一种煤层气井的管柱结构及煤层气井系统

摘要

本发明公开了一种煤层气井的管柱结构及煤层气井系统，属于煤层气开发技术领域。该管柱结构包括：尾管、油管变径接头、管式泵、抽油杆、油管和回音标；尾管的底部端面与套管的内底面相对，尾管通过油管变径接头与管式泵的泵筒固定连接，管式泵的泵筒与油管固定连接，抽油杆位于油管内且与管式泵的柱塞固定连接；回音标固定套在油管的外侧壁上；尾管的内径大于管式泵的泵筒内径，且尾管的内径大于或等于油管的内径。本发明中整个管柱结构中尾管内的水流速最慢，可对水中的固体颗粒进行沉降，管式泵内的水流速较大，所以固体颗粒不会沉积在管式泵中，有效地解决了固体颗粒易沉积在管式泵中的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气开发技术领域，特别涉及一种煤层气井的管柱结构及煤层气井系统。

背景技术

煤层气井可以开采出存储在煤层中的煤层气，煤层气主要吸附在煤层孔隙的内表面，煤层气井通过将煤层中的水抽排出来，使得煤层压力降至煤的解吸压力以下，使得吸附态的煤层气解吸为游离态的煤层气，从而扩散和流动至煤层气井的套管内，进而从套管排出。

煤层气井的管柱结构主要用来抽排煤层中的水，管柱结构包括泵体和筛管，筛管固定连接在泵体的下端，煤层中的水先经过筛管流到泵体，筛管可以过滤水中含有的煤粉、煤颗粒和石英砂等固体颗粒，然后再通过泵体将其排出煤层气井。

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：

一、有些细小的固体颗粒可以通过筛管而且容易卡在泵体内，影响泵体的正常工作；

二、无法通过筛管的固体颗粒容易堵塞筛管，影响管柱结构抽排煤层中的水；若泵体不设筛管而直接抽水，泵体内会沉积固体颗粒，进而进行大量的检泵作业，破坏了煤层气井稳定排水采气的原则，同时增加开发成本。

发明内容

为了解决现有技术的问题，一方面本发明实施例提供了一种煤层气井的管柱结构，所述管柱结构位于所述煤层气井的套管内，所述管柱结构包括：尾管、油管变径接头、管式泵、抽油杆、油管和回音标；

所述尾管的底部端面与所述套管的内底面相对，所述尾管通过所述油管变径接头与所述管式泵的泵筒固定连接，所述管式泵的泵筒与所述油管固定连接，所述抽油杆位于所述油管内且与所述管式泵的柱塞固定连接；所述回音标固定 套在所述油管的外侧壁上；

所述尾管的内径大于所述管式泵的泵筒内径，且所述尾管的内径大于或等于所述油管的内径。

可选地，所述套管内的水的液面高度大于所述尾管的底部端面与所述套管的内底面之间的距离且小于所述套管的射孔孔眼的底界至所述套管的内底面之间的距离。

可选地，所述尾管的底部端面与所述套管的射孔孔眼的底界之间的距离小于所述尾管的底部端面与所述套管的内底面之间的距离。

可选地，当所述煤层气井的煤层的深度小于或等于400m时，所述回音标的深度大于或者等于95m且小于或者等于105m；当所述煤层气井的煤层的深度大于400m时，所述回音标的深度大于或者等于195m且小于或者等于205m。

可选地，所述管柱结构还包括井下压力计和压力计托筒；

所述压力计托筒固定连接在所述尾管的底部，所述井下压力计固定在所述压力计托筒的外侧壁上，所述压力计托筒的内径大于或者等于所述尾管的内径。

可选地，所述套管内的水的液面高度大于所述压力计托筒的底部端面与所述套管的内底面之间的距离且小于所述套管的射孔孔眼的底界至所述套管的内底面之间的距离。

可选地，所述压力计托筒的底部端面与所述套管的射孔孔眼的底界之间的距离小于所述压力计托筒的底部端面与所述套管的内底面之间的距离。

另一方面，本发明实施例提供了一种煤层气井系统，所述煤层气井系统包括所述管柱结构。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

管柱结构通过使用尾管的底部开口作为进液口，同时尾管的内径大于管式泵的内径且大于或等于油管的内径，使得整个管柱结构中尾管的过流截面积最大，同一体积的水经过管柱结构时，在尾管的流速最慢，所以尾管可以对经过其的水中的固体颗粒进行沉降，而没有沉降的固体颗粒通过尾管进入管式泵后，由于水在管式泵内的流速大于在尾管中的流速，所以进入管式泵的固体颗粒会受到更大的向上的作用力，不会沉积在管式泵中，有效地解决了由于固体颗粒的沉积而导致管式泵无法正常工作的问题，减少了大量的检泵作业，同时，由于管柱结构省去了筛管和丝堵等部件，减少了开发成本。

附图说明

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。

图1是本发明实施例一提供的管柱结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的管式泵结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的管式泵结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的另一管柱结构示意图。

