煤层气井沉砂防气泵的研究及应用

2011-02-13段宝玉

中国煤层气 2011年2期

郝丽程浩段宝玉

(中国石油华北油田采油工艺研究院,河北 062552)

1 技术背景

煤层气是一种储存于煤层及其邻近岩层中的自生自储式为主的常规天然气。煤层气的储集性能及力学特征与常规储层 (如砂岩、碳酸盐岩)有明显的区别,从而造成开发煤层气的钻井、完井、开发等动态技术的一系列的特殊性,特别是煤层气的排采与其它方式有质的不同。

煤层气井的开采主要通过排水降压使吸附在煤层中的甲烷气体解吸来实现的,需要长期、连续、稳定排水降压。煤层气井的排采过程大致可以分为排灰、排水降压、采气等几个阶段,其中排灰阶段煤粉等固体颗粒很容易对排采设备造成影响,虽然在排采后期也会有煤粉排出,但是煤粉量相对排采初期已经很少,不会对排采设备造成很大的影响。由于煤层气井产水量较小,液流速度比较慢,进入泵筒的煤粉等固体颗粒就会对泵筒及柱塞造成磨损,严重时会出现卡泵现象,影响煤层气井的正常生产。在排采过程中气体的存在也会影响排采设备,影响阀的正常工作,使泵效降低,甚至出现“气锁”现象。

针对上述存在问题,为了防止排采过程中由于停抽而导致的煤粉卡泵,同时为了解决煤粉沉积在井底导致捞砂工作量的增加,研究设计了沉砂防气泵。该泵具有防煤粉与防气体影响的双重作用,可以防止停抽时煤粉卡泵现象的发生,同时还可以通过环形阀进行气液置换,减少气体的影响,提高排采效率。

2 结构特点及工作原理

2.1 结构

沉砂防气泵的结构如图1所示,主要由三部分组成：

(1)环形阀装置由防砂帽、环形阀罩、环形阀、环形阀座、环形阀接头、定位爪簧等组成。

(2)管式泵由带有防砂槽的柱塞、泵筒、游动阀、固定阀等组成。

(3)分流接头部分由沉砂管、过桥接头等组成。

图1 沉砂防气泵结构示意图

2.2 特点

(1)环形阀装置的设置,可以起到减轻气体影响和防止气锁的作用 (如图2所示);

图2 环形阀装置结构示意图

(2)沉砂管与过桥接头的设计,可以避免由于固体颗粒堆积在泵筒内而加剧泵的磨损和卡泵现象的发生。过桥接头的特点是将进液孔和沉砂孔完全隔离开,互不干扰,当进液口有液体吸入时,不会影响到沉砂孔里的固体颗粒 (如图3所示)。

图3 分流接头结构示意图

2.3 工作原理

上冲程时,环形阀首先开启,油管内的液柱压力转压到游动阀上,游动阀关闭,固定阀打开,气液混合物进入柱塞下部的泵筒空间内。下冲程时,环形阀立即关闭,此时油管内的液柱压力就转压到环形阀上,游动阀迅速打开,气液混合物进入柱塞与环形阀之间的泵筒空间内。拉杆带动柱塞继续下行,下冲程将要结束时,拉杆缩径部分与环形阀之间形成通路,环形阀上部的液体会通过通道进入柱塞上部空间,气体被置换出去,减小了气体的影响。

当细小的煤粉颗粒随气液混合物一同进入泵筒后,由于煤层气井排量小,液流速度比较慢,大部分煤粉不能随液体一同排出,在重力的作用下通过沉砂孔经过沉砂管沉降到下部的沉砂尾管,在起管柱时一同起出。