[0001] 本发明涉及非常规天然气多气合采开发技术领域，尤其涉及致密气与深层煤层气同井筒分压分采的井口装置及设备。

[0002] 国内非常规油气资源丰富，其中，上部高压致密气、下部低压深层煤层气的产层纵向多层叠置分布的地质结构占比较大。针对纵向层叠分布地质结构，同井筒多气立体开发已进入初步探索阶段。由于煤层气层与致密气层压力体系差别较大，同井筒同压合采并不适用，推荐采用同井筒分压分采。

[0003] 目前常规油气田上采用的多储层同井筒分压分采工艺仅限于两种压力体系的液体开采，但煤层气与致密气产出流体为两种压力体系气体和至少一种液体共计至少三种流体，故在井筒有限的空间内现有的采气工艺和井口设备无法满足致密气与深层煤层气的同井筒分压分采的要求。

[0030] 多储层合采方式按照井筒内压力体系划分主要有同井筒同压合采和同井筒分压分采。同井筒同压合采主要适用于两储层压力体系接近的产层开发。但煤层气作为吸附气体需排水降压解吸生产，压力相对低，而致密气为游离气可自然产气生产，压力相对较高。煤层气层与致密气层压力体系差别较大，同井筒同压合采并不适用。

[0031] 目前常规油气田上采用的多储层同井筒分压分采工艺仅限于两种压力体系的液体开采，但煤层气与致密气产出流体为两种压力体系气体和至少一种液体共计至少三种流体，故在井筒有限的空间内现有的采气工艺和井口设备无法满足致密气与深层煤层气的同井筒分压分采的要求。煤层气与致密气赋存机理不同，储层物性差异明显，压力体系不同(上部为高压致密气、下部为低压煤层气)，开采工艺、产出规律差异较大。因此，不同属性储层、不同压力体系下至少涉及三种流体的同井筒分压分采工艺，提供至少三种流体通道的井口装置，成为同井筒分压分采开发亟需解决的关键问题。

[0032] 因此，本发明公开了一种致密气与深层煤层气同井筒分压分采的井口装置，请参照图1至图12，设计了产水出口、高压致密气产气出口及低压煤层气产气出口总计三个生产出口，创新性提出将空心抽油杆19内部空腔作为产出液体通道的设计理念。

[0033] 具体地，请参照图1，井口装置包括煤层水产出多通6、煤层气体产出多通8和致密气产出多通10，煤层水产出多通6、煤层气体产出多通8和致密气产出多通10从上至下依次连接，分别作为产水出口、低压煤层气产气出口和高压致密气产气出口。

[0034] 请结合参照图1、图2和图5，井口装置包括套管17、油管18、悬挂外管21、空心抽油杆19和光杆1，套管17、油管18、悬挂外管21、空心抽油杆19和光杆1均同轴设置，而套管17、油管18、悬挂外管21和空心抽油杆19从外至内依次间隔设置，光杆1穿设于悬挂外管21内。

[0035] 其中，套管17、油管18和悬挂外管21均与致密气产出多通10相对固定，也相当于和煤层水产出多通6、煤层气体产出多通8位置相对固定，具体连接方式在以下作了举例说明。在井口装置中，设置了井口内动密封机构，通过井口内动密封机构实现悬挂外管21的底端与空心抽油杆19的动密封连接，动密封设计保证了空心抽油杆19柱作为动力管柱上下运动和运动时空心抽油杆内液体的排出。关于空心抽油杆柱，空心抽油杆柱由多个空心抽油杆
19连接组合而成。

[0036] 为了实现煤层水产出路径，请参照图7和图8，并结合参照图1与图3，光杆1的底端与空心抽油杆19的顶端通过功能接头20连接，空心抽油杆19的管腔通过功能接头20的内通道20a与悬挂外管21的内腔连通，悬挂外管21与光杆1形成的第一环空100和煤层水产出多通6的输出口连通。在深层煤层气排采过程中，煤层产出水通过井下排采设备进入空心抽油杆19，由空心抽油杆19内部管腔到达功能接头20，进而进入到悬挂外管21与光杆1形成的第一环空100区域，通过煤层水产出多通6排出。本方案通过功能接头20和井内动密封实现了运动管柱内的液体至第一环空100产出通道的转换。

