本發(fā)明涉及煤層氣井沖砂技術(shù)，尤其是一種煤層氣沖砂管串及其沖砂方法。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)煤層氣井大多采用套管或篩管完井，其開采過程中煤灰隨著煤層氣進入井筒，逐漸堆積，影響產(chǎn)氣量，需要定期進行沖砂洗井。國內(nèi)現(xiàn)有的沖砂技術(shù)主要有連續(xù)油管沖砂技術(shù)和常規(guī)油管沖砂技術(shù)。

采用連續(xù)油管沖砂，設(shè)備配套成本高，不能取得良好的經(jīng)濟效益，而常規(guī)油管沖沙，沖砂介質(zhì)通過井口油管注入，接單根需要停泵操作，沖砂過程不連續(xù)，此時煤粉回落，容易出現(xiàn)砂卡的風險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種煤層氣沖砂管串及其沖砂方法，可以不使用連續(xù)油管實現(xiàn)連續(xù)沖砂的技術(shù)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種煤層氣沖砂管串，包括坐掛在井口的下入的隔離管柱，從井口下入的沖砂管柱，安裝在沖砂管柱前頭、接近沖砂面的沖砂頭，安裝在沖砂管柱中部的自封防砂循環(huán)密封裝置，沖砂管柱上端伸出井口，沖砂管柱與井口之間通過密封裝置密封，沖砂介質(zhì)通過入口注入沖砂管柱與隔離管柱之間環(huán)空；

自封防砂循環(huán)密封裝置，包括位于上方的自封防砂循環(huán)短節(jié)組件和位于下方的密封短節(jié)組件，自封防砂循環(huán)短節(jié)組件和密封短節(jié)組件通過套在二者外壁的連接管連成一體；

自封防砂循環(huán)短節(jié)組件包括上接頭、循環(huán)短節(jié)、保護套、卡簧、密封圈、爆破片閥、活動套、密封圈、剪銷、上接頭、連接管與循環(huán)短節(jié)通過螺紋連接，并將通過間隙配合安裝在循環(huán)短節(jié)外部的保護套固定，活動套安裝在循環(huán)短節(jié)內(nèi)上部，通過兩組密封圈實現(xiàn)密封，活動套初始位置由剪銷限定，活動套內(nèi)部上端形成有外擴臺階，爆破片閥安裝在活動套上端的外擴臺階中，通過兩組密封圈實現(xiàn)密封，爆破片閥的頂端通過卡簧固定；在循環(huán)短節(jié)內(nèi)壁下部設(shè)置有限位臺，用于剪斷剪銷后控制活動套下行行程，在限位臺和位于初始位置的保護套下端之間的循環(huán)短節(jié)本體上設(shè)計有沿軸向和周向均勻分布的循環(huán)孔，限位臺擋住下行的活動套時，活動套下行關(guān)閉循環(huán)孔；

密封短節(jié)組件包括中心管、多個固定環(huán)、多個密封件和下接頭，連接管、中心管、下接頭之間螺紋連接，多個密封件采用過盈配合套在中心管上，相鄰兩個密封件之間、連接管與相鄰密封件之間、下接頭與相鄰密封件之間分別設(shè)置固定環(huán)，并通過上、下接頭擰緊限位；密封件為內(nèi)部帶有通孔的圓臺，在圓臺外壁的小直徑底面端設(shè)置有外臺階，密封件內(nèi)部的通孔結(jié)構(gòu)為：與中心管外徑過盈配合的圓孔，靠近圓臺大直徑底面端，圓孔依次連接有外擴的內(nèi)臺階和喇叭口，圓臺的外錐面為與隔離管柱密封的密封錐面，喇叭口為密封件提供擠壓余量，固定環(huán)與外臺階和內(nèi)臺階相匹配，外臺階和內(nèi)臺階用于卡住固定環(huán)；

