煤层气井同心管排煤粉系统及排煤粉方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤层气井同心管排煤粉系统，包括：地面部分和井下部分，地面部分包括三柱塞往复泵（1）、同心管排煤粉系统井口装置（4）、井口套管四通（6）和固液分离装置（15），井下部分包括外油管（10）、内油管（18）和同心管水力负压射流冲煤粉装置（12），地面机构向井下机构输送高压动力液，井下机构实施煤粉冲刷，属于煤层气井、油气田开发【技术领域】，还公开了一种使用所述系统的煤层气井同心管排煤粉方法。本发明通过在排煤粉系统中设置同心管水力负压射流冲煤粉装置，可以将煤层气井底的煤粉全部冲洗干净，并且大大地缩短了冲煤粉的时间，大大地提高了煤层气井修井作业的效率，缩短了作业的时间，并且不会对井底煤层造成破坏。
【专利说明】煤层气井同心管排煤粉系统及排煤粉方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤层气井、油气田开发【技术领域】，特别涉及一种煤层气井同心管排煤粉系统，该系统主要用于清除煤层气井中沉积于井底的煤粉、煤焦、煤泥等固形颗粒。还涉及一种煤层气井同心管排煤粉方法。
【背景技术】
[0002]煤层气开采是一个排水降压采气的过程。在抽排过程中，由于钻井、固井和压裂对井壁以及周围煤层的影响，加上强排水等因素，则会导致煤层气井产出较大颗粒的煤粉。随着排采的持续，致使生产压差逐渐变大，则会不断地激励煤层，使煤粉、煤粒、煤泥等固形颗粒从煤层脱落，产生的煤粉等固性颗粒随着产出液进入井筒。在排采初期，产水量较高时，进入井筒的煤粉等固形颗粒能随着水排出，但当进入稳定生产期后，地层产水量减少，导致水排量较少，进入井筒的煤粉等固性颗粒不能有效排出地面，在自身重力的作用下，会不断沉淀，沉积在油套环空内，从而造成埋泵、堵泵和卡泵的现象，给生产造成很大困难，为了恢复生产，必须将沉积在井底的固性物质排出地面。
[0003]目前，煤层气井的排煤粉主要采用机械捞煤粉的方式来进行修井。油田常规水力冲砂的工艺方法也不适用煤层气井。主要是由于煤层气井的地层压力比较低，若采用常规水力冲洗的方式来排煤粉，会造成冲砂液漏失严重，返出量远小于进入量，从而污染地层；煤层具有压缩性大，天然裂隙发育的特点，由于冲砂液的压力较高，冲砂液会渗入到煤层中，破坏煤层的结构，造成产气通道的破坏，影响煤层气井产能的恢复。泡沫冲洗井底成本较高，举升固形物质的能力不强，也并不适用于煤层气井。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:现有机械捞煤粉的作业方式需要不断下入、起出油管，作业效率低下，作业时间长，影响煤层气井的连续排采，造成煤层的润湿和污染，从而影响煤层气的产量；另外由于煤粉很容易悬浮于水中，因此无法确定井底的煤粉是否全部捞出，造成捞煤粉效率低下和不彻底。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种煤层气井同心管排煤粉系统及排煤粉方法，是针对目前煤层气井修井方式单一，作业效率较低，井底煤粉无法全部排出等缺点以及保护煤层气储层的特点，对常规水力冲煤粉方式进行改进。所述技术方案如下:
[0006]一方面，提供了 一种煤层气井同心管排煤粉系统，所述系统包括:安装于作业井井口地面的地面部分和安装于作业井井下的井下部分。
[0007]所述地面部分包括三柱塞往复泵、同心管排煤粉系统井口装置、井口套管四通和固液分离装置，所述三柱塞往复泵与所述同心管排煤粉系统井口装置通过高压管连通，所述同心管排煤粉系统井口装置与所述固液分离装置通过高压管连通，所述固液分离装置与所述三柱塞往复泵管道连通，所述井口套管四通安装在作业井井口，所述同心管排煤粉系统井口装置安装在所述井口套管四通上。
[0008]所述井下部分包括外油管、内油管和同心管水力负压射流冲煤粉装置，所述外油管套设在所述内油管外部，所述外油管和所述内油管分别与所述井口套管四通连接，所述同心管水力负压射流冲煤粉装置具有内筒和外筒，所述内筒与所述内油管连接，所述外筒与所述外油管连接。