[0037] 为了实现煤层气体产出路径，油管18与悬挂外管21形成的第二环空200与煤层气体产出多通8的输出口连通，请结合参照图1、图2和图7，煤层气体沿第二环空200区域进入煤层气体产出多通8，经煤层气体产出多通8输出。

[0038] 为了实现致密气体产出路径，套管17与油管18形成的第三环空300与致密气产出多通10的输出口连通，致密气体经第三环空300区域进入致密气产出多通10，经致密气产出多通10输出。

[0039] 上部致密气通过油套环空，经由下部致密气产出四通而产出；在油管18内增加悬挂外管21，煤层气体通过油管18‑悬挂外管21环空，经由中间煤层气体产出四通产出；由于空心抽油杆19柱即作为动力管柱，同时内部空间为液体通道，空心抽油杆柱的内部液体，通过空心抽油杆19与光杆的功能接头，液体通道由空心抽油杆19内部转至实体光杆1与悬挂外管21构成的环空，经由上部煤层水产出四通而排出。空心抽油杆19与悬挂外管21通过井筒内的动密封结构实现密封，形成空心抽油杆19内部运动液体的井口产出通道。

[0040] 综上，通过井口装置配合井筒、专用排采泵等，在井筒内建立两个压力体系，建立了高压致密气通道、低压煤层气气体通道和液体通道，创新性提出将空心抽油杆19内部空腔作为产出液体通道的设计理念，解决了分层开采时运动管柱内的液体在井口通过流程管路排出问题，解决致密气与煤层气同井筒分压分采的三种流体井口产出的问题；可满足三种不同压力体系的流体井口的排出，有利于多个储层产出流体的单独计量。

[0041] 包括从安装的角度出发，在一些实施方式中，请结合参照图1、图2和图3，套管17的顶端与致密气产出多通10相对固定连接，套管17的顶端为套管头。油管18通过油管悬挂器9与致密气产出多通10固定连接，油管18的顶端外周缘与油管悬挂器9的内周缘通过螺纹连接，悬挂外管21通过外管悬挂器7与煤层气体产出多通8固定连接，悬挂外管21的顶端外周缘与外管悬挂器7通过螺纹连接。

[0042] 在一些实施方式中，请参照图7和图8，功能接头20分别与光杆1、空心抽油杆19通过螺纹连接，内通道20a在功能接头20的周侧形成了开口20b。通过功能接头20实现了光杆1与空心抽油杆19的对接，实现了运动管柱内的液体至环空的产出通道的转换。

[0043] 在一些实施方式中，煤层水产出多通6、煤层气体产出多通8和致密气产出多通10分别呈三通或四通设置，如图1中示意的均呈四通设置。呈三通设置时，各包括一个输出口；呈四通设置时，各包括两个输出口，其中一个输出口作测试用。

[0044] 本发明创新性提出将空心抽油杆19内部空腔作为产出液体通道的设计理念，由于液体在空心抽油杆柱内，同时空心抽油杆柱又作为动力管柱上下运动，且由于井筒内空间较小，实现井筒内动密封的调节较为困难。

[0045] 在一些实施方式中，请参照图5和图7，悬挂外管21于内周缘靠近下端的位置处设置有沿周向的卡环12，卡环12的内周缘与空心抽油杆19、功能接头20均间隔设置。井口内动密封机构包括绳件11、第一绳接头16、井内密封压套15和第一密封件13，井口内动密封机构与卡环12配合，以实现悬挂外管21的底端处与空心抽油杆19的动密封连接。

[0046] 井口装置包括沿悬挂外管21周向均匀间隔布置的至少三根绳件11，绳件11的数量为奇数，绳件11可结合图4和图5理解，绳件11的底端安装有第一绳接头16，绳件11的顶端固定设置，绳件11部分设置在悬挂外管21与光杆1之间的第一环空100。可以理解的是，绳件11具有不伸缩性质，以能够维持密封连接。在较佳的实施方式中，绳件11采用钢丝绳。

[0047] 井口装置包括环状的井内密封压套15，井内密封压套15的结构请结合参照图5和图6，井内密封压套15的顶面设有环向台阶。井内密封压套15间隔设置在卡环12的下方，井内密封压套15设有用于绳件11穿过的孔道，第一绳接头16抵接于井内密封压套15的底侧，在绳件11的作用下井内密封压套15抵接在悬挂外管21的底端处。卡环12的底侧、井内密封压套15的顶侧、悬挂外管21的内周缘以及空心抽油杆19的外周缘围合形成了环形区域，井口装置包括设置在环形区域的第一密封件13，绳件11穿设于第一密封件13，在较佳的实施方式中，第一密封件13呈密封填料设置。

