页岩气井钻完井用污油罐论文和设计-韩亮

全文摘要

本实用新型公开了页岩气井钻完井用污油罐，罐体的两个侧面分别设置伸入至罐体内部的内管、凸出至罐体外部的外管，外管外径小于或等于内管内径；内管内设置常关的单向截止装置、密封槽，外管外部设置与密封槽相匹配的密封件；单向截止装置关闭时，内管内从罐体内部至罐体外部方向截止；还包括用于封堵外管的堵头；当一个罐体的外管插入至另一个罐体的内管内时，外管上的密封件进入内管内的密封槽，且该内管内的单向截止装置打开。本实用新型用以解决页岩气井在遭遇出油量较多时，需要频繁更换备用污油罐，占用大量吊车时间、且容易造成环境污染的问题，实现无需频繁更换、直接拼接扩展污油罐，以满足出油量不确定的页岩气井钻完井使用的目的。

主设计要求

1.页岩气井钻完井用污油罐，包括罐体(1)，其特征在于，所述罐体(1)的两个侧面分别设置伸入至罐体(1)内部的内管(2)、凸出至罐体(1)外部的外管(3)，外管(3)外径小于或等于内管(2)内径；所述内管(2)内设置常关的单向截止装置、密封槽(4)，所述外管(3)外部设置与所述密封槽(4)相匹配的密封件(5)；所述单向截止装置关闭时，内管(2)内从罐体(1)内部至罐体(1)外部方向截止；还包括用于封堵所述外管(3)的堵头(6)；当一个罐体(1)的外管(3)插入至另一个罐体(1)的内管(2)内时，外管(3)上的密封件(5)进入内管(2)内的密封槽(4)，且该内管(2)内的单向截止装置打开。

设计方案

当一个罐体(1)的外管(3)插入至另一个罐体(1)的内管(2)内时，外管(3)上的密封件(5)进入内管(2)内的密封槽(4)，且该内管(2)内的单向截止装置打开。

2.根据权利要求1所述的页岩气井钻完井用污油罐，其特征在于，所述内管(2)、外管(3)分别位于罐体(1)的相对或相邻两侧面。

3.根据权利要求1所述的页岩气井钻完井用污油罐，其特征在于，所述单向截止装置包括与内管(2)同轴的第一环形板(7)、第二环形板(8)，所述第一环形板(7)位于第二环形板(8)靠近罐体(1)内部的一侧；所述第一环形板(7)、第二环形板(8)之间设置外径大于第二环形板(8)内径的球体(9)；还包括处于压缩状态的弹簧(10)，所述弹簧(10)一端固定在第一环形板(7)上、另一端连接所述球体(9)。

4.根据权利要求3所述的页岩气井钻完井用污油罐，其特征在于，所述球体(9)为内部空心的金属球。

5.根据权利要求3所述的页岩气井钻完井用污油罐，其特征在于，所述第一环形板(7)、第二环形板(8)之间的内管(2)侧壁设置若干通孔(11)，所述通孔(11)连通至罐体(1)内部。

6.根据权利要求3所述的页岩气井钻完井用污油罐，其特征在于，所述外管(3)的端部设置顶推块(12)，所述顶推块(12)能够穿过第二环形板(8)；顶推块(12)与外管(3)之间通过若干连杆固定连接。

7.根据权利要求6所述的页岩气井钻完井用污油罐，其特征在于，所述堵头(6)为套筒，堵头(6)内壁设置内螺纹，外管(3)外壁设置与所述内螺纹相匹配的外螺纹，堵头(6)与外管(3)之间螺纹连接；堵头(6)内壁设置分别用于容纳密封件(5)、顶推块(12)的第一容纳槽(601)、第二容纳槽(602)。

8.根据权利要求1所述的页岩气井钻完井用污油罐，其特征在于，所述密封件(5)为固定套设在外管(3)外部的橡胶圈，所述橡胶圈的外径沿轴线方向两端小、中间大；所述密封槽(4)的形状与橡胶圈的形状相匹配。

9.根据权利要求1所述的页岩气井钻完井用污油罐，其特征在于，所述罐体(1)底部设置带刹万向轮(13)，所述罐体(1)的外侧壁设置吊耳(14)。

10.根据权利要求1所述的页岩气井钻完井用污油罐，其特征在于，所述罐体(1)内部设置若干相互平行且等高的安装板(15)，安装板(15)的两端分别固定在罐体(1)的相对两侧内壁上，相邻两块安装板(15)之间可拆卸连接盖板(16)。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及油气开发领域，具体涉及页岩气井钻完井用污油罐。