[0009]进一步地，所述三柱塞往复泵和所述同心管排煤粉系统井口装置之间的高压管道上安装有换向阀和高压液流量计，所述换向阀和所述高压液流量计串联连接。
[0010]进一步地，所述系统还包括鼓风机，所述鼓风机与所述井口套管四通连通。
[0011]进一步地，所述同心管水力负压射流冲煤粉装置还具有喉道扩散管、高压嘴、搅拌嘴和高压腔，所述喉道扩散管设置在所述内筒内，所述喉道扩散管与所述内油管连通；所述高压腔与所述内筒和所述外筒的环空连通，所述高压嘴安装在所述高压腔的上端，所述高压嘴与所述喉道扩散管正对设置，所述搅拌嘴安装在所述高压腔的下端；所述内筒和所述外筒上设置有连通所述内筒和所述外筒外部的吸入流道。
[0012]进一步地，多根所述外油管或者多根所述内油管之间通过油管接箍连接。
[0013]另一方面，提供了一种煤层气井同心管排煤粉方法，使用上述的煤层气井同心管排煤粉系统，所述方法的具体步骤为:
[0014]SI，确定作业井，在作业井井口安装所述井口套管四通，将所述外油管携带所述同心管水力负压射流冲煤粉装置下放到作业井的预期位置；
[0015]S2，将所述内油管携带井下连接工具下入到所述外油管内部，通过所述井下连接工具将所述内油管与所述内筒连通；
[0016]S3，安装好所述地面部分，进行系统试压；
[0017]S4，探得煤粉面后，提升冲煤粉管柱至离煤粉面2m?3m，开启系统进行冲煤粉作业。
[0018]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0019]通过在排煤粉系统中设置同心管水力负压射流冲煤粉装置，可以将煤层气井底的煤粉全部冲洗干净，并且大大地缩短了冲煤粉的时间，大大地提高了煤层气井修井作业的效率，缩短了作业的时间，并且不会对井底煤层造成破坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
[0021]图1是本发明实施例一提供的煤层气井同心管排煤粉系统结构以及该系统工作流程示意图；
[0022]图2是本发明实施例一提供的系统中的同心管水力负压射流冲煤粉装置结构示意图；
[0023]图3是本发明实施例一提供的外油管之间以及内油管之间的连接示意图；
[0024]图4是本发明实施例二提供的系统在作业过程中增加内、外油管时的结构示意图。
[0025]以上附图中各标注代表的技术特征为:
[0026]1、三柱塞往复泵1，2、19、高压动力液，3、换向阀，4、同心管排煤粉系统井口装置，
5、26、吊卡，6、井口套管四通，7、煤层气，8、鼓风机，9、生产套管，10、外油管，18、内油管，11、井下连接工具，12、同心管水力负压射流冲煤粉装置，13、混合地层液，14、低压动力液，15、固液分离装置，16、17、返出液，20、煤层，21、人工井底，22、流量计，23、第一快换接头，25、第二快换接头，27、油管接箍。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0028]实施例一
[0029]本实施例提供了一种煤层气井同心管排煤粉系统，参见图1、图2和图3，该系统包括:安装于作业井井口地面的地面部分和安装于作业井井下的井下部分。其中，地面部分是该煤层气井同心管排煤粉系统的操控机构，井下部分是该煤层气井同心管排煤粉系统的执行机构。
[0030]具体地，地面部分包括三柱塞往复泵1、同心管排煤粉系统井口装置4、井口套管四通6和固液分离装置15。其中，三柱塞往复泵I作为增加泵，将常压液体变为高压液体并输送到井下实施冲煤粉作业，三柱塞往复泵I的额定工作压力为24Mpa，额定流量为22m3/h，额定输入功率为200kw;同心管排煤粉系统井口装置4作为连接井下部分的机构，并且通过该同心管排煤粉系统井口装置4实施增加或者减少内外油管，从而改变冲煤粉管柱在作业井内的高度；井口套管四通6用于连通地面部分和井下部分的各管道，并且使相应的高压或者低压流体按规定的流路输送；固液分离装置15是将从井下排出的混合有煤粉和高压水的泥状物质进行分离，排出或者回收其中的煤粉，将分离后的常压水返回到三柱塞往复泵I内进行重复使用。
