管上，從上至下依次配置的所述氣舉閥和所述壓力控制閥。
[0033]進(jìn)一步，優(yōu)選地，可使用壓縮機(jī)壓縮天然氣或者氮?dú)狻?br>[0034]本發(fā)明還提供了一種控壓氣舉排水采氣方法，所述方法利用以上技術(shù)方案中的任意一項(xiàng)技術(shù)方案所述的控壓氣舉排水采氣設(shè)備，所述方法可包括如下階段:a.排水降壓階段，在所述第一空間、所述第二空間和所述第三空間處于充滿井液的初始狀態(tài)下，利用所述氣壓源向所述第二空間輸入動(dòng)力氣，通過所述氣舉閥從所述第一空間持續(xù)氣舉所述井液，在本階段中，所述第三空間內(nèi)的井液進(jìn)入所述第二空間，所述第二空間內(nèi)的井液進(jìn)入所述第一空間，所述第一空間內(nèi)的井液逐步被氣舉并輸出到所述氣液分離裝置;b.排水采氣階段，經(jīng)過所述排水降壓階段之后，利用所述氣壓源繼續(xù)向所述第二空間輸入所述動(dòng)力氣，隨著所述第三空間的壓力的降低，包含水和地層氣的地層中的流體進(jìn)入所述第三空間，所述中間管的底部和所述外層管的底部均位于所述地層的下方，所述地層氣進(jìn)入所述第三空間并向上產(chǎn)出，所述水進(jìn)入所述第三空間形成所述井液，該井液向下進(jìn)入所述第二空間并由所述第二空間進(jìn)入所述第一空間、進(jìn)而被氣舉輸出；C.連續(xù)排采階段，經(jīng)過所述排水采氣階段之后，利用所述氣壓源向所述第一空間輸入所述動(dòng)力氣，利用所述壓力控制閥和所述氣壓源維持所述第一空間和第二空間內(nèi)的預(yù)定壓力，由所述第二空間排出所述井液并從所述第三空間采集所述地層氣。
[0035]優(yōu)選地，在所述連續(xù)排采階段中，所述內(nèi)層管封閉，使得所述第一空間與所述第二空間通過所述壓力控制閥可控地導(dǎo)通，所述壓力控制閥使得:在所述第二空間的井液壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)所述第一空間中的動(dòng)力氣進(jìn)入所述第二空間以氣舉方式自動(dòng)舉升所述第二空間中的井液，在所述第二空間的井液壓力低于設(shè)定值時(shí)，所述第一空間內(nèi)氣體的壓力逐步上升，當(dāng)所述第一空間內(nèi)的氣體的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值之后，所述氣壓源停機(jī)，當(dāng)所述第一空間內(nèi)的氣體的壓力低于預(yù)設(shè)的壓力值之后，所述氣壓源開始工作，并且在整個(gè)所述連續(xù)排采階段中，所述壓力控制閥隨著所述第二空間中的井液的增多或減少自動(dòng)開啟或關(guān)閉，所述第一空間內(nèi)的氣體的壓力控制所述氣壓源的啟動(dòng)和停機(jī)，進(jìn)而維持所述第一空間和第二空間內(nèi)的預(yù)定壓力。
[0036]更優(yōu)選地，所述方法還包括如下階段:d.清洗階段，封閉所述第一空間，向所述第二空間注水清洗，將控壓氣舉排水采氣設(shè)備內(nèi)的雜物從所述第三空間清洗出，然后順次重復(fù)所述排水降壓階段、所述排水采氣階段和所述連續(xù)排采階段以恢復(fù)生產(chǎn)。
[0037]進(jìn)一步，優(yōu)選地，在所述清洗階段中，所述中間管的底部設(shè)置的雙向閥在高壓條件下反向打開，水從所述第二空間經(jīng)過所述雙向閥流到所述第三空間，然后從所述第三空間流到地面以完成清洗。
[0038]通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種如下的控壓氣舉排水采氣設(shè)備及方法:其將壓力控制技術(shù)和氣舉技術(shù)相結(jié)合，使用普通的氣壓源(空氣壓縮機(jī))可滿足不同階段的排水量要求;壓力控制閥(井下控制閥)維持開采壓力的同時(shí)，自動(dòng)控制空氣壓縮機(jī)啟停，提高工作效率;該設(shè)備還避免了傳統(tǒng)排采過程中存在的偏磨、卡栗、燒栗等問題;應(yīng)用范圍廣，可用于一機(jī)多井、從式井;井下氣液分離后輸入氣與產(chǎn)出氣不再需要在地面單獨(dú)分離，配置簡單維護(hù)方便，滿足現(xiàn)代排水采氣長期有效穩(wěn)產(chǎn)降耗的要求;還可以滿足井下過濾和自洗井的功能。
