本發(fā)明涉及煤層氣開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煤層氣井的管柱結(jié)構(gòu)及煤層氣井系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

煤層氣井可以開采出存儲(chǔ)在煤層中的煤層氣，煤層氣主要吸附在煤層孔隙的內(nèi)表面，煤層氣井通過將煤層中的水抽排出來，使得煤層壓力降至煤的解吸壓力以下，使得吸附態(tài)的煤層氣解吸為游離態(tài)的煤層氣，從而擴(kuò)散和流動(dòng)至煤層氣井的套管內(nèi)，進(jìn)而從套管排出。

煤層氣井的管柱結(jié)構(gòu)主要用來抽排煤層中的水，管柱結(jié)構(gòu)包括泵體和篩管，篩管固定連接在泵體的下端，煤層中的水先經(jīng)過篩管流到泵體，篩管可以過濾水中含有的煤粉、煤顆粒和石英砂等固體顆粒，然后再通過泵體將其排出煤層氣井。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：

一、有些細(xì)小的固體顆?？梢酝ㄟ^篩管而且容易卡在泵體內(nèi)，影響泵體的正常工作；

二、無法通過篩管的固體顆粒容易堵塞篩管，影響管柱結(jié)構(gòu)抽排煤層中的水；若泵體不設(shè)篩管而直接抽水，泵體內(nèi)會(huì)沉積固體顆粒，進(jìn)而進(jìn)行大量的檢泵作業(yè)，破壞了煤層氣井穩(wěn)定排水采氣的原則，同時(shí)增加開發(fā)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，一方面本發(fā)明實(shí)施例提供了一種煤層氣井的管柱結(jié)構(gòu)，所述管柱結(jié)構(gòu)位于所述煤層氣井的套管內(nèi)，所述管柱結(jié)構(gòu)包括：尾管、油管變徑接頭、管式泵、抽油桿、油管和回音標(biāo)；

所述尾管的底部端面與所述套管的內(nèi)底面相對(duì)，所述尾管通過所述油管變徑接頭與所述管式泵的泵筒固定連接，所述管式泵的泵筒與所述油管固定連接，所述抽油桿位于所述油管內(nèi)且與所述管式泵的柱塞固定連接；所述回音標(biāo)固定 套在所述油管的外側(cè)壁上；

所述尾管的內(nèi)徑大于所述管式泵的泵筒內(nèi)徑，且所述尾管的內(nèi)徑大于或等于所述油管的內(nèi)徑。

可選地，所述套管內(nèi)的水的液面高度大于所述尾管的底部端面與所述套管的內(nèi)底面之間的距離且小于所述套管的射孔孔眼的底界至所述套管的內(nèi)底面之間的距離。

可選地，所述尾管的底部端面與所述套管的射孔孔眼的底界之間的距離小于所述尾管的底部端面與所述套管的內(nèi)底面之間的距離。

可選地，當(dāng)所述煤層氣井的煤層的深度小于或等于400m時(shí)，所述回音標(biāo)的深度大于或者等于95m且小于或者等于105m；當(dāng)所述煤層氣井的煤層的深度大于400m時(shí)，所述回音標(biāo)的深度大于或者等于195m且小于或者等于205m。

可選地，所述管柱結(jié)構(gòu)還包括井下壓力計(jì)和壓力計(jì)托筒；

所述壓力計(jì)托筒固定連接在所述尾管的底部，所述井下壓力計(jì)固定在所述壓力計(jì)托筒的外側(cè)壁上，所述壓力計(jì)托筒的內(nèi)徑大于或者等于所述尾管的內(nèi)徑。

可選地，所述套管內(nèi)的水的液面高度大于所述壓力計(jì)托筒的底部端面與所述套管的內(nèi)底面之間的距離且小于所述套管的射孔孔眼的底界至所述套管的內(nèi)底面之間的距離。

可選地，所述壓力計(jì)托筒的底部端面與所述套管的射孔孔眼的底界之間的距離小于所述壓力計(jì)托筒的底部端面與所述套管的內(nèi)底面之間的距離。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種煤層氣井系統(tǒng)，所述煤層氣井系統(tǒng)包括所述管柱結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