其中，

1套管；

2尾管，21进液口；

3油管变径接头；

4管式泵，41柱塞，42游动阀，43固定阀；

5抽油杆；6油管；7回音标；

8煤层；9射孔孔眼；10井口；

11井下压力计；12压力计托筒。

具体实施方式

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。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种煤层气井的管柱结构，该管柱结构位于煤层气井的套管1内，该管柱结构包括：尾管2、油管变径接头3、管式泵4、抽油杆5、油管6和回音标7；

尾管2的底部端面与套管1的内底面相对，尾管2通过油管变径接头3与管式泵4的泵筒固定连接，管式泵4的泵筒与油管6固定连接，抽油杆5位于油管6内且与管式泵4的柱塞41固定连接；回音标7固定套在油管6的外侧壁上；

尾管2的内径大于管式泵4的泵筒内径，且尾管2的内径大于或等于油管6的内径。

在煤层8所对应的套管1的侧壁上设有多个射孔孔眼9，煤层8中的水通过套管1的射孔孔眼9流入到套管1中，煤层气井工作时，管柱结构主要用来抽排套管1中的水，使得套管1中的液面下降，套管1与煤层8形成压力差，煤层8中的水不断的流入到套管1中，使得煤层8中的压力不断下降，当煤层8的压力降至煤的解吸压力以下，煤层8中呈吸附态的煤层气解吸为游离态的煤层气，从而扩散和流动至煤层气井的套管1内，进而从套管1排出，同时，因为煤层8中的应力状态发生改变，会产出一定量的煤粉、煤颗粒和石英砂等固体颗粒。

如图1所示，尾管2的底部开口直接做为进液口21，管柱结构抽水时，水依次通过尾管2、管式泵4、油管6，然后通过井口10的排液口流出地面。其中，尾管2的内径大于管式泵4的泵筒内径，且尾管2的内径大于或等于油管6的内径，抽油杆5位于油管6内，所以在整个管柱结构中，尾管2的过流面积最大，同体积的水经过管柱结构时，在尾管2内的水的流速最慢，当固体颗粒进入到尾管2中时，尾管2可以对固体颗粒起到沉降和筛选的作用。

若水对固体颗粒的推力和浮力等向上的作用力小于固体颗粒的自身重力，固体颗粒会沉降到套管1的底部；若水对固体颗粒的推力和浮力等向上的作用力大于或者等于固体颗粒的自身重力，固体颗粒会上升，随着水流进入到管式泵4的泵筒和油管6中，由于水在管式泵4的泵筒和油管6中的流速大于水在尾管2中的流速，所以进入到管式泵4的泵筒和油管6中的固体颗粒会受到更大的向上的作用力进而随着水流向上运动，因而，只要固体颗粒能通过尾管2进入管式泵4的泵筒中，就会随着水流排出地面而不会沉积在管式泵4的泵筒内。

若要带出粒径0.2mm的固体颗粒，则煤层气井的日产水量要至少大于10立方米；若要带出粒径为0.425mm的固体颗粒，则煤层气井的日产水量要至少大于30立方米。一般情况下，煤层气井的稳定产水量大于等于1立方米且小于等于4立方米，所以水流只会携带出粒径小于0.2mm的固体颗粒，而粒径为0.2mm的固体颗粒不会影响到管式泵4的运行，所以粒径小于0.2mm的更不会影响到管式泵4的运行。

通过将尾管2的内径大小设置成大于管式泵4的泵筒内径且大于或等于油管6的内径，使得水在整个管柱结构中的尾管2中的流速最慢，当管柱结构抽水时，位于尾管2中的一部分固体颗粒会沉积到套管1的底部，而通过尾管2进入到管式泵4的固体颗粒由于受到比在尾管2中更大的向上的作用力会随水流排出地面，不会沉积在管式泵4内，有效解决了因为管式泵4内沉积固体颗粒而无法正常工作的问题。

如图1所示，套管1内的水的液面高度大于尾管2的底部端面与套管1的内底面之间的距离且小于套管1的射孔孔眼9的底界至套管1的内底面之间的距离。

套管1对应煤层8的侧壁上有多个射孔孔眼9，煤层8中的水通过射孔孔眼9进入到套管1内，其中，位于最下端的射孔孔眼9的底界为射孔孔眼9的底界，套管1内的水的液面高度大于尾管2的底部端面与套管1的内底面之间的距离，保证了进液面21在水面之下，可以防止管柱结构抽水时将气体抽进管式泵4中使管式泵4工作时来回压缩气体，进而导致抽水量减少的现象；水的液面高度小于套管1的射孔孔眼9的底界至套管1的内底面之间的距离，可以使水的液面在射孔孔眼9的底界之下，避免了水淹没煤层8，保证煤层气井的最大产气能力。