【附圖說明】
[0039]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的控壓氣舉排水采氣設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2是圖1中的控壓氣舉排水采氣設(shè)備的作業(yè)示意圖，其示出了該控壓氣舉排水采氣設(shè)備在排水降壓初期階段的作業(yè)示意圖；
[0041 ]圖3是圖1中的控壓氣舉排水采氣設(shè)備的作業(yè)示意圖，其示出了該控壓氣舉排水采氣設(shè)備在正常排采階段的作業(yè)示意圖；以及
[0042]圖4是圖1中的控壓氣舉排水采氣設(shè)備的作業(yè)示意圖，其示出了該控壓氣舉排水采氣設(shè)備進(jìn)行洗井作業(yè)的示意圖。
[0043]附圖標(biāo)記說明
[0044]I空氣壓縮機(jī)2輸液控制閥3進(jìn)氣控制閥4小油管掛
[0045]5大油管掛 6氣液分離器7井下氣舉閥8套管
[0046]9大油管 10井液11小油管12煤氣層
[0047]13井下控制閥14單流閥15小篩管16尾堵
[0048]17雙向閥 18大篩管19集輸管道20輸氣控制閥
【具體實(shí)施方式】
[0049]以下結(jié)合說明書附圖來說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，其中以采集煤層氣為代表來說明本發(fā)明的控壓氣舉排水采氣設(shè)備及方法。
[0050]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的控壓氣舉排水采氣設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在本實(shí)施方式中，控壓氣舉排水采氣設(shè)備包括埋設(shè)于煤氣井內(nèi)的、彼此嵌套配置的小油管11、大油管9以及套管8。小油管11、大油管9和套管8同心配置。在煤氣井口處，設(shè)置有用于固定小油管11且與小油管11連通的小油管掛4并且設(shè)置有用于固定大油管9且與大油管9連通的大油管掛5。小油管掛4與大油管掛5采用同心配置。在小油管掛4內(nèi)設(shè)置有與小油管11內(nèi)的空間(第一空間)連通的通道，而在大油管掛5內(nèi)設(shè)置有與小油管11和大油管9之間的小環(huán)空(第二空間)連通的通道，進(jìn)而使得小油管11的內(nèi)部的空間與空氣壓縮機(jī)I以及氣液分離器6連通，小油管11和大油管9之間包圍的小環(huán)空也與空氣壓縮機(jī)I以及氣液分離器6連通。大油管9與套管8之間包圍的大環(huán)空(第三空間)與煤層氣采集通道(集輸管道19的用于采集煤層氣的部分)連通。在各連通的通道上設(shè)置有用于控制通道開閉的輸液控制閥
2、進(jìn)氣控制閥3和輸氣控制閥20中的一種或多種閥，以達(dá)到根據(jù)工作過程而對(duì)各通道進(jìn)行開閉的控制目的。
[0051]另外，小油管11內(nèi)的空間與小環(huán)空在采氣的不同階段均實(shí)現(xiàn)單向?qū)?，在不同階段導(dǎo)通方向可以不同。而小環(huán)空與大環(huán)空在不同階段均實(shí)現(xiàn)單向?qū)?，在不同階段導(dǎo)通方向可以不同。
[0052]當(dāng)將小油管11、大油管9以及套管8均配置在煤氣井內(nèi)之后，在豎直高度方向上，使大油管9和套管8的底部均位于煤氣層12的下方，以保證脫水排氣過程的順利進(jìn)行。
