一种多煤层独立含气系统控压单泵排采装置及排采方法与流程

本发明涉及煤矿开发技术领域，特别是涉及一种多煤层独立含气系统控压单泵排采装置及排采方法。

背景技术：

在多煤层区进行煤层气排采时，受储层非均质性、储层压力、供液能力、渗透率、煤层含气量及含气饱和度等因素的影响，不同含气系统之间往往存在层间干扰现象，导致气井产能降低。尽管前人在煤层气相关基础地质和压裂、排采方面已开展了大量的研究工作，但主要以单煤层为研究对象，针对多煤层独立含气系统的研究较少，现阶段多煤层地区气井产能普遍较低，而前人提出的“分层控压、合层排采”装置、方法与技术，虽然可以将各煤层在垂向上上分隔开，但却无法对各煤层排水降压的速度进行控制，也无法对各煤层的产气能力进行监测，难以实现在排采过程中对排采计划进行优化。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种多煤层独立含气系统控压单泵排采装置及排采方法，使各独立含气系统形成独立的动液面，依据前期数值模拟的结果，调节各独立含气系统排水降压的速率，减小层间干扰，使压降漏斗尽可能扩展，提高产气量。

本发明所采用的技术方案是：一种多煤层独立含气系统控压单泵排采装置，包括内套管和外套管，所述内套管套设在外套管内部，所述外套管贯穿多个独立含气系统，其特征在于：所述内套管内部设置有油管，油管内部设置有抽油杆，所述抽油杆的底端连接管式泵，所述管式泵底部设有沉砂管，所述沉砂管上方还设有筛管；

所述内套管与外套管之间设有封隔器一和封隔器二，所述封隔器一设置在除最下侧两独立含气系统外各独立含气系统底端对应的内套管外侧，所述封隔器二设置在自下而上倒数第二个独立含气系统底端对应的内套管外侧；

所述内套管内管壁还固定设有压力计电缆和环形限流阀电缆，所述压力计电缆底端连接压力计，压力计固定安装在内套管内壁底端，所述环形限流阀电缆底端连接各独立含气系统的环形限流阀。

进一步地，所述内套管外壁环剥若干半环形开口，并且在半环形开口外侧加装环形限流阀，所述环形限流阀的高度和直径均大于半环形开口的高度和直径。

进一步地，所述环形限流阀由限流阀和牵引器组成，环形限流阀的开口大小由限流阀一侧的牵引器牵引控制，环形限流阀电缆穿过内套管壁与牵引器相连接。

进一步地，所述排采装置还包括测量独立含气系统产气量的气体流量计和用以固定内套管的扶正器，所述气体流量计固定安装在井口，所述扶正器设置在内套管与外套管之间。

进一步地，所述封隔器一纵向设置有产气辅助通道和内套管通道，所述内套管通道位于封隔器一中部，所述产气辅助通道与内套管通道相切，并且产气辅助通道直径小于内套管通道，所述内套管穿过内套管通道与外套管相固定；所述封隔器二用于阻隔最底端独立含气系统与其上相邻的含气系统，使各独立含气系统相对独立，并且封隔器二纵向设置有用以穿过内套管的内套管通道。

进一步地，所述排采装置还包括若干产气辅助管，所述产气辅助管穿过产气辅助通道，并且产气辅助管的上端与气体流量计相连接，下端分别与其对应的独立含气系统相通，所述产气辅助管还可以用于观察调节各独立含气系统的动液面。