[0031]地面部分各构件之间的连接关系是:
[0032]三柱塞往复泵I与同心管排煤粉系统井口装置4通过高压管连通，从三柱塞往复泵I内输送到同心管排煤粉系统井口装置4内的液体为高压动力液2。作为优选的实施方式，在三柱塞往复泵I和同心管排煤粉系统井口装置4之间的高压管道上安装有换向阀3和高压液流量计22，该换向阀3和高压液流量计22串联连接在该高压管路上，这样，在实施排煤粉作业时，高压动力液2经过高压液流量计22和换向阀3从三柱塞往复泵I泵送到同心管排煤粉系统井口装置4处，高压液流量计22能够实时地测量到流经的高压动力液2的压力，可以指示操控人员根据作需要增加或者减小高压动力液2的压力；当完成排煤粉作业后，可以通过换向阀3改变动力液的流向，实现把井内的残留液体泵取出来。
[0033]同心管排煤粉系统井口装置4与固液分离装置15通过高压管连通，实施井内排煤粉作业时，混合有煤粉的动力液经过同心管排煤粉系统井口装置4输送到固液分离装置15内，由于输送到井下的动力液为高压液体，因此经过冲煤粉作业后被排出的液体也为高压液体，故同心管排煤粉系统井口装置4与固液分离装置15之间需要使用高压管连通，从同心管排煤粉系统井口装置4通过该高压管输送到固液分离装置15内的液体为返出液16。[0034]固液分离装置15与三柱塞往复泵I管道连通，由于返出液16在固液分离装置15内实施固液分离后，固态的煤粉、煤渣等被排出，恢复成常压的动力液被输送到三柱塞往复泵I内重复使用，因此，固液分离装置15与三柱塞往复泵I之间只需使用普通的管道连接即可，从固液分离装置15输送到三柱塞往复泵I中的液体被称为低压动力液14。
[0035]井口套管四通6安装在作业井井口，同心管排煤粉系统井口装置4安装在井口套管四通6上，即同心管排煤粉系统井口装置4与井口套管四通6在同一竖直方向上。井口套管四通6连通地面部分中的同心管排煤粉系统井口装置4以及井下部分的外油管10和内油管18。作为优选的实施方式,该煤层气井同心管排煤粉系统还包括鼓风机8,鼓风机8与井口套管四通6连通，鼓风机8主要将井底产出煤层气7吸入到输气管道中，防止在冲煤粉作业过程中煤层气排入空气中，造成空气污染。
[0036]井下部分包括外油管10、内油管18和同心管水力负压射流冲煤粉装置12，外油管10套设在内油管18外部，外油管10和内油管18分别与井口套管四通6连接。夕卜油管10采用3.5in普通油管，内油管18采用2in普通油管，内油管18是用于向同心管水力负压射流冲煤粉装置12输送高压动力液2，外油管10和内油管18的环空用于向地面返回被冲刷后的混合液，即返出液16。作为优选的实施方式，根据井下排煤粉的深度不同，需要的外油管10以及内油管18的长度不同，而外油管10和内油管18 —般都有固定的长度，因此，在同一或者不同的作业井中，可能需要多根外油管10和多根内油管18，这样，每两根外油管10之间通过油管接箍27连接，每两根内油管18之间也通过油管接箍27连接。
[0037]同心管水力负压射流冲煤粉装置12具有内筒121、外筒122、喉道扩散管123、高压嘴124、搅拌嘴125和高压腔126。其中，内筒121套装在外筒122内，内筒121与内油管18连接，外筒122与外油管10连接。优选地，外筒122与外油管10可以在同心管水力负压射流冲煤粉装置12下放到井下之前预先连接在一起，可以使用焊接、铆接或者螺纹连接等方式，而内筒121与内油管18的连接需要在井下实施，因此，将同心管水力负压射流冲煤粉装置12连同外油管10下放到井下预定位置后，将内油管18套入到外油管10内并下放到井下，使用井下连接工具11将内筒121与内油管18连通。