[0053]另外，小油管11設(shè)置有多個(gè)氣舉閥7以及位于氣舉閥7的下方、用于在正常排采階段監(jiān)測(cè)且維持小環(huán)空的壓力的井下控制閥13。該井下控制閥13與空氣壓縮機(jī)I連接，在正常排采階段，井下控制閥13根據(jù)小環(huán)空的壓力來控制小油管11內(nèi)的空間與小環(huán)空的空間連通/斷開并根據(jù)小油管11內(nèi)的空間的壓力來控制空氣壓縮機(jī)I的工作(啟動(dòng)和停機(jī))。
[0054]在小油管11的底部設(shè)置用于實(shí)現(xiàn)從小環(huán)空向小油管11內(nèi)的空間的單向?qū)ǖ膯瘟鏖y14。在小油管11的底部設(shè)置有位于單流閥14的下方的、用于過濾雜質(zhì)的小篩管15。并且在小篩管15的下方設(shè)置有尾堵16，以保證流入小油管11內(nèi)的井液1均首先通過小篩管15進(jìn)行過濾。
[0055]在大油管9的底部設(shè)置有用于實(shí)現(xiàn)小環(huán)空與大環(huán)空的雙向?qū)ǖ碾p向閥17，在大油管9的底部設(shè)置有位于雙向閥的下方的、用于過濾的大篩管18。
[0056]在本實(shí)施方式中，控壓氣舉排水采氣設(shè)備按照如上的方式配置空氣壓縮機(jī)1、輸液控制閥2、進(jìn)氣控制閥3、小油管掛4、大油管掛5、氣液分離器6、井下氣舉閥7、套管8、大油管
9、小油管11、井下控制閥13、單流閥14、小篩管15、尾堵16、雙向閥17、大篩管18、集輸管道19以及輸氣控制閥20。以下，則結(jié)合圖2-圖4來說明本實(shí)施方式的控壓氣舉排水采氣設(shè)備的工作過程。
[0057]a、如圖2所示，在大量排水階段初期，動(dòng)力氣由大油管9和小油管11之間的空間(小環(huán)空)進(jìn)入，通過小油管11上裝配的多個(gè)氣舉閥7從小油管11中氣舉(舉升)液體。此過程為連續(xù)氣舉，由輸液控制閥2控制流量大小，保持整個(gè)設(shè)備的壓力較平穩(wěn)下降。在此階段，小環(huán)空內(nèi)的井液10只能經(jīng)由小篩管15和單流閥14進(jìn)入小油管11，小油管11中的井液10逐步被氣舉并輸送到地面的氣液分離器6。大油管9底部的雙向閥17在此階段相當(dāng)于一個(gè)可向上流通的單流閥。套管8(大環(huán)空)內(nèi)的井液只能經(jīng)由雙向閥17、大篩管18進(jìn)入小環(huán)空。
[0058]b、隨著大環(huán)空壓力的降低，煤氣層12中的水和煤層氣開始向大環(huán)空運(yùn)動(dòng)。大油管9和套管8的底部位于煤氣層12的下方，呈游離狀態(tài)的煤層氣進(jìn)入大環(huán)空并垂直向上產(chǎn)出，而水則向下流動(dòng)并通過大油管9底部進(jìn)入小環(huán)空，由小環(huán)空進(jìn)入小油管11，進(jìn)而被氣舉產(chǎn)出。
[0059]c、在正常排采階段，如圖3所示，在此階段，動(dòng)力氣從小油管11進(jìn)入，由小環(huán)空排出液體。在此過程中，單流閥14關(guān)閉。在單流閥14的上方設(shè)置有作為井下關(guān)鍵設(shè)備的井下控制閥13，使得在小環(huán)空液柱壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值的時(shí)候，閥自動(dòng)打開，小油管11中的動(dòng)力氣進(jìn)入小環(huán)空以氣舉方式自動(dòng)舉升小環(huán)空中的井液10;而在小環(huán)空液柱壓力低于設(shè)定值時(shí)，閥自動(dòng)關(guān)閉，閥關(guān)閉后小油管11中氣體的壓力值逐步上升。當(dāng)小油管11內(nèi)氣體的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值之后，空氣壓縮機(jī)I停機(jī)；當(dāng)小油管11內(nèi)氣體的壓力低于預(yù)設(shè)的壓力值之后，空氣壓縮機(jī)I開始工作。而在整個(gè)采氣階段，從大環(huán)空生產(chǎn)煤層氣。