背景技术

页岩气是指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中，游离气比例一般在20％～85％。页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中。天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中。天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集，表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。因此，与常规储层气藏不同，页岩储层既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。近年来，受美国、加拿大页岩气成功商业开发的影响，全球页岩气勘探开发呈快速发展态势。然而，由于页岩气原地成藏的圈闭模式，其储存介质为页岩岩层。对于常规油气田而言，页岩岩层都是作为生油层或盖层的地质结构，因此可想而知页岩气的储集层渗透率极低，开采难度很大。页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大，所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来；且页岩气采收率比常规天然气低，常规天然气采收率在60％以上，而页岩气仅为5％～60％。现有技术中，美国是页岩气开采技术最为完善、规模化产量最大的国家。我国页岩气藏的储层与美国相比有所差异，以页岩气探明储量相对较为丰富的四川盆地为代表，页岩气层埋深约在2000～3500米，相比于美国的页岩气层800～2600米的深度而言，埋深明显更大，直接导致开采难度更大。

受地质勘探风险及探井布井局限的影响，页岩气井是否出油存在地质不确定性；对于常规的页岩气井的钻完井施工而言，一般情况下出油较少或者完全不会出油，因此现场为了节约场地，一般在固控系统下方配置一个小型的污油罐以防万一即可，用于盛接钻井或完井过程中井内可能返出的含油液体或碎屑，从而避免污染环境。但是如果在钻开储层或射孔压裂后遭遇出油量较多时，需要频繁的动用吊车从备用场地更换空的污油罐，频繁占用吊车容易干扰钻完井现场正常工序；并且在更换污油罐的过程中容易造成油污的散溢，污染井场场地环境与周围自然环境。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供页岩气井钻完井用污油罐，以解决页岩气井在遭遇出油量较多时，现有的污油罐难以满足承接需求，需要频繁更换备用污油罐，占用大量吊车时间、且容易造成环境污染的问题，实现无需频繁更换、直接拼接扩展污油罐，以满足出油量不确定的页岩气井钻完井使用的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：

页岩气井钻完井用污油罐，包括罐体，所述罐体的两个侧面分别设置伸入至罐体内部的内管、凸出至罐体外部的外管，外管外径小于或等于内管内径；所述内管内设置常关的单向截止装置、密封槽，所述外管外部设置与所述密封槽相匹配的密封件；所述单向截止装置关闭时，内管内从罐体内部至罐体外部方向截止；还包括用于封堵所述外管的堵头；

当一个罐体的外管插入至另一个罐体的内管内时，外管上的密封件进入内管内的密封槽，且该内管内的单向截止装置打开。

现有技术中，对于页岩气井而言，为了节约场地，一般都只在井场固控系统(如振动筛、除砂除泥器)下方放置一个小型的污油罐备用。当遭遇出油量较多时，需要频繁的动用吊车从备用场地更换空的污油罐，频繁占用吊车容易干扰钻完井现场正常工序；并且在更换污油罐的过程中容易造成含油污水的散溢，污染井场场地环境与周围自然环境。为了克服上述问题，本实用新型提出一种页岩气井钻完井用污油罐，在罐体的两侧侧面分别设置内管、外管，顾名思义，内管朝向罐体内部方向，外管朝向罐体外部方向，且内管、外管均用于在需要时连通罐体内外。外管外径小于或等于内管内径，从而确保一个罐体的外管能够插入至另一个罐体的内管内部。外管用堵头进行封堵，平时无法连通罐体内外。内管内设置单向截止装置，单向截止装置常关，处于关闭状态的单向截止装置截止内管，从而使得罐体内部的液体无法通过内管向外流动。本实用新型作为页岩气钻完井现场的污油罐使用时，只需放置一个在指定区域，该指定区域一般为固控系统的排污端即可，若作业过程中没有出油或只有少量出油，则可仅仅使用该一个罐体即可，此种工况下与常规页岩气井现场的污油罐使用方式一致，整个作业过程无需更换罐体。当遭遇出油量较大，一个罐体的容量不够时，本申请只需从备用场地搬运另一个空的罐体至指定区域，将空罐体的外管堵头卸掉，将该外管插入至已经装有油污的罐体的内管内。外管插入内管后，该外管上的密封件进入对应内管内的密封槽，实现密封，防止油污泄露，并且此时该内管内的单向截止装置打开，从而即可通过不同罐体各自的外管、内管实现两个罐体之间的连通。且由于外管插入至内管后即实现连通，因此相较于现有技术需要吊走原污油罐、再放入新的污油罐的更换方式而言，避免了更换过程中的油污或含油污水的散溢，因此避免了对井场场地和周围环境的污染。

