一种合层排采煤层气井井下防砂与防煤粉的方法与流程

1.本发明涉及一种井下防砂与防煤粉的方法，尤其适用于煤层气开发主力产层位于煤系下部、且该主力产层煤体结构不完整、合层排采过程中大量吐砂、吐粉条件下的合层排采煤层气井井下防砂与防煤粉的方法。


背景技术：

2.我国煤层气资源丰富，预测埋深2000m以浅煤层气地质资源量达36.8
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m3，与常规天然气资源量相当。煤层气规模化开发能够缓解我国常规油气能源短缺形势，降低煤矿瓦斯事故发生几率，减少煤矿生产中温室气体排放量，可产生显著的经济、环境、安全及社会效益。
3.由于单一煤层所赋存的煤层气资源丰度较低，为了提高煤层气井产量与煤层气开发的经济效益，二叠统煤系多煤层发育区就需要采用煤层气合层开发的方式。目前煤系多煤层发育区煤层气合层开发与排采的具体工艺为：地面施工煤层气直井或定向井，垂向穿过煤系多个煤层，下生产套管后固井在开发煤层段进行射孔完井，然后采用单层分压或合层压裂方式对多个煤层进行压裂改造，最后通过排水降压方式对多个煤层的煤层气资源进行合层开发。而在多煤层煤层气合层开发条件下，由于绝大部分厚度大、含气性好、煤体结构破碎的构造煤产层在排采过程中吐砂、吐粉严重，从而导致合层排采煤层气井经常发生卡泵、埋泵情况，进而影响了煤层气井合层排采过程的连续性，并导致煤储层渗透性产生不可逆的伤害。
4.为了进一步提高合层开发煤层气井的产气效果，保障煤层气井具有长期、稳定、连续的排采过程，就需要通过优化煤层气井井下排采管柱结构与排采方法来解决井下防砂、防煤层的问题。
5.现有的合层开发煤层气井排采过程中均采用单一排采管柱，在排采过程中，由于构造煤产层所产生的大量煤粉、支撑剂与原生结构煤返排的含固相颗粒的返排液混合，进而在长期排采过程中不断进入管式泵泵筒，频繁引起卡泵、埋泵事故。为了改善煤层气井排采过程中频繁卡泵、埋泵的问题，以往在单排采管柱条件下采用了绕丝筛管来过滤煤粉，虽然起到了一定防砂、防煤粉效果，但这种方法会导致井筒液体在被吸入管式泵时煤粉、细粒支撑剂频繁堵塞绕丝筛管及吸液口，并引起管式泵举升泵效快速大幅下降，因此难以保证煤层气井的长期、稳定排水，也就无法解决当前合层排采煤层气井井下防砂、防煤粉的问题。


