一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵及方法与流程

本发明涉及煤层气开发，具体来说是一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵。

背景技术：

1、在煤层气井压裂改造后的排采过程中，地层砂、压裂砂、煤粉会随着地层流体进入井筒，造成井筒堵塞、排采泵磨损、卡泵等，并导致产气量下井。采用水力冲砂方法，借助高速循环流动的液体可将井筒积砂积粉冲散并携带到地面，但是，由于排采后储层压力很低，洗井过程中水量滤失严重，井筒中上返的液体流量和流速很低，建立不起有效的循环，砂子及煤屑难以返排出井筒，相反，注入水可能将煤粉等压入储层，造成储层裂缝污染和产量降低。采用机械捞砂泵，根据抽油泵的原理，由作业机提供动力，油管作为动力轴，下沉砂管作为储砂口袋，在地层压力低、漏失严重的井中使用效果较好，但由于机械结构限制，只能在直井或一定斜度井中使用，即使通过在捞砂泵下端配套相应的捞砂管柱可以进行水平井捞砂，但受捞砂泵排量的限制和流速，有效捞砂距离有限。后来在扶正器的辅助下，实现了水平井的捞砂工作。扶正器的工作原理为将原来的管、杆与套管的面接触改成了点接触，从而减小摩擦力，防止管杆磨损的同时，可便于管杆下入井内。所以采用的扶正器一般为金属、合金材质，表面光滑。虽然加入扶正器可便于管杆进入水平井，但在活塞往复抽拉时，容易带动沉砂管一起运动，导致活塞行程较短。另外在活塞反复抽吸过程中，井液在沉砂管的两端形成紊流，导致沉砂管两端集砂多，中间少。被砂粉封堵两端的沉砂管使得活塞运行阻力大，不得不将捞砂泵提出井外清理，沉砂管空间未得到完全利用，重要的是频繁的提泵放泵费时费力，一次提泵大约需要5人操作3天左右，放泵时间更长，成本高。

2、如授权公告号为cn 201180520y公开的一种用于油井捞砂的装置，其通过扶正器在活塞与上阀、底阀的配合实现捞砂泵放入水平井。其中用到的橡胶扶正器和滚轮扶正器的作用均为减小摩擦力，减少捞砂泵在上提下放中与套管及接箍之间摩擦，延长使用寿命。为传统方法。该方法依然存在沉砂管两端易赌、捞砂效率低，成本高的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何解决长距离、高效的水平井捞砂工作。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

3、一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，包括依次连接的动力油管、排液短接、顶阀、活塞、沉砂管、碎砂推砂短接、底阀、旋转短接、砂铲；在所述动力油管位于二开位置至少套装一个滚轮扶正器，在所述沉砂管外套设有大摩擦力扶正器；所述沉砂管内设有至少一道第一挡砂环、至少一道第二挡砂环,所述第一挡砂环、第二挡砂环的高度相同或不同，与沉砂管内部夹角相同或不同。

4、本发明通过在动力油管套设滚轮扶正器和沉砂管套设大摩擦力橡胶扶正器，实现“泵前减阻，泵后增阻”，提高前后摩擦力差，保证捞砂泵活塞能够产生有效行程，提高每次井液吸入量；在沉砂管内设置第一挡砂环，让井液在沉沙管内紊流，有足够的时间沉淀，并均匀分散在沉砂管内，解决沉砂管上下口易堵塞问题，提高沉砂管的利用率，减少提泵频率，降低成本；采用旋转短接，可保证砂铲始终贴紧套管下部，保持砂铲高效工作。

5、进一步的，所述第一挡砂环朝向沉砂管出口方向倾斜。

6、进一步的，还包括至少一道第二挡砂环，所述第二挡砂环位于第一挡砂环下游。

7、进一步的，所述第二挡砂环的倾斜方向与第一挡砂环相反。

8、进一步的，所述第二挡砂环数量多于第一挡砂环。

9、进一步的，所述第一挡砂环、第二挡砂环与沉砂管内壁夹角为30°-60°。

10、进一步的，在所述第一挡砂环(13)和第二挡砂环(13’)之间还设置第三挡砂环(13”)；所述第三挡砂环(13”)与沉砂管(12)内壁垂直。

11、进一步的，所述第一挡砂环、第二挡砂环的高度相同或不同，夹角相同或不同，间距相同或不同。

12、进一步的，所述大摩擦力扶正器采用橡胶制作，外径小于套管内径。

13、进一步的，所述顶阀和底阀结构相同，包括阀座、弹簧、阀芯；所述弹簧位于阀座内，一端与阀座固定，另一端与阀芯固定；无外力作用下，弹簧推动阀芯封堵阀座进口。

14、与上述装置对应的，本发明还提供一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂方法，包括以下步骤：