本方案中的单向截止装置使用现有技术即可，如单向阀、止回阀等均可，其可以由插入的外管通过物理作用打开，也可通过外管插入内管内部后触发信号电控打开，本领域技术人员根据现有技术能够获取的任意打开方式均可适用于本申请中。本申请中罐体的大小仍然为页岩气井用的小型污油罐的大小，如容积2～3方即可，因此不用占用过多场地，只有在出油量较大时，再逐一进行拼接连通，所以能够根据具体出油情况灵活使用，避免了直接使用大型的7方、10方污油罐直接占用大量井场空间的问题。此外，由于本申请使用过程中无需将装满油污的罐体移走，只需将新的罐体移动至井场内，因此单次占用吊车时间至少减半，能够显著降低污油罐使用对吊车的占用时间，减少对其余作业工序的干扰；甚至，本申请由于无需将装满油污的罐体移走，使用过程中所需搬运的仅仅是空的罐体，在罐体较小时，甚至可以采用人力搬运的方式，使用手推车、气动绞车等工具将空的罐体从备用场地移至井场内部，以此进一步的减少吊车占用时间。本申请也可以适用于常规储层的钻完井作业，不过在是否出油、出油量大小都难以确定的页岩气藏的开发中效果最为显著：当出油量少或不出油时，本申请完全可以作为常规的小型污油罐使用，通过单向截止装置、堵头分别实现内管、外管的关闭；当出油量较大时，无需频繁更换污油罐、而是直接拼接新的罐体，直接扩展储存空间。当作业完成后，只需逐个的将一个罐体的外管从另一个罐体的内管中拔出并立即装上堵头，即可逐一运走统一回收处理。

进一步的，所述内管、外管分别位于罐体的相对或相邻两侧面。根据井场具体形状与布局选用不同的罐体，若固控系统处放置污油罐的区域为长条形，则适用于内管、外管分别位于相对两侧面的罐体；若固控系统处放置污油罐的区域为近似方形或圆形等较为宽敞的区域，则适用于内管、外管分别位于相邻两侧面的罐体。当然，在备用场地内优选的准备内管、外管不同分布结构的罐体，便于驻井工程师根据现场实际情况灵活选用，尽可能的提高空间利用率。

进一步的，所述单向截止装置包括与内管同轴的第一环形板、第二环形板，所述第一环形板位于第二环形板靠近罐体内部的一侧；所述第一环形板、第二环形板之间设置外径大于第二环形板内径的球体；还包括处于压缩状态的弹簧，所述弹簧一端固定在第一环形板上、另一端连接所述球体。由于弹簧处于压缩状态，且弹簧的一端固定在第一环形板上，因此在自然状态时，在弹簧复位力的作用下，将球体压至第二环形板处，球体封堵第二环形板的中心孔洞，从而实现从罐体内部至外部方向的自然截止，使得在无外力作用时，罐体内部的流体无法通过内管向外流动。当另一个罐体的外管插入至该内管内时，顶推球体、进一步压缩弹簧，使得球体脱离第二环形板，从而实现连通。必然的，弹簧所提供的弹性复位力，需要能够将球体压在第二环形板上，又无法克服插接后的另一个罐体与地面间的静摩擦力。本申请中作为污油罐的罐体都是金属材料，一般为铁或不锈钢材料，即使是容量2～3方的小型罐体，也不是单根弹簧能够推开的，因此本申请一旦拼接后，能够保证相邻两个罐体之间的稳定连通。

进一步的，所述球体为内部空心的金属球。使得弹簧用更小的力就能够将球体压在第二环形板上，从而能够使用压缩程度更低、复位力更小的弹簧即可，确保弹簧的复位力不会对插接后的另一个罐体造成任何影响。