技术实现要素：

6.技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中存在的不足之处，提供一种大幅度减少构造煤产层中返排的煤粉、支撑剂进入管式泵泵筒，煤层气井井下防砂与防煤粉的合层排采煤层气井井下防砂与防煤粉的方法。
7.技术方案：本发明的一种合层排采煤层气井井下防砂与防煤粉的方法，在合层排
采煤层气井中设置上、下两套排采装置，所述的上排采装置包括上排采管柱、依次设在上排采管柱内的管式泵、筛管和设在上排采管柱底部的上丝堵；所述的下排采装置包括下排采管柱、设在下排采管柱顶部的封隔器、缠绕在下排采管柱上的绕丝筛管和设在下排采管柱底部的下丝堵，用于构造煤产层产出的返排液、地层水、煤层气通过，进入到下排采管柱内部，并在合层排采过程中不断向井口方向运移，同时阻止构造煤产层大量产出的支撑剂、煤粉进入到排采管柱内部，使被阻拦下来的支撑剂、煤粉在重力作用下不断沉入人工井底；将已经去除掉绝大部分固体颗粒的返排液、地层水通过筛管进入到上排采管柱内部，通过管式泵举升至地面；具体步骤如下：
8.(a)在煤系多煤层发育区地面施工一口具二开井身结构的煤层气直井，煤层气直井一开钻进至松散层与基岩界面之下15-20m完钻，然后下入表层套管固井，煤层气直井二开钻进至构造煤产层底面之下约80m完钻，在煤层气直井二开井段下入生产套管固井后形成人工井底，依次在生产套管位于构造煤产层、原生结构煤产层位置处射孔，并对构造煤产层、原生结构煤产层进行分层水力压裂改造；
9.(b)利用井下作业油管将下排采装置传送至构造煤产层附近，并使下排采管柱顶部的封隔器位于构造煤产层顶面之上2-3m进行打压座封；
10.(c)待对封隔器打压座封后，提出井下作业油管，然后将上排采装置下入到煤层气直井的生产套管内，并使上排采管柱底部的上丝堵距离下排采管柱顶部封隔器的距离为3-5m，以保证煤层气井合层排采过程中构造煤产层(5)深度降压，进而充分释放产气潜力；
11.(d)按照现有技术安装排采辅助设备，并按设定的排采作业制度进行合层排采。
12.所述生产套管固井后所形成的人工井底距离构造煤产层地面不小于60m。
13.所述在生产套管位于构造煤产层位置处的射孔限定在构造煤产层顶面与底面之间，根据煤层厚度采用全煤层段射孔或煤层段部分射孔的方式。
14.所述在生产套管位于原生结构煤产层位置处射孔限定在原生结构煤产层顶面与底面之间，当原生结构煤产层厚度小于1.5m时，向原生结构煤产层顶面之上扩射0.5m。
15.所述的封隔器采用水力膨胀式油管外封隔器，通过地面打压座封，并在排采过程中起到悬挂下排采管柱的作用。
16.所述的绕丝筛管的管内径不小于75mm，长度不小于构造煤产层厚度的2倍，筛孔孔径为4mm，筛孔密度为60-90孔/m，绕丝材质为铜，直径为1.5mm。
17.所述的下丝堵与人工井底的垂向距离不小于45m。
18.所述的筛管管内径不小于75mm，长度不小于8m，筛孔孔径为2-3mm，筛孔密度为120-150孔/m。
19.所述的筛管下端面与构造煤产层顶面之间的垂向距离小于8m。
20.有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明克服了合层排采方式下采用单一排采管柱井下排采管柱防砂、防煤粉效果差，煤层气井存在构造煤产层时频繁卡泵、埋泵及吸液口排采过程中经常堵塞的问题。首先，利用封隔器与下排采管柱形成一个半封闭的空间，使构造煤产层产出的返排液、地层水、煤层气通过并进入下排采管柱内部，并使被阻拦下来的支撑剂、煤粉在重力作用下不断沉入人工井底，实现气液与固体颗粒的分离；其次，利用上排采管柱将已经去除掉大部分固体颗粒的返排液、地层水举升至地面，不仅提高了排采泵效，而且降低了卡泵、埋泵风险。尤其适用于煤系中下部煤层气主力产层煤体结构破碎，
合层排采过程中大量吐砂、吐粉条件下，利用下排采管柱上的绕丝筛管阻挡支撑剂、煤粉进入上排采管柱作业空间，降低管式泵卡泵风险，保障合层排采煤层气井排采过程连续性。与现有技术相比的主要优点有：
21.①
利用上、下两套排采管柱，在井下实现了气液相与固相的高效分离，大幅度降低了卡泵风险；
22.②
不增加排采过程中的能耗与资金投入；
23.③
井下作业风险低，一次作业成功率高；
24.④
技术工艺简单，工程实施成本低，经济、环境与社会效益好。
附图说明
25.图1为本发明的合层排采煤层气井井下防砂与防煤粉的方法示意图。
26.图中：1-地面；2-表层套管；3-生产套管；4-原生结构煤产层；5-构造煤产层；6-固井水泥环；7-上排采管柱；8-管式泵；9-筛管；10-上丝堵；11-封隔器；12-下排采管柱；13-绕丝筛管；14-下丝堵；15-人工井底。
具体实施方式
27.下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