上接頭接沖砂管柱至密封井口，下接頭下端接沖砂管柱至砂面上方。

所述保護套與循環(huán)短節(jié)采用間隙配合，配合間隙0.05-0.1mm。

所述循環(huán)短節(jié)設(shè)計的循環(huán)孔孔徑為5mm,沿周向和軸向均勻布列。

所述與隔離管柱接觸的外錐面上設(shè)置有倒角，便于管柱上下活動時避免刮傷密封件上端面。

所述密封件采用添加石墨成分的高耐磨氟橡膠制成。

所述密封件共安裝2個。

上述煤層氣沖砂管串的沖砂方法，包括以下步驟：

(1)設(shè)備安裝：安裝井口裝置，下入隔離管柱并坐掛在井口，安裝井口密封裝置，連接沖砂管柱與沖砂頭；上提沖砂管柱至砂面上方50米；連接第一個自封防砂循環(huán)密封裝置，記錄安裝位置，連接上部沖砂管柱；

(2)開泵沖砂，繼續(xù)下沖砂管柱，邊沖砂邊下沖砂管柱；下放自封防砂循環(huán)密封裝置至隔離管柱下端上方20米時，停泵；

(3)開泵，從沖砂管柱內(nèi)注入液體蹩壓關(guān)閉自封防砂循環(huán)密封裝置的循環(huán)短節(jié)組件，擊穿爆破片閥，停泵；

(4)連接第二個自封防砂循環(huán)密封裝置和沖砂管柱，開泵，從井口注入沖砂液沖砂；

(5)重復步驟(2)-(4)，直至沖砂結(jié)束；

(6)起出沖砂管柱，起出隔離管柱，安裝采氣裝置。

所述隔離管柱下入深度為100—500米。

本發(fā)明的有益效果是：可使用常規(guī)油管實現(xiàn)連續(xù)沖砂工藝；節(jié)約連續(xù)油管沖砂成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明煤層氣沖砂管串的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明可關(guān)閉自封循環(huán)封隔工具的自封防砂循環(huán)短節(jié)組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明自封防砂循環(huán)密封裝置的密封短節(jié)組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明自封防砂循環(huán)密封裝置的密封短節(jié)組件的密封件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明自封防砂循環(huán)密封裝置的工作時結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明自封防砂循環(huán)密封裝置的關(guān)閉時結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明：

如圖1-6所示，本發(fā)明的煤層氣沖砂管串，包括坐掛在井口49的下入的隔離管柱41，從井口49下入的沖砂管柱42，安裝在沖砂管柱42前頭、接近沖砂面44的沖砂頭43，安裝在沖砂管柱42中部的自封防砂循環(huán)密封裝置，沖砂管柱42上端伸出井口49，沖砂管柱42與井口49之間通過密封裝置47密封，沖砂介質(zhì)通過入口48注入沖砂管柱42與隔離管柱41之間環(huán)空；

自封防砂循環(huán)密封裝置，包括位于上方的自封防砂循環(huán)短節(jié)組件31和位于下方的密封短節(jié)組件32，自封防砂循環(huán)短節(jié)組件和密封短節(jié)組件32通過套在二者外壁的連接管30連成一體；

自封防砂循環(huán)短節(jié)組件31包括上接頭1、循環(huán)短節(jié)2、保護套3、卡簧4、密封圈5、爆破片閥6、活動套7、密封圈8、剪銷9、上接頭1、連接管30與循環(huán)短節(jié)2通過螺紋連接，并將通過間隙配合安裝在循環(huán)短節(jié)2外部的保護套3固定，活動套7安裝在循環(huán)短節(jié)2內(nèi)上部，通過兩組密封圈8實現(xiàn)密封，活動套7初始位置由剪銷9限定，活動套7內(nèi)部上端形成有外擴臺階，爆破片閥6安裝在活動套7上端的外擴臺階中，通過兩組密封圈5實現(xiàn)密封，爆破片閥6的頂端通過卡簧4固定；在循環(huán)短節(jié)2內(nèi)壁下部設(shè)置有限位臺11，用于剪斷剪銷9后控制活動套7下行行程，在限位臺11和位于初始位置的保護套3下端之間的循環(huán)短節(jié)2本體上設(shè)計有沿軸向和周向均勻分布的循環(huán)孔2-1，限位臺11擋住下行的活動套7時，活動套7下行關(guān)閉循環(huán)孔2-1；