进一步的，所述第一环形板、第二环形板之间的内管侧壁设置若干通孔，所述通孔连通至罐体内部。增大单向截止装置打开后的流道面积，从而尽快实现已快要装满的罐体内的油污向新连接的空罐体内的转移。

进一步的，所述外管的端部设置顶推块，所述顶推块能够穿过第二环形板；顶推块与外管之间通过若干连杆固定连接。顶推块能够从第二环形板的中心孔洞处穿过，便于直接顶推球体，顶推块与外管之间通过若干连杆固定连接，各连杆之间的空隙即是油污的流动通道。

进一步的，所述堵头为套筒，堵头内壁设置内螺纹，外管外壁设置与所述内螺纹相匹配的外螺纹，堵头与外管之间螺纹连接；堵头内壁设置分别用于容纳密封件、顶推块的第一容纳槽、第二容纳槽。堵头通过螺纹套设在外观外，且通过第一容纳槽、第二容纳槽分别容纳密封件、顶推块，避免螺纹连接对密封件、顶推块造成损伤。

进一步的，所述密封件为固定套设在外管外部的橡胶圈，所述橡胶圈的外径沿轴线方向两端小、中间大；所述密封槽的形状与橡胶圈的形状相匹配。外管插入对应的内管过程中，橡胶圈受压变形确保外管顺利插入，待橡胶圈到达密封槽所处位置时，橡胶圈受压消失、复位，在密封槽内实现配合密封。其中，橡胶圈的外径沿轴线方向两端小、中间大，密封槽的结构与之匹配，从而便于两个罐体的连接或脱离时，橡胶圈都容易逐渐脱离密封槽，避免橡胶圈卡死在密封槽内，提高本申请的使用稳定性。

进一步的，所述罐体底部设置带刹万向轮，所述罐体的外侧壁设置吊耳。通过带刹万向轮使得本申请中的空罐体更加容易被人力所搬运，从而在需要使用空罐体时，能够通过人力从备用场地推至井场内部，进一步降低对吊车的依赖与占用。吊耳便于作业完成装了油污后吊车起吊装车运走。

进一步的，所述罐体内部设置若干相互平行且等高的安装板，安装板的两端分别固定在罐体的相对两侧内壁上，相邻两块安装板之间可拆卸连接盖板。现有的污油罐，都是由两块盖板在中部铰接，从两侧打开使用。而井场的布局各不相同，有时会出现固控系统的排污口正好对着中部铰接位置，油污无法直接进入污油罐内，还需要用软管引导的情况。为此，本方案对盖板也进行改进，若干安装板位于罐体内部接近顶端的位置，在相邻两块安装板之间均可拆卸连接盖板，固控系统的排污口正对哪块盖板，则将该块盖板卸下即可，从而避免了使用软管引导的繁琐加工，提高了使用方便性。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型页岩气井钻完井用污油罐，使用过程中无需将装满油污的罐体移走，只需将新的罐体移动至井场内，因此单次占用吊车时间至少减半，能够显著降低污油罐使用对吊车的占用时间，减少对其余作业工序的干扰；甚至，本申请由于无需将装满油污的罐体移走，使用过程中所需搬运的仅仅是空的罐体，在罐体较小时，甚至可以采用人力搬运的方式，使用手推车、气动绞车等工具将空的罐体从备用场地移至井场内部，以此进一步的减少吊车占用时间。

2、本实用新型页岩气井钻完井用污油罐，当出油量少或不出油时，本申请完全可以作为常规的小型污油罐使用，通过单向截止装置、堵头分别实现内管、外管的关闭；当出油量较大时，无需频繁更换污油罐、而是直接拼接新的罐体，直接扩展储存空间，因此本申请相较于现有技术需要吊走原污油罐、再放入新的污油罐的更换方式而言，避免了更换过程中的油污或含油污水的散溢，因此避免了对井场场地和周围环境的污染。

3、本实用新型页岩气井钻完井用污油罐，特别适用于是否出油、出油量大小都难以确定的页岩气藏的开发，也适用于常规储层的钻完井作业。

4、本实用新型页岩气井钻完井用污油罐，若干安装板位于罐体内部接近顶端的位置，在相邻两块安装板之间均可拆卸连接盖板，固控系统的排污口正对哪块盖板，则将该块盖板卸下即可，从而避免了使用软管引导的繁琐加工，提高了使用方便性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例的剖视图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1中B处的局部放大图；