管柱結(jié)構(gòu)通過使用尾管的底部開口作為進(jìn)液口，同時(shí)尾管的內(nèi)徑大于管式泵的內(nèi)徑且大于或等于油管的內(nèi)徑，使得整個(gè)管柱結(jié)構(gòu)中尾管的過流截面積最大，同一體積的水經(jīng)過管柱結(jié)構(gòu)時(shí)，在尾管的流速最慢，所以尾管可以對(duì)經(jīng)過其的水中的固體顆粒進(jìn)行沉降，而沒有沉降的固體顆粒通過尾管進(jìn)入管式泵后，由于水在管式泵內(nèi)的流速大于在尾管中的流速，所以進(jìn)入管式泵的固體顆粒會(huì)受到更大的向上的作用力，不會(huì)沉積在管式泵中，有效地解決了由于固體顆粒的沉積而導(dǎo)致管式泵無法正常工作的問題，減少了大量的檢泵作業(yè)，同時(shí)，由于管柱結(jié)構(gòu)省去了篩管和絲堵等部件，減少了開發(fā)成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的管柱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的管式泵結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一提供的管式泵結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例一提供的另一管柱結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，

1套管；

2尾管，21進(jìn)液口；

3油管變徑接頭；

4管式泵，41柱塞，42游動(dòng)閥，43固定閥；

5抽油桿；6油管；7回音標(biāo)；

8煤層；9射孔孔眼；10井口；

11井下壓力計(jì)；12壓力計(jì)托筒。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種煤層氣井的管柱結(jié)構(gòu)，該管柱結(jié)構(gòu)位于煤層氣井的套管1內(nèi)，該管柱結(jié)構(gòu)包括：尾管2、油管變徑接頭3、管式泵4、抽油桿5、油管6和回音標(biāo)7；

尾管2的底部端面與套管1的內(nèi)底面相對(duì)，尾管2通過油管變徑接頭3與管式泵4的泵筒固定連接，管式泵4的泵筒與油管6固定連接，抽油桿5位于油管6內(nèi)且與管式泵4的柱塞41固定連接；回音標(biāo)7固定套在油管6的外側(cè)壁上；

尾管2的內(nèi)徑大于管式泵4的泵筒內(nèi)徑，且尾管2的內(nèi)徑大于或等于油管6的內(nèi)徑。

在煤層8所對(duì)應(yīng)的套管1的側(cè)壁上設(shè)有多個(gè)射孔孔眼9，煤層8中的水通過套管1的射孔孔眼9流入到套管1中，煤層氣井工作時(shí)，管柱結(jié)構(gòu)主要用來抽排套管1中的水，使得套管1中的液面下降，套管1與煤層8形成壓力差，煤層8中的水不斷的流入到套管1中，使得煤層8中的壓力不斷下降，當(dāng)煤層8的壓力降至煤的解吸壓力以下，煤層8中呈吸附態(tài)的煤層氣解吸為游離態(tài)的煤層氣，從而擴(kuò)散和流動(dòng)至煤層氣井的套管1內(nèi)，進(jìn)而從套管1排出，同時(shí)，因?yàn)槊簩?中的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，會(huì)產(chǎn)出一定量的煤粉、煤顆粒和石英砂等固體顆粒。

如圖1所示，尾管2的底部開口直接做為進(jìn)液口21，管柱結(jié)構(gòu)抽水時(shí)，水依次通過尾管2、管式泵4、油管6，然后通過井口10的排液口流出地面。其中，尾管2的內(nèi)徑大于管式泵4的泵筒內(nèi)徑，且尾管2的內(nèi)徑大于或等于油管6的內(nèi)徑，抽油桿5位于油管6內(nèi)，所以在整個(gè)管柱結(jié)構(gòu)中，尾管2的過流面積最大，同體積的水經(jīng)過管柱結(jié)構(gòu)時(shí)，在尾管2內(nèi)的水的流速最慢，當(dāng)固體顆粒進(jìn)入到尾管2中時(shí)，尾管2可以對(duì)固體顆粒起到沉降和篩選的作用。

若水對(duì)固體顆粒的推力和浮力等向上的作用力小于固體顆粒的自身重力，固體顆粒會(huì)沉降到套管1的底部；若水對(duì)固體顆粒的推力和浮力等向上的作用力大于或者等于固體顆粒的自身重力，固體顆粒會(huì)上升，隨著水流進(jìn)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，所以進(jìn)入到管式泵4的泵筒和油管6中的固體顆粒會(huì)受到更大的向上的作用力進(jìn)而隨著水流向上運(yùn)動(dòng)，因而，只要固體顆粒能通過尾管2進(jìn)入管式泵4的泵筒中，就會(huì)隨著水流排出地面而不會(huì)沉積在管式泵4的泵筒內(nèi)。

若要帶出粒徑0.2mm的固體顆粒，則煤層氣井的日產(chǎn)水量要至少大于10立方米；若要帶出粒徑為0.425mm的固體顆粒，則煤層氣井的日產(chǎn)水量要至少大于30立方米。一般情況下，煤層氣井的穩(wěn)定產(chǎn)水量大于等于1立方米且小于等于4立方米，所以水流只會(huì)攜帶出粒徑小于0.2mm的固體顆粒，而粒徑為0.2mm的固體顆粒不會(huì)影響到管式泵4的運(yùn)行，所以粒徑小于0.2mm的更不會(huì)影響到管式泵4的運(yùn)行。

