一种煤层气与砂岩气同井生产管柱及开采方法与流程

本发明涉及油气开采领域，具体涉及一种煤层气与砂岩气井同井生产管柱及生产方法。

背景技术：

国内外对于一口井含有多层砂岩或煤层，其开采方式目前主要有多层合采和同井多通道开采两种方式。其中多层合采适用于压力系数和储层物性接近的多个储层直接合采，同井多通道开采主要用于压力系统差异较大的多个储层分采。而对于同一区块同时含有煤层气和砂岩气的井，由于煤层气主要以吸附态赋存于煤层，其开采方式为排水，降压，解吸，开采过程中要将可能降低储层压力，不断扩大煤层的压降漏斗。而砂岩气以游离态赋存于砂岩，其开采方式主要依靠地层能量，开采过程中要尽量维持地层压力。煤层气与砂岩气的储层，不仅两者压力体系差异大，而且物性和开采方式也有很大差别。目前的开采方式是利用两口井分别开采煤层气和砂岩气，这种方式占地地面大、生产成本高。对于利用一口井同时实现页岩气和煤层气的开采技术，无先例可循，难度大。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种煤层气与砂岩气同井生产管柱。

本发明的另一个目的是提供一种煤层气与砂岩气同井开采的开采方法。

为了实现上述目的和其它优点，本发明提供了一种煤层气与砂岩气同井生产管柱，其结构包括：套管、同轴套设在套管内的外层连续油管和内层连续油管，外层连续油管下端通过连接器一连接丢手一，丢手一下端依次连接安全阀、滑套装置、封隔器、筛网堵塞器一；内层连续油管下端通过连接器二连接丢手二，丢手二下端连接筛网堵塞器二。所述套管与外层连续油管之间形成第一环形空间，外层连续油管与内层连续油管之间形成第二环形空间。封隔器位于第一环形空间内砂岩和煤层两者之间并将砂岩和煤层在井筒中隔绝分开。所述内层连续油管顶端与位于地面的闸阀a连通，所述第二环形空间与位于地面的闸阀b连通，第一环形空间与位于地面的闸阀c连通。

所述安全阀包括阀体，阀体中心开设与外层连续油管同轴且连通的中心通道，通道内侧壁面开设与第一环形空间连通的气孔，气孔内设置气动阀构件。所述气孔有两个，两个气孔分别对称设置在阀体左右两侧壁面，气孔的中轴线垂直于阀体中心通孔的中轴线。所述气孔两端内径较小，中部内径较大。所述气动阀构件包括位于气孔内的球座、圆球、挡板和条形弹簧，球座位于气孔内靠近阀体中心通道内侧壁面且与气孔的进气口连通。球座上设置活动的圆球，用于抵挡封堵气孔的进气口，圆球前端设置挡板，弹簧两端分别抵靠挡板和气孔的出气口内侧。当第二环形空间内的压力小于安全阀的开启压力时，在条形弹簧的作用下，圆球在球座内与球座内壁面紧密贴合，封堵气孔的进气口，气密性好，完全隔绝第一环形空间和第二环形空间。当第二环形空间内的压力达到安全阀的开启压力时，圆球在第二环形空间内的压力作用下向气孔中部移动，圆球推动挡板压缩条形弹簧，第二环形空间内的流体从进气口流出。安全阀的开启压力低于滑套装置的开启压力且高于气举时井底最大压力。

所述滑套装置包括外层圆筒，紧贴外层圆筒内壁面设置内层圆筒，外层圆筒与内层圆筒的接触面设有o形密封圈。内层圆筒顶端设有活动的钢球，钢球在井底液体浮力或井底压力的作用下可上下移动；两个圆筒之间通过剪切销钉固定连接，当刚球上部的压力高于剪切销钉的剪切力时，销钉剪断，钢球和内层圆筒相对于外层圆筒向下滑落。

