[发明专利]一种自动间歇煤层气排水产气装置

说明书

技术领域

本发明属于煤层气开发设备技术领域，尤其涉及一种自动间歇煤层气排水产气装置。

背景技术

煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净优质能源和化工原料。煤层气俗称“瓦斯”，热值是通用煤的2-5倍，1m³纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5％-16％时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。因此，在采煤之前预先对煤层气进行开采，不仅能够将煤矿瓦斯爆炸率降低70％到85％，而且能够得到洁净能源、产生巨大的经济效益。

要将煤层气开采到地面得到充分利用，典型的排采理论为：必须通过排水降压的手段降低储层压力进行煤层气开采，产出的过程是一个复杂的降压-解析-扩散-渗流的过程。

在煤层气的开采过程中，确保煤层中的承压水稳步排出是煤层气井单井实现量产的重要保证，而煤层中承压水的排出直接反映在煤层气井套管液面的波动上。

目前大多数煤层气井参照石油开采设备而采用了游梁式抽水机进行排水的方案，游梁式抽水机主要由驴头、游梁、连杆、曲柄连杆机构、减速箱、动力设备和辅助设备等部分组成。工作时，动力设备输出的动力经变速箱和曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经抽水杆带动井下抽水泵的柱塞上下运动，从而不断地把井中的水抽出井筒并排放掉。

然而，由于游梁式抽水机存在冲程冲次上的限制以及能源浪费大、设备不配套、空抽、检泵周期短等诸多问题，严重影响了煤层气井的正常排采，直接降低了煤层气的投资效益，故成为了煤层气商业化、规模开发的瓶颈。

与石油开采中的连续工作模式不同，煤层气井中的承压水进行连续外排是不必要的，承压水的压力需要保持供煤层气解析的动态平衡状态，上述平衡状态的维持在间歇式排水的模式下即可满足，因此采用具备间歇式工作模式的提捞式抽水设备取代传统游梁式抽水机成为了发展趋势。

中国发明专利201420164701.4的说明书中公开了这样一种自动间歇煤层气排水产气装置，结构上包括安装在井内的套管，在套管内安装有泵筒，泵筒的顶部和底部分别通过上变扣和下变扣与油管螺纹连接，在下变扣下部的油管上依次连接有凡尔、筛管和丝堵，在泵筒内安装有抽吸装置，抽吸装置包括与泵筒间隙配合的弹性活塞，弹性活塞通过柔性杆与带动柔性杆上下运行的往复驱动装置固定相连。通过往复驱动装置间歇式带动柔性杆卷放，进而带动抽吸装置的弹性活塞升降，将煤层气井的承压水抽取外排。

由于是直接将间歇提捞式抽油装置直接应用到煤层气的开发过程中，因此上述自动间歇煤层气排水产气装置存在如下的技术特点：

(1)柔性杆采用圆形截面的杆体，即钢丝绳外包橡胶层，在井上部分的地面平台上设置密封装置以保证柔性杆滑动时密封的可靠性；

(2)弹性活塞采用胀封式活塞，具体结构参见附图4；包括顶部带有连接头15的连接柱16，连接柱16的内端设有锥形部17，在锥形部17的中心固接有中心杆22，在中心杆22的外壁上开设有多个轴向延伸的凹槽23、在中心杆22的另一端设有螺纹部24、在中心杆22的杆体上依次套设有第一连接套19、膨胀套20和第二连接套21，三者采用螺纹连接的方式形成一个整体，在第一连接套19和第二连接套21两者的外端均设有锥形槽18。

上述结构的弹性活塞装置其工作过程为：当往复驱动装置间歇式带动柔性杆卷放，进而带动抽吸装置的弹性活塞上升时，第一连接套19、膨胀套20和第二连接套21三者形成的整体向连接柱16移动，通过锥形部17与锥形槽18的配合将凹槽23在轴向方向截断，上方承压水的下泄通路被阻断，弹性活塞继续上升时，泵筒13内的水压升高、膨胀套20膨胀而外径增大直至与泵筒13内壁挤压密封配合，进一步阻断上方承压水的下泄通路，弹性活塞继续上行时，将上方的承压水抽出、经由地面平台5的阀门4和管道排出。当弹性活塞下降时，第一连接套19、膨胀套20和第二连接套21三者形成的整体向中心杆22的另一端移动，将凹槽23打开，下方的承压水可以沿凹槽23上升到弹性活塞上方，如此循环往复间歇动作，不断将承压水排出煤层气井之外。