[0060]在此階段中，井下控制閥13則隨著小環(huán)空中積液的增高或降低自動(dòng)開啟或關(guān)閉，小油管11中氣體的壓力則控制著空氣壓縮機(jī)I的自動(dòng)啟動(dòng)和停機(jī)。這個(gè)過程循環(huán)往復(fù)，不斷舉升煤氣層12流出來的水。
[0061]d、需要洗井的時(shí)候，如圖4所示，通過關(guān)閉進(jìn)氣控制閥3關(guān)閉小油管11，從小環(huán)空大排量高壓注水清洗，將井底雜物從大環(huán)空中反洗出井，然后順次重復(fù)步驟a、b、c恢復(fù)生產(chǎn)。洗井時(shí)，大油管9底部的雙向閥17在高壓下反向打開，注入水從小環(huán)空經(jīng)過雙向閥17、大篩管18流向大環(huán)空，大環(huán)空流向地面完成洗井。
[0062]本發(fā)明的設(shè)備采用以上說明的【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)以及工作過程能夠充分地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。但是，還需要說明的是:
[0063]1.雖然在上述【具體實(shí)施方式】的附圖中僅示出了控壓氣舉排水采氣設(shè)備采用豎直的方式插入煤氣井內(nèi)，但是本發(fā)明不限于此。插入煤氣井內(nèi)的本發(fā)明的控壓氣舉排水采氣設(shè)備也可以采用傾斜的方式。
[0064]2.在本發(fā)明中，“單向?qū)ā敝冈诖笥凸?和小油管11之間在排采煤層氣的各階段均實(shí)現(xiàn)單向?qū)ǎ遣煌A段的導(dǎo)通方向可以不同。例如，在排水降壓階段初期，只允許大油管9與小油管11之間的小環(huán)空中的井液10通過單流閥14流入到小油管11內(nèi)；而在正常排采階段，允許小油管11的氣體通過井下控制閥13進(jìn)入上述小環(huán)空中。
[0065]3.雖然在上述【具體實(shí)施方式】中說明了大油管9、小油管11和套管8采用同心配置的方式，但是本發(fā)明不限于此。可以根據(jù)需要，使大油管9、小油管11和套管8進(jìn)行不同心配置。而大油管掛5和小油管掛4也可以采用不同心配置的方式進(jìn)行配置。
[0066]4.本發(fā)明可以采用如下的替代技術(shù)方案，本方案中采用同心雙管柱，大油管9和小油管11在不同階段分別用做排液通道和氣舉供氣通道，套管采氣，在小油管11上安裝井下氣舉閥7和井下控制閥13。在實(shí)踐中，也可分別用普通油管和空心抽油桿組合代替大油管9和小油管11，并在空心抽油桿上安裝井下氣舉閥7和井下控制閥13。
[0067]5.此外，本發(fā)明的上述方案中在小油管11上安裝井下氣舉閥7和井下控制閥13，在實(shí)踐中，如果煤氣層埋藏深度淺，也可僅在小油管11上安裝井下氣舉閥13。這種情況下，則可以省略a過程，按照c、b順序執(zhí)行生產(chǎn)過程。
[0068]6.雖然在以上【具體實(shí)施方式】中以煤層氣為例說明了本發(fā)明的設(shè)備和方法，但是本發(fā)明涉及的地層氣不限于該煤層氣。本發(fā)明的地層氣還包括頁巖氣、非凝析氣等。
[0069]通過采用上述的具體技術(shù)方案，使得本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了如下的優(yōu)點(diǎn):設(shè)備簡單，本發(fā)明公開的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，采用常規(guī)的設(shè)備，但能完全滿足煤層氣開采的特殊要求;成本低，采用氣舉工藝排液，不存在偏磨、卡栗、燒栗等問題;管柱自身具有過濾和自洗井功能，過濾功能可減少管柱污染，自洗井功能為污染提供洗井方案，不用移出管柱；實(shí)現(xiàn)了井下氣液分離，液氣分離后使用普通的空氣壓縮機(jī)I，不用在地面對(duì)煤層氣進(jìn)行復(fù)雜的分離處理;井下控制閥13控制地面壓縮機(jī)運(yùn)行，空氣壓縮機(jī)可用于多井、從式井，提高運(yùn)行效率。