通過將尾管2的內(nèi)徑大小設(shè)置成大于管式泵4的泵筒內(nèi)徑且大于或等于油管6的內(nèi)徑，使得水在整個(gè)管柱結(jié)構(gòu)中的尾管2中的流速最慢，當(dāng)管柱結(jié)構(gòu)抽水時(shí)，位于尾管2中的一部分固體顆粒會(huì)沉積到套管1的底部，而通過尾管2進(jìn)入到管式泵4的固體顆粒由于受到比在尾管2中更大的向上的作用力會(huì)隨水流排出地面，不會(huì)沉積在管式泵4內(nèi)，有效解決了因?yàn)楣苁奖?內(nèi)沉積固體顆粒而無法正常工作的問題。

如圖1所示，套管1內(nèi)的水的液面高度大于尾管2的底部端面與套管1的內(nèi)底面之間的距離且小于套管1的射孔孔眼9的底界至套管1的內(nèi)底面之間的距離。

套管1對(duì)應(yīng)煤層8的側(cè)壁上有多個(gè)射孔孔眼9，煤層8中的水通過射孔孔眼9進(jìn)入到套管1內(nèi)，其中，位于最下端的射孔孔眼9的底界為射孔孔眼9的底界，套管1內(nèi)的水的液面高度大于尾管2的底部端面與套管1的內(nèi)底面之間的距離，保證了進(jìn)液面21在水面之下，可以防止管柱結(jié)構(gòu)抽水時(shí)將氣體抽進(jìn)管式泵4中使管式泵4工作時(shí)來回壓縮氣體，進(jìn)而導(dǎo)致抽水量減少的現(xiàn)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的內(nèi)底面之間的距離，可以使水的液面在射孔孔眼9的底界之下，避免了水淹沒煤層8，保證煤層氣井的最大產(chǎn)氣能力。

如圖2所示，抽油桿5與管式泵4的柱塞41固定連接，當(dāng)抽油桿5帶動(dòng)柱塞41向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，游動(dòng)閥42受油管6內(nèi)的液柱壓力和自身重力而關(guān)閉，柱塞41下面的泵腔容積增大，管式泵4內(nèi)的壓力降低，固定閥43在壓力差作用下打開，將水吸入管式泵4內(nèi)；如圖3所示，當(dāng)抽油桿5帶動(dòng)41柱塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵腔內(nèi)的液體受到壓縮，固定閥43關(guān)閉，當(dāng)柱塞41下面的泵腔內(nèi)的壓力大于油管6內(nèi)水柱的壓力時(shí)，泵腔內(nèi)的水頂開游動(dòng)閥42，進(jìn)入油管6中。游動(dòng)閥42和固定閥43不斷地交替關(guān)閉和打開，油管6內(nèi)的水不斷上升，直至上升到井口10排出。圖中箭頭所指方向?yàn)樗倪\(yùn)動(dòng)方向。若有氣體進(jìn)入管式泵4中，在柱塞41上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣體會(huì)在管式泵4內(nèi)進(jìn)行壓縮和膨脹，使得抽水量減少。

進(jìn)液口21的高度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，本實(shí)施例中，將進(jìn)液口21設(shè)計(jì)在煤層8以下20m的位置，采用尾管的長度為10m，管式泵的啟動(dòng)壓力為0.01MPa，煤層氣井的套壓一般大于0.04MPa，套壓即套管受到的壓力，因此在管式泵4滿足排液要求的情況下，水的液面高度可以降至射孔孔眼9的底界以 下10m到20m之間，保證了水的液面高于進(jìn)液口21且低于射孔孔眼9的底界。

尾管2的底部端面與套管1的射孔孔眼9的底界之間的距離小于尾管2的底部端面與套管1的內(nèi)底面之間的距離。

煤層氣井工作時(shí)，煤層8中的固體顆粒會(huì)隨著煤層8中的水一起進(jìn)入到套管1內(nèi)，沉積的固體顆粒位于套管1的井底，加大尾管2的底部端面即進(jìn)液口21與套管1的內(nèi)底面之間的距離，可以給固體顆粒預(yù)留更大的沉積空間，防止沉積空間過小，導(dǎo)致固體顆粒淹沒進(jìn)液口21。

當(dāng)煤層氣井的煤層8的深度小于或等于400m時(shí)，回音標(biāo)7的深度大于或等于95m且小于或等于105m；當(dāng)煤層氣井的煤層8的深度大于400m時(shí)，回音標(biāo)7的深度大于或等于195m且小于或等于205m。