如图2所示，抽油杆5与管式泵4的柱塞41固定连接，当抽油杆5带动柱塞41向上运动时，游动阀42受油管6内的液柱压力和自身重力而关闭，柱塞41下面的泵腔容积增大，管式泵4内的压力降低，固定阀43在压力差作用下打开，将水吸入管式泵4内；如图3所示，当抽油杆5带动41柱塞向下运动时，泵腔内的液体受到压缩，固定阀43关闭，当柱塞41下面的泵腔内的压力大于油管6内水柱的压力时，泵腔内的水顶开游动阀42，进入油管6中。游动阀42和固定阀43不断地交替关闭和打开，油管6内的水不断上升，直至上升到井口10排出。图中箭头所指方向为水的运动方向。若有气体进入管式泵4中，在柱塞41上下运动时，气体会在管式泵4内进行压缩和膨胀，使得抽水量减少。

进液口21的高度可根据实际情况进行选择，本实施例中，将进液口21设计在煤层8以下20m的位置，采用尾管的长度为10m，管式泵的启动压力为0.01MPa，煤层气井的套压一般大于0.04MPa，套压即套管受到的压力，因此在管式泵4满足排液要求的情况下，水的液面高度可以降至射孔孔眼9的底界以 下10m到20m之间，保证了水的液面高于进液口21且低于射孔孔眼9的底界。

尾管2的底部端面与套管1的射孔孔眼9的底界之间的距离小于尾管2的底部端面与套管1的内底面之间的距离。

煤层气井工作时，煤层8中的固体颗粒会随着煤层8中的水一起进入到套管1内，沉积的固体颗粒位于套管1的井底，加大尾管2的底部端面即进液口21与套管1的内底面之间的距离，可以给固体颗粒预留更大的沉积空间，防止沉积空间过小，导致固体颗粒淹没进液口21。

当煤层气井的煤层8的深度小于或等于400m时，回音标7的深度大于或等于95m且小于或等于105m；当煤层气井的煤层8的深度大于400m时，回音标7的深度大于或等于195m且小于或等于205m。

如图1所示，回音标7固定套接在油管6的外侧壁上，用来阻碍声音的直线传播，使声音返回到井口10并记录下来，可以准确的计算液面的位置，回音标7的安装深度可根据实际情况进行选择。

如图4所示，管柱结构还包括井下压力计11和压力计托筒12；

压力计托筒12固定连接在尾管2的底部，井下压力计11固定在压力计托筒12的外侧壁上，压力计托筒12的内径大于或者等于尾管2的内径。

井下压力计11可以测量井下的压力的大小，通过井下的压力大小换算出液面的位置，井下压力计11安装在压力计托筒12的外侧壁上，压力计托筒12通过丝扣与尾管2固定连接。压力计托筒12的内径可以大于尾管2的内径，此时水在压力计托筒12中的流速最慢，也可以对固体颗粒起到沉降作用，压力计托筒12的内径也可以等于尾管2的内径，此时水在压力计托筒12与尾管2中的流速相同。井下压力计11与回音标7的作用相同，可以根据实际情况选择一种安装在煤层气井中。

套管1内的水的液面高度大于压力计托筒12的底部端面与套管1的内底面之间的距离且小于套管1的射孔孔眼9的底界至套管1的内底面之间的距离。

安装了压力计托筒12后，水从压力计托筒12的底部开口进入尾管2，为了防止套管1内的气体进入管柱结构进而进入管式泵4中，所以水的液面要高于压力计托筒12的底部端面，水的液面高度低于射孔孔眼9的底界，避免水淹没煤层8，保证煤层气井的最大产气能力。

压力计托筒12的底部端面与套管1的射孔孔眼9的底界之间的距离小于压 力计托筒12的底部端面与套管1的内底面之间的距离。

安装了压力计托筒12后，水从压力计托筒12的底部开口进入尾管2，为了防止沉积在套管1底部的固体颗粒将压力计托筒12的底部开口封堵，进而影响管柱结构抽水，可以给固体颗粒留出足够大的沉积空间，预防固体颗粒封堵压力计托筒12的底部开口。

本实施例中的管柱结构通过使用尾管2的底部开口作为进液口21，同时尾管2的内径大于管式泵4的内径且大于或等于油管6的内径，使得整个管柱结构中尾管2的过流截面积最大，同一体积的水经过管柱结构时，在尾管2的流速最慢，所以尾管2可以对经过其的水中的固体颗粒进行沉降，而没有沉降的固体颗粒通过尾管2进入管式泵4后，由于水在管式泵4内的流速大于在尾管2中的流速，所以进入管式泵4的固体颗粒会受到更大的向上的作用力，不会沉积在管式泵4中，有效地解决了由于固体颗粒沉积在管式泵4中而导致管式泵4无法正常工作的问题，减少了大量的检泵作业，同时，由于管柱结构省去了筛管和丝堵等部件，减少了开发成本。

实施例二

本实施例提供了一种煤层气井系统，该系统包括图1所示的管柱结构。

本实施例中的煤层气井系统包括管柱结构，该管柱结构可以防止固体颗粒沉积在管式泵4中，有效地解决了由于固体颗粒的沉积而导致管式泵4无法正常工作的问题，减少了大量的检泵作业，满足了煤层气井连续稳定排水采气的原则，同时，由于管柱结构省去了筛管和丝堵等部件，减少了开发成本。

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。

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。