15、(1)作业前设计，确定泵参数、沉砂管长度、滚轮扶正器数量、大摩擦力扶正器数量、顶阀和底阀的参数；

16、(2)作业前检查，检查活塞、旋转短接、砂铲是否完好有效，检查沉砂管是否清洗干净；

17、(3)通过起吊设备将捞砂泵管串下放，每下放二分之一的二开深度时加设一个滚轮扶正器；捞砂泵进入水平段开始，砂铲始终紧贴套管下部，首先将套管下部的积砂积粉铲起，碎砂推砂短接进一步对套管残砂进行清理和前推，当砂堆积到一定程度后，地面起吊设备可以感受到泵体遇阻，停止下放；

18、(4)通过起吊设备对捞砂泵管串进行匀速往复抽拉活塞运动，当上提动力油管时，顶阀关闭，底阀打开，井液携带砂粉进入沉砂管，并分别储存在不同的挡砂环板之间；当下放动力油管时，底阀关闭，顶阀打开，过滤后的井液经过顶阀、排液短接重新回到油套环空；

19、(5)经过往复抽拉活塞作业，砂粉不断进入沉砂管并被分储，当上提活塞困难时，判断沉砂管内满砂；可通过起吊设备将捞砂泵管串带出井筒，立即采用正反向振动高压水冲洗方法将沉砂管清洗干净；

20、(6)循环步骤(2)到步骤(5)，直至全水平井段。

21、本发明的优点在于：

22、本发明通过前滑轮扶正器、后大摩擦力扶正器，可保证沉砂管触底摩擦损耗的同时，增大捞砂泵前后摩擦力差，保证活塞能够产生有效行程，提高每次井液吸入量；在沉砂管内设置第一挡砂环，让井液在沉沙管内紊流，有足够的时间沉淀，并均匀分散在沉砂管内，解决沉砂管上下口易堵塞问题；采用旋转短接，可保证砂铲始终贴紧套管下部，保持砂铲高效工作，同时，当遇到坚固障碍物时，砂铲可自动调整角度，顺利通过。

23、本发明采用倾斜方向相反的第一挡砂环和第二挡砂环，可保证井液在达到活塞之前进一步加大紊流效果，提高砂粉沉淀。

技术特征：

1.一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，其特征在于，包括依次连接的动力油管(2)、排液短接(4)、顶阀(5)、活塞、沉砂管(12)、碎砂推砂短接(14)、底阀(15)、旋转短接(16)、砂铲(17)；在所述动力油管(2)位于二开位置至少套装一个滚轮扶正器(3)，在所述沉砂管(12)外套设有大摩擦力扶正器(10)；所述沉砂管(12)内设有至少一道第一挡砂环(13)、至少一道第二挡砂环(13’),所述第一挡砂环(13)、第二挡砂环(13’)的高度相同或不同，与沉砂管(12)内部夹角相同或不同。

2.根据权利要求1所述的一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，其特征在于，所述第一挡砂环(13)朝向沉砂管(12)出口方向倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，其特征在于，所述第二挡砂环(13’)位于第一挡砂环(13)下游。

4.根据权利要求3所述的一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，其特征在于，所述第二挡砂环(13’)的倾斜方向与第一挡砂环(13)相反。

5.根据权利要求3所述的一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，其特征在于，所述第二挡砂环(13’)数量少于第一挡砂环(13)。

6.根据权利要求4所述的一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，其特征在于，所述第一挡砂环(13)、第二挡砂环(13’)与沉砂管(12)内壁夹角为30°-60°。

7.根据权利要求4所示的一种压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，其特征在于，在所述第一挡砂环(13)和第二挡砂环(13’)之间还设置第三挡砂环(13”)；所述第三挡砂环(13”)与沉砂管(12)内壁垂直。

8.根据权利要求1或2所述的一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，其特征在于，所述大摩擦力扶正器(10)采用橡胶制作，外径小于套管(1)内径。

9.根据权利要求1或2所述的一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵，其特征在于，所述顶阀(5)和底阀(15)结构相同，包括阀座(151)、弹簧(152)、阀芯(153)；所述弹簧(152)位于阀座(151)内，一端与阀座(151)固定，另一端与阀芯(153)固定；无外力作用下，弹簧(152)推动阀芯(153)封堵阀座(151)进口。

10.一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂方法，应用于权利要求1至9任一所述的捞砂泵；其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提高一种欠压煤层气储层全水平井段负压捞砂泵及方法，包括依次连接的动力油管、排液短接、顶阀、活塞、沉砂管、碎砂推砂短接、底阀、旋转短接、砂铲；在所述动力油管位于二开位置至少套装一个滚轮扶正器，在所述沉砂管外套设有大摩擦力扶正器；所述沉砂管内设有多道第一挡砂环。本发明通过大摩擦力扶正器，可保证沉砂管触底摩擦损耗的同时，增大摩擦力，保证活塞能够产生有效行程，提高每次井液吸入量；在沉砂管内设置第一挡砂环，让井液在沉沙管内紊流，有足够的时间沉淀，并均匀分散在沉砂管内，解决沉砂管上下口易堵塞问题；采用旋转短接，可保证砂铲始终贴紧套管下部，保持砂铲高效工作。

技术研发人员：陈本良,李平,丰安祥,苏雷,荚胜丰,唐勇敢
受保护的技术使用者：淮南矿业（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14