一种利用上述的生产管柱进行煤层气与砂岩气同井开采的操作方法，包括如下步骤：

s1、将煤层气与砂岩气同井生产管柱下入井内，具体操作如下：

s11、在外层连续油管下端依次连接连接器一、丢手一、安全阀、滑套装置、封隔器、筛网堵塞器一等常规工具，工具长度复合后，将连续油管及工具收入防喷管内，然后连接防喷管与井口；

s12、依次检查各管汇及闸门，确认无误后，此时开始下入工具；

s13、工具下入至预定深度后，启动四闸板防喷器的悬挂和半封功能，将连续油管悬挂在井口，确认防喷器半封密封合格后，井口泄压，使用防喷器剪切闸板剪断连续管；

s14、移开注入头，对井口处连续油管管端进行修整和矫直处理，在修整后的管端安装连接件和原井“萝卜头”(原井“萝卜头”指的是油管固定装置)，用于将连续油管固定在井口；

s15、注入头上的连续油管也进行修整和矫直处理，同时在防喷盒下加装防喷管，将“萝卜头”在井口完成回接；

s16、吊车缓慢下放注入头并使防喷管与井口连接，关闭防喷器悬挂和半封功能，缓慢下连续油管，使“萝卜头”完全坐入油管头内；

s17、在连续油管入口端泵压，同时缓慢起连续油管，连续油管悬重无增加说明成功丢手，关闭井口闸阀，井口泄压后取出送入工具；

s18、打开井口闸阀，向井口连续油管缓慢泵压，先将封隔器坐封，封隔器坐封并验封合格后，继续泵压，压力达到筛网堵塞器一的设定值，此时筛网堵塞器一脱落，煤层与外层连续油管连通；

s19、向外层连续油管内投入钢球，然后将内层连续油管下端依次连接如下工具：连接器二、丢手二、筛网堵塞器二，重复步骤s13-s17，最后完成内层连续油管的剪切与固定工作，即完成生产管柱下入井内的工作。

s2、生产初期，煤层气与砂岩气分排、分采

生产管柱下入井内后，开始投产，同时开启地面的闸阀a、闸阀b、闸阀c，砂岩气由第一环形空间流至地面进入储气罐；利用空压机向第二环形空间注入气体或者直接利用储气罐中的砂岩气对煤层进行气举排液，流体从内层连续油管流至地面，然后经过地面气液分离装置分离出气体和水，气体又进入储气罐；整个气举排液过程，井底压力低于安全阀开启压力，气体实现循环利用；砂岩气的产量通过第一环形空间井口压力控制；煤层的排液量通过注气量控制，实现对井筒液面的控制，达到煤层精细排液。

s3、进入生产中期后，煤层形成压降漏斗，煤层气从煤层解吸产出，此时煤层气与砂岩气同井分采，砂岩气由第一环形空间产出，煤层气由内层连续油管或第二环形空间产出；若同井分采过程中第一环形空间发生积液，关闭闸阀a，煤层气停止生产，利用空压机向第二环形空间注入气体或直接利用储气罐中产出的砂岩气，当井底压力高于安全阀开启压力时，安全阀开启，气举进入第一环形空间将积液气举至地面；待积液排出后，打开闸阀a，煤层气与砂岩气继续分采。

s4、进入生产后期，当煤层压力与砂岩压力接近一致(相差1-2mpa)时，关闭闸阀b、c，向内层连续油管泵压，当钢球上部的压力高于剪切销钉的剪切力时，销钉剪断，钢球和内层圆脱落，第一环形空间与内层、外层连续油管连通，砂岩气与煤层气进行合采，合采的气体由第一环形空间、第二环形空间或内层连续油管产出。

由于同井开采页岩气和煤层气的技术目前还未见报道，本发明结合自身的设计特点和现场实际工况能产生以下有益效果：

本发明的开采方法根据煤层气与砂岩气在各个阶段生产的不同特点，在井筒中分别实现两气分采、气举排液、两气合采的开采过程。利用封隔器将煤层、砂岩在井筒中隔离开，利用第一环形空间实现砂岩气生产，利用内、外层连续油管实现煤层气的生产，达到两气分采。当砂岩气在生产过程中第一环形空间发生积液时，可以通过关闭闸阀a，向第二环形空间注入生产的砂岩气，打开安全阀，实现砂岩气循环利用，进而实现将第一环形空间中的积液举出地面。当煤储层与砂岩地层的压力接近且井筒液量较少时，向内层连续油管泵入液体，将钢球和内层圆筒打脱，实现第一环形空间与内、外层连续油管连通，砂岩气与煤层气可以根据生产需要，选择从内层连续油管、第二环形空间或第一环形空间生产，达到两气合采。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、本发明的煤层气与砂岩气同井生产管柱的结构示意图。