密封短節(jié)組件32包括中心管22、多個固定環(huán)、多個密封件24和下接頭28，連接管30、中心管22、下接頭28之間螺紋連接，多個密封件24采用過盈配合套在中心管22上，相鄰兩個密封件24之間、連接管30與相鄰密封件24之間、下接頭28與相鄰密封件24之間分別設(shè)置固定環(huán)，并通過上、下接頭擰緊限位；密封件24為內(nèi)部帶有通孔的圓臺，在圓臺外壁的小直徑底面端設(shè)置有外臺階24-5，密封件24內(nèi)部的通孔結(jié)構(gòu)為：與中心管22外徑過盈配合的圓孔24-6，靠近圓臺大直徑底面端，圓孔24-6依次連接有外擴的內(nèi)臺階24-4和喇叭口24-2，圓臺的外錐面24-3為與隔離管柱41密封的密封錐面，喇叭口24-2為密封件提供擠壓余量，固定環(huán)與外臺階24-5和內(nèi)臺階24-4相匹配，外臺階24-5和內(nèi)臺階24-4用于卡住固定環(huán)；

上接頭1接沖砂管柱至密封井口，下接頭28下端接沖砂管柱至砂面上方。

所述保護套3與循環(huán)短節(jié)2采用間隙配合，配合間隙0.05-0.1mm。

所述循環(huán)短節(jié)2設(shè)計的循環(huán)孔2-1孔徑為5mm,沿周向和軸向均勻布列。

所述與隔離管柱41接觸的外錐面24-3上設(shè)置有倒角24-1，便于管柱上下活動時避免刮傷密封件上端面。

所述密封件24采用添加石墨成分的高耐磨氟橡膠制成。

所述密封件24共安裝2個。

上述煤層氣沖砂管串的沖砂方法，包括以下步驟：

(1)設(shè)備安裝：安裝井口裝置，下入隔離管柱并坐掛在井口，安裝井口密封裝置，連接沖砂管柱與沖砂頭；上提沖砂管柱至砂面上方50米；連接第一個自封防砂循環(huán)密封裝置，記錄安裝位置，連接上部沖砂管柱；

(2)開泵沖砂，繼續(xù)下沖砂管柱，邊沖砂邊下沖砂管柱；下放自封防砂循環(huán)密封裝置至隔離管柱下端上方20米時，停泵；

(3)開泵，從沖砂管柱內(nèi)注入液體蹩壓關(guān)閉自封防砂循環(huán)密封裝置的循環(huán)短節(jié)組件，擊穿爆破片閥，停泵；

(4)連接第二個自封防砂循環(huán)密封裝置和沖砂管柱，開泵，從井口注入沖砂液沖砂；

(5)重復步驟(2)-(4)，直至沖砂結(jié)束；

(6)起出沖砂管柱，起出隔離管柱，安裝采氣裝置。

所述隔離管柱下入深度為100—500米。

自封防砂循環(huán)短節(jié)組件31與沖砂管柱連接后，由于其爆破片閥6的封堵作用，沖砂介質(zhì)不能通過井口沖砂管柱注入，只能從環(huán)空注入，然后從該工具循環(huán)孔進入下部沖砂管柱，實現(xiàn)沖砂。從而，實現(xiàn)沖砂過程接單根不停泵連續(xù)作業(yè)。需要從井口上部油管直接灌注沖砂時，可以關(guān)閉循環(huán)孔2-1，蹩壓擊穿爆破片閥6閥片使上下管柱連通?？梢詮木谏喜坑凸苤苯庸嘧_砂，需要蹩壓剪斷剪銷9關(guān)閉循環(huán)孔2-1，繼續(xù)蹩壓擊穿爆破片閥6閥片使上下管柱連通。