[0038]喉道扩散管123设置在内筒121内，喉道扩散管123的上端与内油管18连通，SP通过喉道扩散管123返回的冲刷液体经过内油管18被输送到地面。高压腔126设置在喉道扩散管123的下方，高压腔126与内筒121和外筒122的环空连通，即从三柱塞往复泵I泵送出来的高压动力液2经内筒121和外筒122之间的环空，从高压腔126与该环空之间的入口进入到高压腔126内。高压嘴124安装在高压腔126的上端，高压嘴124与喉道扩散管123正对设置，喉道扩散管123的下端设置有罩盖着高压嘴124嘴口的部件，使得从高压嘴124喷射出的动力液流入到喉道扩散管123内，并且高压嘴124产生负压吸附作用，使得进入环空的冲刷液体被吸入到喉道扩散管123内后被排出。
[0039]搅拌嘴125安装在高压腔126的下端，并且搅拌嘴125在作业时伸入到混合地层液13内，高压动力液2流入到外油管10和内油管18之间的环空中时称为高压动力液19，当高压动力液19从高压腔126内经搅拌嘴125向井下喷射时，实现对井壁及井底进行冲洗，使煤粉流态化。
[0040]内筒121和外筒122上设置有连通内筒121和外筒122外部的吸入流道127，即外筒122外部的混合地层液13能够通过吸入流道127流入到内筒121内，而混合地层液13不能够被流入到内筒121和外筒122之间的环空中。
[0041]实施例二
[0042]本实施例提供了一种煤层气井同心管排煤粉系统的安装方式，参见图1至图4，本实施例提供的煤层气井同心管排煤粉系统的组成与原理与实施例一描述的相一致，该安装方式在于针对不同深度的作业井，或者随着冲刷深度的增加，需要延长内外油管时，描述该延长内外油管的方式。
[0043]先在同心管排煤粉系统井口装置4上安装上第一快换接头23，在井口套管四通6上端安装上第二快换接头25，并且使用高压管道将换向阀3、第二快换接头25以及固液分离装置15连通。这样，在冲煤粉作业过程中，通过同心管排煤粉系统井口装置4连接内外油管时，当内外油管成功连接后，高压动力液2通过换向阀3流向第一快换接头23，卸掉第二快换接头25，下放管柱继续冲煤粉作业。
[0044]实施例三
[0045]本实施例提供了一种煤层气井同心管排煤粉方法，使用实施例一所述的煤层气井同心管排煤粉系统，该方法的具体步骤为:
[0046]SI，确定作业井，在作业井井口安装上井口套管四通6，将外油管10携带同心管水力负压射流冲煤粉装置12下放到作业井的预期位置。
[0047]S2，将内油管18携带井下连接工具11下入到外油管10内部，在扶正器的作用下通过井下连接工具11将内油管18与内筒121连通。
[0048]S3，安装好地面部分，即将同心管排煤粉系统井口装置4安装在井口套管四通6的上方，将三柱塞往复泵I和固液分离装置15安装在预定的位置，使用高压管道或者普通管道按照规定要求将各构件连接起来，在三柱塞往复泵I和同心管排煤粉系统井口装置4之间的管道上安装好换向阀3和高压液流量计22。安装完成后进行系统试压。
[0049]S4，探得煤粉面后，提升冲煤粉管柱至离煤粉面2m?3m，开启系统进行冲煤粉作业。
[0050]S5，当冲涮一定深度的井筒后，原有的管柱不够长度，则通过同心管排煤粉系统井口装置4不断加长内外油管，即加深冲刷管柱，冲煤粉至设计深度后，保持循环排量，当返出液煤粉含量达到要求时，提起冲煤粉管柱15?20m以上，结束本次冲煤粉作业。
[0051]本发明的煤层气井同心管排煤粉系统的工作原理是:
[0052]由三柱塞往复泵I泵送出的高压动力液2经同心管排煤粉系统井口装置4进入到外油管10和内油管18之间的环空中，进入到该环空中的动力液成为高压动力液19。
[0053]高压动力液19沿外油管10和内油管18之间的环空以及内筒121和外筒122之间的环空进入到高压腔126，高压腔126上方的高压嘴124喷出高压动力液后产生负压吸附作用，搅拌嘴125喷射出高压动力液对井壁及井底进行冲洗，使煤粉流态化。
[0054]混合有煤粉的混合地层液13在负压吸附作用下经吸入流道127进入到喉道扩散管123内，动力液和地层液在喉道扩散管123内充分混合，混合后形成返出液16沿着内油管18上返到同心管排煤粉系统井口装置4内，经过返出液出口进入到固液分离装置15内。