图2、安全阀的剖视图。

图3、滑套装置的剖视图。

图4、本发明的煤层气与砂岩气同井开采方法的两气分采流程图。

图5、本发明的煤层气与砂岩气同井开采方法的气举排液流程图。

图6、本发明的煤层气与砂岩气同井开采方法的两气合采流程图。

图中标号：

内层连续油管1、外层连续油管2、套管3、连接器一4、丢手一5、安全阀6、滑套装置7、封隔器8、筛网堵塞器一9、砂岩10、煤层12、连接器二13、丢手二14、筛网堵塞器二15、阀体61、球座62、圆球63、挡板64、中心通道65、条形弹簧66、钢球71、外层圆筒72、o形密封圈73、内层圆筒74、剪切销钉75。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种煤层气与砂岩气同井生产管柱，其结构包括：套管3、同轴套设在套管内的外层连续油管2和内层连续油管1，外层连续油管2下端通过连接器一4连接丢手一5，丢手一下端依次连接安全阀6、滑套装置7、封隔器8、筛网堵塞器一9；内层连续油管下端通过连接器二13连接丢手二14，丢手二下端连接筛网堵塞器二15。所述套管与外层连续油管之间形成第一环形空间，外层连续油管与内层连续油管之间形成第二环形空间。封隔器8位于第一环形空间内砂岩10和煤层12两者之间并将砂岩10和煤层12在井筒中隔绝分开。所述内层连续油管1顶端与位于地面的闸阀a连通，所述第二环形空间与位于地面的闸阀b连通，第一环形空间与位于地面的闸阀c连通。

连接器一4、连接器二13、丢手一5、丢手二14、封隔器8、筛网堵塞器一9、筛网堵塞器二15等均是常规工具。连接器主要用于连接油管和丢手，在管柱遇卡时，通过投球打压实现丢手，从而保证丢手以上的管柱可以顺利取出，丢手下部的管柱留在井筒。封隔器8主要靠打压坐封，坐封后实现对整个管柱的锚定与第一环形空间的上下分隔。筛网堵塞器一9主要在管柱下入过程中封堵连续油管，避免井筒中砂岩气从油管泄露，当管柱下至预定深度且封隔器8坐封后，通过打压将内置的筛网堵塞器一9打脱到工具底部，实现油管与井筒的连通。

如图2所示，所述安全阀6包括阀体61，阀体中心开设与外层连续油管同轴且连通的中心通道65，通道侧壁面开设与第一环形空间连通的气孔，气孔内设置气动阀构件。所述气孔体有两个，两个气孔分别对称设置在阀体左右两侧壁面，气孔的中轴线垂直于阀体中心通孔的中轴线。所述气孔两端内径较小，中部内径较大。所述气动阀构件包括位于气孔内的球座62、圆球63、挡板64和条形弹簧66，球座位于气孔内靠近阀体中心通道内侧壁面且与气孔的进气口。所述球座呈横向设置的漏斗形，漏斗的小口径端(漏口)朝向阀体中心通道65，漏斗漏口与气孔进气口连通。圆球63放置在球座的漏斗内，用于抵挡气孔的进气口，该圆球可以左右活动。圆球63前端设置挡板64，条形弹簧66两端分别抵靠挡板和气孔的出气口内侧。当第二环形空间内的压力小于安全阀6的开启压力时，在条形弹簧66的作用下，圆球63表面与球座漏斗内壁面紧密贴合，封堵进气口，气密性好，完全隔绝第一环形空间和第二环形空间。当第二环形空间内的压力达到安全阀的开启压力时，圆球63在第二环形空间内的压力作用下向气孔中部移动，圆球63推动挡板64移动压缩条形弹簧66，第二环形空间内的流体可以从球座漏斗的漏口流出。安全阀6的开启压力低于滑套装置7的开启压力且高于气举排液时井底最大压力。

如图3所示，所述滑套装置7包括外层圆筒72，紧贴外层圆筒内壁面设置内层圆筒74，外层圆筒与内层圆筒的接触面设有o形密封圈73。内层圆筒顶端设有活动的钢球71，钢球在井底液体浮力或井底压力的作用下可上下移动。两个圆筒之间通过剪切销钉75固定连接，当钢球上部的压力高于剪切销钉的剪切力时，销钉剪断，钢球和内层圆筒相对于外层圆筒向下滑落。