图4为本实用新型具体实施例中两个罐体相连后的剖视图；

图5为图4中C处的局部放大图；

图6为本实用新型具体实施例中堵头的剖视图；

图7为本实用新型具体实施例中外管的结构示意图；

图8为本实用新型具体实施例中罐体的外部结构示意图；

图9为本实用新型具体实施例中单个罐体使用时的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-罐体，2-内管，3-外管，4-密封槽，5-密封件，6-堵头，601-第一容纳槽，602-第二容纳槽，7-第一环形板，8-第二环形板，9-球体，10-弹簧，11-通孔，12-顶推块，13-带刹万向轮，14-吊耳，15-安装板，16-盖板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1至图5所示的页岩气井钻完井用污油罐，包括罐体1，所述罐体1的两个侧面分别设置伸入至罐体1内部的内管2、凸出至罐体1外部的外管3，外管3外径小于或等于内管2内径；所述内管2内设置常关的单向截止装置、密封槽4，所述外管3外部设置与所述密封槽4相匹配的密封件5；所述单向截止装置关闭时，内管2内从罐体1内部至罐体1外部方向截止；还包括用于封堵所述外管3的堵头6；当一个罐体1的外管3插入至另一个罐体1 的内管2内时，外管3上的密封件5进入内管2内的密封槽4，且该内管2内的单向截止装置打开。

当出油量少或不出油时，本实施例完全可以作为常规的小型污油罐使用，通过单向截止装置、堵头6分别实现内管2、外管3的关闭；当出油量较大时，无需频繁更换污油罐、而是直接拼接新的罐体1，直接扩展储存空间。当作业完成后，只需逐个的将一个罐体的外管从另一个罐体的内管中拔出并立即装上堵头，即可逐一运走统一回收处理。

优选的，所述罐体1底部设置带刹万向轮13，所述罐体1的外侧壁设置吊耳14。

实施例2：

如图1至图7所示的页岩气井钻完井用污油罐，在实施例1的基础上，所述内管2、外管3分别位于罐体1的相对或相邻两侧面。所述单向截止装置包括与内管2同轴的第一环形板7、第二环形板8，所述第一环形板7位于第二环形板8靠近罐体1内部的一侧；所述第一环形板7、第二环形板8之间设置外径大于第二环形板8内径的球体9；还包括处于压缩状态的弹簧10，所述弹簧10一端固定在第一环形板7上、另一端连接所述球体9。所述球体9为内部空心的金属球。所述第一环形板7、第二环形板8之间的内管2侧壁设置若干通孔11，所述通孔11连通至罐体1内部。所述外管3的端部设置顶推块12，所述顶推块12能够穿过第二环形板8。

如图7所示，本实施例中，顶推块12与外管3之间通过若干连杆固定连接。密封件5为固定套设在外管3外部的橡胶圈，所述橡胶圈的外径沿轴线方向两端小、中间大；所述密封槽4的形状与橡胶圈的形状相匹配。

优选的，每根连杆均贯穿顶推块12，且连杆两端与外管3内壁之间焊接。

如图5所示，本实施例中，右侧罐体的外管3插入至左侧罐体的内管2内，当两个罐体侧壁接触时，右侧罐体的外管3正好抵拢左侧内管2内的第二环形板8，此时右侧外管所配备的密封件5正好进入左侧内管内壁的密封槽内，且顶推块12插入至第二环形板8内，将球体9推至第一环形板7与第二环形板8之间。

优选的，如图6所示，所述堵头6为套筒，堵头6内壁设置内螺纹，外管3外壁设置与所述内螺纹相匹配的外螺纹，堵头6与外管3之间螺纹连接；堵头6内壁设置分别用于容纳密封件5、顶推块12的第一容纳槽601、第二容纳槽602。

实施例3：

在上述任一实施例的基础上，所述罐体1内部设置若干相互平行且等高的安装板15，安装板15的两端分别固定在罐体1的相对两侧内壁上，相邻两块安装板15之间可拆卸连接盖板16。

如图8、图9所示，本实施例中，罐体1内部沿长轴方向的两端固定两块与侧壁完全贴合的安装板，安装板15与盖板16上都设置有相匹配的螺纹孔，安装板15与盖板16之间通过螺栓实现可拆卸连接。图9中，罐体1放置好后，固控系统的排污口正对左边第二块安装板，因此只需卸下该块安装板即可。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

页岩气井钻完井用污油罐论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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