进一步地，所述产气辅助管下端分别与除最顶端独立含气系统和最底端独立含气系统外的各独立含气系统相通。

一种多层独立含气系统煤层气分系统控压单泵排采方法，包含以下步骤：

步骤一：依据渗流力学原理，并结合煤层气开发实验和数值模拟技术，对煤储层压力的传播规律进行预测，作为调节环形限流阀出水量的依据；

步骤二：根据目标区单一煤层含气性和储层压力在层位上的分布规律，将目标区煤层群分为几个独立含气系统，依据对独立含气系统的划分，在除最下侧两独立含气系统外各独立含气系统底端内套管的外侧安装封隔器一，在自下而上倒数第二个独立含气系统底端内套管的外侧安装封隔器二，将封隔器一上的产气辅助通道与产气辅助管相连，将压力计电缆与压力计相连，并将压力计固定在内套管内壁的底部，对压力计以及压力计与压力计电缆连接段进行密封处理；

步骤三：依据独立含气系统划分结果及各含气系统储层特征，结合前期数值模拟结果，在各含气系统达到最大产气能力时对应的液柱高度处开半环形口，并预留受力段，在半环形口外侧安装环形限流阀，将环形限流阀电缆穿过内套管管壁与环形限流阀牵引器相连，并对环形限流阀以及环形限流阀电缆连接段进行密封处理；

步骤四：将固定有环形限流阀和压力计的内套管、封隔器一、封隔器二、产气辅助管、压力计电缆、环形限流阀电缆下入到设计深度，坐封封隔器一和封隔器二，使内外套管之间形成对应于各独立含气系统的独立空间；

步骤五：安装井口，开始抽采，在抽采过程中，依据各独立含气系统储层特征和前期模拟结果，制定环形限流阀出水量计划，调整各环形限流阀的开口大小，控制各含气系统流入泵口处的水量，实时监测压力计读数和气体流量计读数，保证压力计数值平稳下降，减小对储层的伤害，并使压降漏斗尽可能扩展，将气体流量计读数与前期模拟结果进行对比，并进行反演，作为调整环形限流阀流量的依据；

步骤六：排采后期，煤层产液量降低，减小冲次，降低动液面下降速度，当各独立含气系统达到其最大产气能力后，动液面降到半环形开口的顶界，保证煤层不暴露。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）根据煤储层特性的差异，将煤层群分为不同的含气系统，并将各独立含气系统用封隔器分隔开，使不同的含气系统封隔在不同的压力系统中，在内套管对应各独立含气系统的特定位置开半环形口，并安装环形限流阀，调节阀门开关可以控制流入内套管泵口的水量，可以促进各独立含气系统压降漏斗的扩展，使各独立含气系统产能得到释放

（2）产气辅助管可以将各独立含气系统产出的气体分隔开，在产气辅助管顶端安装气体流量计，可对各独立含气系统产气量进行监测，用前期数值模拟的结果与实际产气量进行对比，并进行反演，用于修正环形限流阀流量，以使各独立含气系统压降漏斗持续、稳定扩展。

附图说明

图1为本发明多煤层独立含气系统控压单泵排采装置的结构示意图；

图2为本发明中环形限流阀结构示意图；

图3中图（a）是封隔器一的剖面图，图（b）是封隔器二的剖面图。

其中：1-压力计电缆，2-环形限流阀电缆，3-气体流量计，4-扶正器，5-抽油杆，6-油管，7-外套管，8-内套管，9-环形限流阀，10-产气辅助管，11-封隔器一，12-封隔器二，13-管式泵，14-筛管，15-沉砂管，16-压力计，17-限流阀，18-牵引器，19-产气辅助通道，20-内套管通道。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图1和图2所示，一种多煤层独立含气系统控压单泵排采装置，包括内套管8和外套管7，所述内套管8套设在外套管7内部，所述外套管7贯穿多个独立含气系统，所述内套管8内部设置有油管6，油管6内部设置有抽油杆5，所述抽油杆5的底端连接管式泵13，所述管式泵13底部设有沉砂管15，所述沉砂管15上方还设有筛管14；

所述内套管8与外套管7之间设有封隔器一11和封隔器二12，所述封隔器一11设置在除最下侧两独立含气系统外各独立含气系统底端对应的内套管8外侧，所述封隔器二12设置在自下而上倒数第二个独立含气系统底端对应的内套管8外侧；