利用上述的生产管柱进行煤层气与砂岩气同井开采施工时，首先，将煤层气与砂岩气同井生产管柱下入井内；生产管柱下入完毕后，此时该井准备投产，投产分为生产初期、生产中期、生产后期。

将煤层气与砂岩气同井生产管柱下入井内的具体操作如下：

s11、在外层连续油管2下端依次连接连接器一4、丢手一5、安全阀6、滑套装置7、封隔器8、筛网堵塞器一9等常规工具，工具长度复合后，将连续油管2及连接的上述工具收入防喷管内，然后连接防喷管与井口；

s12、依次检查各管汇及闸门，确认无误后，此时开始下入工具；

s13、工具下入至预定深度后，启动四闸板防喷器的悬挂和半封功能，将连续油管4悬挂在井口，确认防喷器半封密封合格后，井口泄压，使用防喷器剪切闸板剪断连续管；

s14、移开注入头，对井口处连续油管管端进行修整和矫直处理，在修整后的管端安装连接件和原井“萝卜头”，用于将连续油管固定在井口；

s15、注入头上的连续油管也进行修整和矫直处理，同时在防喷盒下加装防喷管，将送入工具与“萝卜头”在井口完成回接；

s16、吊车缓慢下放注入头并使防喷管与井口连接，关闭防喷器悬挂和半封功能，缓慢下连续油管，使“萝卜头”完全坐入油管头内；

s17、在连续油管入口端泵压，同时缓慢起连续油管，连续油管悬重无增加说明成功丢手，关闭井口闸阀，井口泄压后取出送入工具；

s18、打开井口闸阀，向井口连续油管缓慢泵压，先将封隔器8坐封，封隔器8坐封并验封合格后，继续泵压，压力达到筛网堵塞器一9的设定值，此时堵塞器9脱落，煤层12与外层连续油管2连通；

s19、向外层连续油管2内投入钢球71，然后将内层连续油管1下端依次连接如下工具：连接器二13、丢手二14、筛网堵塞器二15，重复步骤s13-s17，最后完成内层连续油管1的剪切与固定工作，即完成生产管柱下入井内的工作。

生产管柱下入完毕后，开始投产，投产具体操作如下：

(1)生产初期，煤层气与砂岩气分排、分采

生产管柱下入井内后，开始投产，同时开启地面的闸阀a、闸阀b、闸阀c，砂岩气由第一环形空间流至地面进入储气罐；利用空压机向第二环形空间注入气体或者直接利用储气罐中的砂岩气对煤层进行气举排液，流体从内层连续油管流至地面，然后经过地面气液分离装置分离出气体和水，气体又进入储气罐；整个气举排液过程，井底压力低于安全阀开启压力，气体实现循环利用；砂岩气的产量通过第一环形空间井口压力控制；煤层的排液量通过注气量控制，实现对井筒液面的控制，达到煤层精细排液。当地层压力达到煤层气的解吸压力时，煤层气逐渐从煤层解吸，内侧连续油管内会有少量气体产出。两气分采流程图见图4。

(2)进入生产中期后，煤层形成压降漏斗，煤层气从煤层解吸产出，此时煤层气与砂岩气同井分采，砂岩气由第一环形空间产出，煤层气由内层连续油管或第二环形空间产出；若同井分采过程中第一环形空间发生积液，关闭闸阀a，煤层气停止生产，利用空压机向第二环形空间注入气体或直接利用储气罐中产出的砂岩气，当井底压力高于安全阀开启压力时，安全阀开启，气举进入第一环形空间将积液气举至地面；待积液排出后，打开闸阀a，煤层气与砂岩气继续分采。第一环形空间气举排液流程图见图5。

(3)进入生产后期，当煤层压力与砂岩压力相差1-2mpa时，关闭闸阀b、c，向内层连续油管泵压，当刚球上部的压力高于剪切销钉的剪切力时，销钉剪断，钢球和内层圆脱落，第一环形空间与内层、外层连续油管连通，砂岩气与煤层气进行合采，合采的气体由第一环形空间、第二环形空间或内层连续油管产出。两气合采流程图见图6。

综上所述，本发明一种煤层气与砂岩气同井生产管柱及开采方法，解决了煤层气和砂岩气同井生产过程中由于两者储层物性，开采差异造成的层间干扰问题。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。