28.本发明的合层排采煤层气井井下防砂与防煤粉的方法：在合层排采煤层气井中设置上、下两套排采装置，所述的上排采装置包括上排采管柱7、依次设在上排采管柱7内的管式泵8、筛管9和设在上排采管柱7底部的上丝堵10；所述的下排采装置包括下排采管柱12、设在下排采管柱12顶部的封隔器11、缠绕在下排采管柱12上的绕丝筛管13和设在下排采管柱12底部的下丝堵14，用于构造煤产层5产出的返排液、地层水、煤层气通过，进入到下排采管柱12内部，并在合层排采过程中不断向井口方向运移，同时阻止构造煤产层5大量产出的支撑剂、煤粉进入到排采管柱12内部，使被阻拦下来的支撑剂、煤粉在重力作用下不断沉入人工井底15；将已经去除掉绝大部分固体颗粒的返排液、地层水通过筛管9进入到上排采管柱7内部，通过管式泵8举升至地面；所述的绕丝筛管13的管内径不小于75mm，长度不小于构造煤产层5厚度的2倍，筛孔孔径为4mm，筛孔密度为60-90孔/m，绕丝材质为铜，直径为1.5mm；所述的下丝堵14与人工井底15的垂向距离不小于45m。所述的筛管9管内径不小于75mm，长度不小于8m，筛孔孔径为2-3mm，筛孔密度为120-150孔/m；筛管9的下端面与构造煤产层5顶面之间的垂向距离小于8m。
29.具体步骤如下：
30.(a)在煤系多煤层发育区地面1施工一口具二开井身结构的煤层气直井，煤层气直井一开钻进至松散层与基岩界面之下15-20m完钻，然后下入表层套管2固井，煤层气直井二开钻进至构造煤产层5底面之下约80m完钻，在煤层气直井二开井段下入生产套管3固井后形成人工井底15，依次在生产套管3位于构造煤产层5、原生结构煤产层4位置处射孔，并对构造煤产层5、原生结构煤产层4进行分层水力压裂改造；所述生产套管3固井后所形成的人工井底15距离构造煤产层5地面不小于60m；在生产套管3位于构造煤产层(5)位置处的射孔限定在构造煤产层5顶面与底面之间，根据煤层厚度采用全煤层段射孔或煤层段部分射孔的方式；在生产套管3位于原生结构煤产层4位置处射孔限定在原生结构煤产层4顶面与底
面之间，当原生结构煤产层4厚度小于1.5m时，向原生结构煤产层4顶面之上扩射0.5m。
31.(b)利用井下作业油管将下排采装置传送至构造煤产层5附近，并使下排采管柱12顶部的封隔器11位于构造煤产层5顶面之上2-3m进行打压座封；所述的封隔器11采用水力膨胀式油管外封隔器，通过地面打压座封，并在排采过程中起到悬挂下排采管柱12的作用。
32.(c)待对封隔器11打压座封后，提出井下作业油管，然后将上排采装置下入到煤层气直井的生产套管3内，并使上排采管柱7底部的上丝堵10距离下排采管柱12顶部封隔器11的距离为3-5m，以保证煤层气井合层排采过程中构造煤产层5深度降压，进而充分释放产气潜力；
33.(d)按照现有技术安装排采辅助设备，并按设定的排采作业制度进行合层排采。
34.由于构造煤产层位于一个或多个原生结构煤产层之下，且具有煤层厚度大、含气性好、资源丰度高等特征，综合评价为合层开发煤层气井的产水贡献层、产气贡献层；利用下排采管柱上的绕丝筛管阻挡支撑剂、煤粉进入上排采管柱作业空间，降低卡泵、埋泵风险，保障合层开发煤层气井排采过程连续性。
35.实施例：
36.(a)在煤系多煤层发育区地面1施工一口具二开井身结构的煤层气直井，煤层气直井一开钻头直径φ311.1mm，钻进至第四系底面之下20m完钻，然后下入外径φ244.5mm的j55钢级表层套管2固井，煤层气直井二开钻头直径φ215.9mm，钻进至构造煤产层5底面之下80m完钻，在煤层气直井二开井段下入外径φ177.8mm的n80钢级的生产套管3固井后，然后依次在构造煤产层5、原生结构煤产层4生产套管3位置射孔，并对构造煤产层5、原生结构煤产层4进行分层水力压裂改造；所述二开井段生产套管3固井后所形成的人工井底15距离构造煤产层5地面不小于60m；构造煤产层5位于一个或多个原生结构煤产层4之下，且具有煤层厚度大、含气性好、资源丰度高等特征，综合评价为合层开发煤层气井的产水贡献层、产气贡献层；构造煤产层5段生产套管3射孔位置限定在构造煤产层5顶面与底面之间，采用全煤层段射孔或煤层段部分射孔的方式；原生结构煤产层4段套管3射孔位置限定在原生结构煤产层4顶面与底面之间，当原生结构煤产层4厚度小于1.5m时，向原生结构煤产层4顶面之上扩射0.5m；
37.(b)利用井下作业油管将顶部装有封隔器11的下排采管柱12传送至构造煤产层5附近，并使下排采管柱12顶部的封隔器11位于构造煤产层5顶面之上2m；所述下排采管柱12包括封隔器11、绕丝筛管13、下丝堵14，主要作用为使构造煤产层5产出的返排液、地层水、煤层气通过并进入下排采管柱12内部，并在合层排采过程中不断向井口方向运移，同时阻止构造煤产层5大量产出的支撑剂、煤粉进入排采管柱12内部，并使被阻拦下来的支撑剂、煤粉在重力作用下不断沉入人工井底15；封隔器11为水力膨胀式油管外封隔器，通过地面打压座封，并在排采过程中起到悬挂下排采管柱12的作用；绕丝筛管13管内径不小于75mm，长度不小于构造煤产层5厚度的2倍，筛孔孔径为4mm，筛孔密度为60-90孔/m，绕丝材质为铜，直径为1.5mm；下丝堵14与人工井底的垂向距离不小于45m；
38.(c)待对封隔器11打压座封后，提出井下作业油管，然后将底部设有上丝堵10的上排采管柱7下入到煤层气直井生产套管3内，并使上排采管柱7底部的上丝堵10距离下排采管柱12顶部封隔器11的距离为3-5m，以保证煤层气井合层排采过程中构造煤产层5可深度降压，进而充分释放产气潜力；所述上排采管柱7包括管式泵8、筛管9、上丝堵10，主要作用
为将已经去除掉绝大部分固体颗粒的返排液、地层水举升至地面；筛管9管内径不小于75mm，长度不小于8m，筛孔孔径为2-3mm，筛孔密度为120-150孔/m；筛管9下端面与构造煤产层5顶面之间的垂向距离小于8m；
39.(d)安装抽油杆后，启动游梁式抽油机，按照既定的排采作业制度进行合层排采。