所述内套管8内管壁还固定设有压力计电缆1和环形限流阀电缆2，所述压力计电缆1底端连接压力计16，压力计16固定安装在内套管8内壁底端，所述环形限流阀电缆2底端连接各独立含气系统的环形限流阀9。

在上述实施例中，所述内套管8外壁环剥若干半环形开口，并且在半环形开口外侧加装环形限流阀9，所述环形限流阀9的高度和直径均大于半环形开口的高度和直径；所述环形限流阀9由限流阀17和牵引器18组成，环形限流阀9的开口大小由限流阀17一侧的牵引器18牵引控制，环形限流阀电缆2穿过内套管8壁与牵引器18相连接。

在上述实施例中，所述排采装置还包括测量独立含气系统产气量的气体流量计3和用以固定内套管的扶正器4，所述气体流量计3固定安装在井口，所述扶正器4设置在内套管8与外套管7之间，气体流量计3为旋进漩涡流量计，扶正器4为弹性限位扶正器。

如图3所示，所述封隔器一11纵向设置有产气辅助通道19和内套管通道20，所述内套管通道20位于封隔器一11中部，所述产气辅助通道19与内套管通道20相切，并且产气辅助通道19直径小于内套管通道20，所述内套管8穿过内套管通道20与外套管7相固定；所述封隔器二12用于阻隔最底端独立含气系统与其上相邻的独立含气系统，使各独立含气系统相对独立，并且封隔器二12纵向设置有用以穿过内套管8的内套管通道20。

在上述实施例中，所述排采装置还包括若干产气辅助管10，所述产气辅助管10穿过产气辅助通道19，并且产气辅助管10的上端与气体流量计3相连接，下端分别与其对应的独立含气系统相通，所述产气辅助管10还可以用于观察调节各独立含气系统的动液面。

此处以三个独立含气系统煤层气分系统控压单泵排采为例，实施步骤如下：

步骤一：依据渗流力学原理，并结合煤层气开发实验和数值模拟技术，对煤储层压力的传播规律进行预测，作为调节环形限流阀出水量的依据；

步骤二：根据目标区单一煤层含气性和储层压力在层位上的分布规律，将目标区煤层群分为三个独立含气系统，依据对独立含气系统的划分，在第一独立含气系统底端内套管的外侧安装封隔器一，在第二独立含气系统底端内套管的外侧安装封隔器二，将封隔器一上的产气辅助通道与产气辅助管相连，将压力计电缆与压力计相连，并将压力计固定在内套管内壁的底部，对压力计以及压力计与压力计电缆连接段进行密封处理；

步骤三：依据独立含气系统划分结果及各含气系统储层特征，结合前期数值模拟结果，在各独立含气系统达到最大产气能力时对应的液柱高度处开半环形口，并预留受力段，在半环形口外侧安装环形限流阀，共安装两个环形限流阀，将环形限流阀电缆穿过内套管管壁与环形限流阀牵引器相连，并对环形限流阀以及环形限流阀电缆连接段进行密封处理；

步骤四：将固定有环形限流阀和压力计的内套管、封隔器、产气辅助管下入设计深度，坐封封隔器，使内外套管之间形成对应于各独立含气系统的独立空间；

步骤五：安装井口，开始抽采，在抽采过程中，依据三个独立含气系统储层特征和前期模拟结果，制定环形限流阀出水量计划，调整各环形限流阀的开口大小，控制各独立含气系统流入泵口处的水量，实时监测压力计和气体流量计读数，保证压力计数值平稳下降，减小对储层的伤害，并使压降漏斗尽可能扩展，将气体流量计读数与前期模拟结果进行对比，并进行反演，作为调整环形限流阀流量的依据；

步骤六：排采后期，煤层产液量降低，减小冲次，降低动液面下降速度，当各独立含气系统达到其最大产气能力后，动液面降到半环形开口的顶界，保证煤层不暴露。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。