[0048] 在一些实施方式中，请参照图5，在悬挂外管21的底端与井内密封压套15的正对区域处还安装有第二密封圈14。井内密封压套15与悬挂外管21为轴孔配合，并采用密封圈密封。

[0049] 在一些实施方式中，请参照图1和图4，煤层水产出多通6的顶端安装有光杆密封盒5，在光杆密封盒5的上方安装有动密封调节机构。

[0050] 请参照图9和图10，动密封调节机构包括密封调节盘3和楔块调节箍4，楔块调节箍4包括调节外支架4a、调节螺栓4b和至少三个楔块4c，调节外支架4a包括环形架4aa和与环形架4aa连接的螺栓安装座4ab，楔块4c的数量为奇数，所有的楔块4c沿环形架4aa的内周缘均匀间隔布置，光杆1和绳件11穿设于环形架4aa的围合区域中，调节螺栓4b安装在螺栓安装座4ab，通过控制调节螺栓4b的松紧程度以使环形架4aa内缩外张。

[0051] 请对比参照图10和图11，图10中楔块调节箍4设有一个螺栓安装座4ab和一个调节螺栓4b，图11中楔块调节箍4设有一对螺栓安装座4ab和一对调节螺栓4b，该对调节螺栓4b布置在环形架4aa的相对两侧。请对比参照图11和图12，调节螺栓4b从图11所示的较松状态调整至图12所示的较紧状态后，环形架4aa带着楔块4c向内移动。

[0052] 请参照图9，密封调节盘3套设在光杆1外，密封调节盘3于底侧设置有与楔块4c的斜面相配合的倾斜面，密封调节盘3设有用于绳件11穿设的孔道，绳件11的顶端安装有第二绳接头2，第二绳接头2抵接在密封调节盘3的顶侧处，在环形架4aa内缩外张的条件下密封调节盘3的高度发生变化。例如，环形架4aa带着楔块4c向内移动，促使密封调节盘3上移，从而带动绳件11上移，通过绳件11上移拉动井内密封压套15上移，实现井筒内动密封的调节。

[0053] 通过井口处的动密封调节机构，绳件11上提，当绳件11向上拉动，带动井内密封压套15压紧作为第一密封件13的密封填料，可增强整体的密封性，可实现密封的调节。

[0054] 为了使井内密封调节平衡均匀上移，利用三点稳定性原理，在一些实施方式中，井口装置包括三根绳件11，三根绳件11沿悬挂外管21的周向均匀间隔设置，图6展示了为三根绳件11而设置的孔道。

[0055] 本发明还提供一种致密气与深层煤层气同井筒分压分采的设备，包括上述的井口装置，能够在井筒有限的空间内实现致密气与深层煤层气的同井筒分压分采。

[0056] 应用实施例方案，井口内构造了3个流体产出通道，可满足3种不同压力体系的流体井口的排出；有利于多个储层产出流体的单独计量；实现了运动的空心抽油杆19内部液体的井口排出。同时采用井筒内可调式动密封机构，井筒内动密封调节方便，可有效的提升井筒内有限空间的密封性能。

[0057] 实施例方案为致密气与深层煤层气同井筒分压分采实现提供了设备基础，在同井筒合采中避免了致密气与煤层气同井筒合采在井筒内的干扰，将打破目前同井筒合采无法达到“1+1＝2”的开发效果的局面，促进提升开发收益；使用该技术方案将解决同井筒合采时不同产层的贡献计量困难的问题，便于单独计量，有利于单独控制不同产层生产；该同井筒分压分采井口装置井内动密封调节无需拆卸井口，调节方便简单，节约施工时间，调节时无需停井，保证了致密气与煤层气排采的连续性，延长了致密气与煤层气的稳产高产周期，具有显著的经济效益和较好的推广价值。

[0058] 应用实施例方案为煤系气排采过程中形成的，适用于致密气与深层煤层气同井筒同时共同分压开采，同井筒分压分采具有不同压力体系产层井筒内无干扰、不同产层可单独控制、产层贡献可单独计量、开发成本低、开发效率高等特征，有利于加快非常规气规模开发进度，具有显著的经济效益和较好的推广价值。

[0059] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0060] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。