密封短節(jié)組件32與沖砂管柱連接后，由于其密封件24外錐面24-1與隔離管柱41內(nèi)表面貼合密封，流體不能經(jīng)過沖砂管柱與隔離管柱41之間的環(huán)空上下流動。密封件24采用添加石墨成分的高耐磨氟橡膠制成，具有耐高溫耐磨效果。密封件24設(shè)計有外臺階24-5、內(nèi)臺階24-4、喇叭口24-2、外錐面24-3。外臺階24-5、內(nèi)臺階24-4用于固定環(huán)23、25、26、27的配合，外錐面24-3為與隔離管柱41密封的密封錐面。喇叭口24-2的設(shè)計為密封件提供擠壓余量。外錐面24-3與上端面之間倒角24-1便于管柱上下活動時避免刮傷密封件上端面。該工具與沖砂管柱連接后，由于其密封件的密封作用，流體不能經(jīng)過沖砂管柱與隔離管柱之間的環(huán)空上下流動。

二者聯(lián)合作用時，上接頭1接沖砂管柱至密封井口，下接頭28下端接沖砂管柱至砂面上方。首先下入隔離管柱41并坐掛在井口，然后下入沖砂管柱并將可關(guān)閉自封循環(huán)封隔工具連接在沖砂管柱上，通過其設(shè)計的自封循環(huán)短節(jié)組件、密封短節(jié)組件，實現(xiàn)沖砂介質(zhì)不通過井口油管注入，而通過沖砂管與隔離管柱41外環(huán)空注入，接單根時無需停泵，實現(xiàn)連續(xù)沖砂的功能。

沖砂裝置上端連接沖砂管柱42至井口，沖砂管柱42與井口之間通過密封裝置47密封。下端連接沖砂管柱42至砂面44上方20m左右開始循環(huán)。沖砂時，沖砂介質(zhì)通過入口48注入沖砂管柱42與隔離管柱41之間環(huán)空，由于井口密封裝置47、自封防砂循環(huán)短節(jié)組件32自封閥以及密封短節(jié)組件32密封件的封隔作用，介質(zhì)只能通過自封防砂循環(huán)短節(jié)組件31循環(huán)孔進入沖砂管柱42，從沖砂頭43噴出，實現(xiàn)沖砂。沖砂介質(zhì)上返時，由于密封短節(jié)組件32封隔沖砂管柱42與隔離管柱41環(huán)空，沖砂介質(zhì)從隔離管柱41與完井管柱40的環(huán)空返出井口49。由此，邊沖砂，邊下管柱，實現(xiàn)連續(xù)沖砂的工藝。當密封短節(jié)組件32快要脫離隔離管柱41失去密封效果時，通過蹩壓剪斷銷釘關(guān)閉自封循環(huán)短節(jié)組件31循環(huán)口，繼續(xù)蹩壓打開循環(huán)短節(jié)組件31自封閥，然后再接入一套沖砂裝置繼續(xù)施工，直到?jīng)_砂結(jié)束。

簡單地說，沖砂介質(zhì)從井口注入，經(jīng)可關(guān)閉自封循環(huán)封隔工具上端沖砂管柱與隔離管柱環(huán)空，由于密封短節(jié)組件的作用，介質(zhì)只能經(jīng)循環(huán)短節(jié)循環(huán)孔進入沖砂管柱內(nèi)，由于爆破片閥的封隔作用，使沖砂介質(zhì)只能下行，最后從沖砂頭噴出，經(jīng)隔離管柱41與完井管柱35環(huán)空返出井口。從而實現(xiàn)沖砂管柱接單根不停泵連續(xù)施工。隨著沖砂管柱不斷下行，當密封短節(jié)組件下深超過隔離管柱下深時，密封失效。因此，當密封短節(jié)組件快要脫離隔離管柱失去密封效果時，關(guān)閉自封循環(huán)短接組件循環(huán)口，打開循環(huán)短節(jié)自封閥，然后再接入一套沖砂裝置繼續(xù)施工，直到?jīng)_砂結(jié)束。

綜上所述，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限在上述的實施例中，相同領(lǐng)域內(nèi)的有識之士可以在本發(fā)明的技術(shù)指導思想之內(nèi)可以輕易提出其他的實施例，但這種實施例都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。