如圖1所示，回音標(biāo)7固定套接在油管6的外側(cè)壁上，用來阻礙聲音的直線傳播，使聲音返回到井口10并記錄下來，可以準(zhǔn)確的計(jì)算液面的位置，回音標(biāo)7的安裝深度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

如圖4所示，管柱結(jié)構(gòu)還包括井下壓力計(jì)11和壓力計(jì)托筒12；

壓力計(jì)托筒12固定連接在尾管2的底部，井下壓力計(jì)11固定在壓力計(jì)托筒12的外側(cè)壁上，壓力計(jì)托筒12的內(nèi)徑大于或者等于尾管2的內(nèi)徑。

井下壓力計(jì)11可以測量井下的壓力的大小，通過井下的壓力大小換算出液面的位置，井下壓力計(jì)11安裝在壓力計(jì)托筒12的外側(cè)壁上，壓力計(jì)托筒12通過絲扣與尾管2固定連接。壓力計(jì)托筒12的內(nèi)徑可以大于尾管2的內(nèi)徑，此時(shí)水在壓力計(jì)托筒12中的流速最慢，也可以對(duì)固體顆粒起到沉降作用，壓力計(jì)托筒12的內(nèi)徑也可以等于尾管2的內(nèi)徑，此時(shí)水在壓力計(jì)托筒12與尾管2中的流速相同。井下壓力計(jì)11與回音標(biāo)7的作用相同，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇一種安裝在煤層氣井中。

套管1內(nèi)的水的液面高度大于壓力計(jì)托筒12的底部端面與套管1的內(nèi)底面之間的距離且小于套管1的射孔孔眼9的底界至套管1的內(nèi)底面之間的距離。

安裝了壓力計(jì)托筒12后，水從壓力計(jì)托筒12的底部開口進(jìn)入尾管2，為了防止套管1內(nèi)的氣體進(jìn)入管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)而進(jìn)入管式泵4中，所以水的液面要高于壓力計(jì)托筒12的底部端面，水的液面高度低于射孔孔眼9的底界，避免水淹沒煤層8，保證煤層氣井的最大產(chǎn)氣能力。

壓力計(jì)托筒12的底部端面與套管1的射孔孔眼9的底界之間的距離小于壓 力計(jì)托筒12的底部端面與套管1的內(nèi)底面之間的距離。

安裝了壓力計(jì)托筒12后，水從壓力計(jì)托筒12的底部開口進(jìn)入尾管2，為了防止沉積在套管1底部的固體顆粒將壓力計(jì)托筒12的底部開口封堵，進(jìn)而影響管柱結(jié)構(gòu)抽水，可以給固體顆粒留出足夠大的沉積空間，預(yù)防固體顆粒封堵壓力計(jì)托筒12的底部開口。

本實(shí)施例中的管柱結(jié)構(gòu)通過使用尾管2的底部開口作為進(jìn)液口21，同時(shí)尾管2的內(nèi)徑大于管式泵4的內(nèi)徑且大于或等于油管6的內(nèi)徑，使得整個(gè)管柱結(jié)構(gòu)中尾管2的過流截面積最大，同一體積的水經(jīng)過管柱結(jié)構(gòu)時(shí)，在尾管2的流速最慢，所以尾管2可以對(duì)經(jīng)過其的水中的固體顆粒進(jìn)行沉降，而沒有沉降的固體顆粒通過尾管2進(jìn)入管式泵4后，由于水在管式泵4內(nèi)的流速大于在尾管2中的流速，所以進(jìn)入管式泵4的固體顆粒會(huì)受到更大的向上的作用力，不會(huì)沉積在管式泵4中，有效地解決了由于固體顆粒沉積在管式泵4中而導(dǎo)致管式泵4無法正常工作的問題，減少了大量的檢泵作業(yè)，同時(shí)，由于管柱結(jié)構(gòu)省去了篩管和絲堵等部件，減少了開發(fā)成本。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供了一種煤層氣井系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括圖1所示的管柱結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例中的煤層氣井系統(tǒng)包括管柱結(jié)構(gòu)，該管柱結(jié)構(gòu)可以防止固體顆粒沉積在管式泵4中，有效地解決了由于固體顆粒的沉積而導(dǎo)致管式泵4無法正常工作的問題，減少了大量的檢泵作業(yè)，滿足了煤層氣井連續(xù)穩(wěn)定排水采氣的原則，同時(shí)，由于管柱結(jié)構(gòu)省去了篩管和絲堵等部件，減少了開發(fā)成本。

上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。