[0070]另外，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備井下控制閥13還可以配備有專門的打撈工具便于更換。
[0071]本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述【具體實(shí)施方式】的具體實(shí)施例，而是只要滿足本發(fā)明的權(quán)利要求的特征的組合就落入了本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種控壓氣舉排水采氣設(shè)備，所述控壓氣舉排水采氣設(shè)備用于采集地層氣，其特征在于，所述控壓氣舉排水采氣設(shè)備包括用于埋設(shè)于氣井內(nèi)的、彼此嵌套配置的內(nèi)層管(11)、中間管(9)以及外層管(8)， 所述內(nèi)層管(11)的內(nèi)部的第一空間與氣壓源(I)以及氣液分離裝置(6)連通， 所述內(nèi)層管(11)和所述中間管(9)之間包圍的第二空間與所述氣壓源(I)以及所述氣液分離裝置(6)連通，并且 所述中間管(9)與所述外層管(8)之間包圍的第三空間與所述地層氣的采集通道連通， 其中，所述第一空間與所述第二空間能夠?qū)崿F(xiàn)單向?qū)ǎ龅诙臻g與所述第三空間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向?qū)ǎ?所述內(nèi)層管(11)設(shè)置有氣舉閥(7)和根據(jù)所述第二空間中的壓力進(jìn)行開閉的壓力控制閥(13)， 所述壓力控制閥(13)與所述氣壓源(I)連接，并且能夠控制所述氣壓源(I)的工作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控壓氣舉排水采氣設(shè)備，其特征在于，在所述內(nèi)層管(11)的底部設(shè)置用于實(shí)現(xiàn)從所述第二空間向所述第一空間單向?qū)ǖ膯瘟鏖y(14)，并且 在所述內(nèi)層管(11)的底部設(shè)置有位于所述單流閥的下方的、用于過濾雜質(zhì)的第一篩管(15)，在所述第一篩管(15)的下方設(shè)置有尾堵件(16)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控壓氣舉排水采氣設(shè)備，其特征在于，在所述中間管(9)的底部設(shè)置有用于實(shí)現(xiàn)所述第二空間與所述第三空間的雙向?qū)ǖ碾p向閥(17)，并且 在所述中間管(9)的底部設(shè)置有位于所述雙向閥的下方的、用于過濾雜質(zhì)的第二篩管(18)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的控壓氣舉排水采氣設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)層管(11)、所述中間管(9)和所述外層管(8)同心配置， 在氣井口處，設(shè)置有用于固定所述內(nèi)層管(11)且與所述內(nèi)層管(11)連通的第一管掛(4)和/或設(shè)置有用于固定所述中間管(9)且與所述中間管(9)連通的第二管掛(5)。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的控壓氣舉排水采氣設(shè)備，其特征在于， 在豎直高度方向上，所述中間管(9)的底部和所述外層管(8)的底部均位于包含所述地層氣的地層(12)的下方。6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的控壓氣舉排水采氣設(shè)備，其特征在于，在所述內(nèi)層管(11)上，從上至下依次配置的所述氣舉閥(7)和所述壓力控制閥(13)。7.一種控壓氣舉排水采氣方法，其特征在于，所述方法利用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的控壓氣舉排水采氣設(shè)備，所述方法包括如下階段: a.