[0055]返出液16在固液分离装置15的作用下将煤粉和动力液分离，分离后的低压动力液14通过三柱塞往复泵I再次形成高压动力液2，依次循环往复，直到井下煤粉被冲刷到复合标准为止。[0056]上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0057]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种煤层气井同心管排煤粉系统，其特征在于，所述系统包括:安装于作业井井口地面的地面部分和安装于作业井井下的井下部分， 所述地面部分包括三柱塞往复泵(I )、同心管排煤粉系统井口装置(4)、井口套管四通(6)和固液分离装置(15)，所述三柱塞往复泵(I)与所述同心管排煤粉系统井口装置(4)通过高压管连通，所述同心管排煤粉系统井口装置(4)与所述固液分离装置(15)通过高压管连通，所述固液分离装置(15)与所述三柱塞往复泵(I)管道连通，所述井口套管四通(6)安装在作业井井口，所述同心管排煤粉系统井口装置(4 )安装在所述井口套管四通(6 )上； 所述井下部分包括外油管(10)、内油管(18)和同心管水力负压射流冲煤粉装置(12)，所述外油管(10)套设在所述内油管(18)外部，所述外油管(10)和所述内油管(18)分别与所述井口套管四通(6)连接，所述同心管水力负压射流冲煤粉装置(12)具有内筒(121)和外筒(122)，所述内筒(121)与所述内油管(18)连接，所述外筒(122)与所述外油管(10)连接。
2.根据权利要求1所述的煤层气井同心管排煤粉系统，其特征在于，所述三柱塞往复泵(I)和所述同心管排煤粉系统井口装置(4)之间的高压管道上安装有换向阀(3)和高压液流量计(22)，所述换向阀(3)和所述高压液流量计(22)串联连接。
3.根据权利要求1所述的煤层气井同心管排煤粉系统，其特征在于，所述系统还包括鼓风机(8 )，所述鼓风机(8 )与所述井口套管四通(6 )连通。
4.根据权利要求1所述的煤层气井同心管排煤粉系统，其特征在于，所述同心管水力负压射流冲煤粉装置(12)还具有喉道扩散管(123)、高压嘴(124)、搅拌嘴(125)和高压腔(126)，所述喉道扩散管(123)设置在所述内筒(121)内，所述喉道扩散管(123)与所述内油管(18)连通； 所述高压腔(126)与所述内筒(121)和所述外筒(122)的环空连通，所述高压嘴(124)安装在所述高压腔(126)的上端，所述高压嘴(124)与所述喉道扩散管(123)正对设置，所述搅拌嘴(125)安装在所述高压腔(126)的下端； 所述内筒(121)和所述外筒(122)上设置有连通所述内筒(121)和所述外筒(122)外部的吸入流道(127)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的煤层气井同心管排煤粉系统，其特征在于，多根所述外油管(10)或者多根所述内油管(18)之间通过油管接箍(27)连接。
6.一种煤层气井同心管排煤粉方法，使用如权利要求5所述的煤层气井同心管排煤粉系统，其特征在于，所述方法的具体步骤为: SI，确定作业井，在作业井井口安装所述井口套管四通(6)，将所述外油管(10)携带所述同心管水力负压射流冲煤粉装置(12)下放到作业井的预期位置； S2，将所述内油管(18)携带井下连接工具(11)下入到所述外油管(10)内部，通过所述井下连接工具(11)将所述内油管(18)与所述内筒(121)连通； S3，安装好所述地面部分，进行系统试压； S4，探得煤粉面后，提升冲煤粉管柱至离煤粉面2m?3m，开启系统进行冲煤粉作业。
【文档编号】E21B21/00GK103867148SQ201210540756
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月13日 优先权日:2012年12月13日
【发明者】韩军, 綦耀光, 熊先钺, 王旱祥, 黄勇, 刘冰, 刘征, 王超, 王伟 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 中石油煤层气有限责任公司, 中国石油大学(华东)