排水降壓階段，在所述第一空間、所述第二空間和所述第三空間處于充滿井液(10)的初始狀態(tài)下，利用所述氣壓源(I)向所述第二空間輸入動(dòng)力氣，通過所述氣舉閥(7)從所述第一空間持續(xù)氣舉所述井液(10)， 在本階段中，所述第三空間內(nèi)的井液(10)進(jìn)入所述第二空間，所述第二空間內(nèi)的井液(10)進(jìn)入所述第一空間，所述第一空間內(nèi)的井液(10)逐步被氣舉并輸出到所述氣液分離裝置(6); b.排水采氣階段，經(jīng)過所述排水降壓階段之后，利用所述氣壓源(I)繼續(xù)向所述第二空間輸入所述動(dòng)力氣，隨著所述第三空間的壓力的降低，包含水和地層氣的地層(12)中的流體進(jìn)入所述第三空間， 所述中間管(9)的底部和所述外層管(8)的底部均位于所述地層(12)的下方，所述地層氣進(jìn)入所述第三空間并向上產(chǎn)出，所述水進(jìn)入所述第三空間形成所述井液(10)，該井液(10)向下進(jìn)入所述第二空間并由所述第二空間進(jìn)入所述第一空間、進(jìn)而被氣舉輸出； c.連續(xù)排采階段，經(jīng)過所述排水采氣階段之后，利用所述氣壓源(I)向所述第一空間輸入所述動(dòng)力氣，利用所述壓力控制閥(13)和所述氣壓源(I)維持所述第一空間和第二空間內(nèi)的預(yù)定壓力，由所述第二空間排出所述井液(10)并從所述第三空間采集所述地層氣。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控壓氣舉排水采氣方法，其特征在于， 在所述連續(xù)排采階段中，所述內(nèi)層管(11)封閉，使得所述第一空間與所述第二空間通過所述壓力控制閥(13)可控地導(dǎo)通，所述壓力控制閥(13)使得:在所述第二空間的井液壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)所述第一空間中的動(dòng)力氣進(jìn)入所述第二空間以氣舉方式自動(dòng)舉升所述第二空間中的井液(10)，在所述第二空間的井液壓力低于設(shè)定值時(shí)，所述第一空間內(nèi)氣體的壓力逐步上升，當(dāng)所述第一空間內(nèi)的氣體的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值之后，所述氣壓源(I)停機(jī)，當(dāng)所述第一空間內(nèi)的氣體的壓力低于預(yù)設(shè)的壓力值之后，所述氣壓源(I)開始工作，并且 在整個(gè)所述連續(xù)排采階段中，所述壓力控制閥(13)隨著所述第二空間中的井液(10)的增多或減少自動(dòng)開啟或關(guān)閉，所述第一空間內(nèi)的氣體的壓力控制所述氣壓源(I)的啟動(dòng)和停機(jī)，進(jìn)而維持所述第一空間和第二空間內(nèi)的預(yù)定壓力。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的控壓氣舉排水采氣方法，其特征在于，所述方法還包括如下階段: d.清洗階段，封閉所述第一空間，向所述第二空間注水清洗，將控壓氣舉排水采氣設(shè)備內(nèi)的雜物從所述第三空間清洗出， 然后順次重復(fù)所述排水降壓階段、所述排水采氣階段和所述連續(xù)排采階段以恢復(fù)生產(chǎn)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控壓氣舉排水采氣方法，其特征在于，在所述清洗階段中，所述中間管(9)的底部設(shè)置的雙向閥(17)在高壓條件下反向打開，水從所述第二空間經(jīng)過所述雙向閥(17)流到所述第三空間，然后從所述第三空間流到地面以完成清洗。
【文檔編號(hào)】E21B43/00GK105863567SQ201610218119
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日
【發(fā)明人】申茂和, 許紅保
【申請(qǐng)人】北京泰斯特威爾技術(shù)有限公司, 申茂和, 許紅保