回注水装置在煤层气井排采作业中的应用

2013-01-06杜厚余王凤琴西安石油大学地球科学与工程学院陕西西安710065

长江大学学报(自科版) 2013年8期

杜厚余，王凤琴（西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安710065）

杨苗（中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉430074）

武铁岭（中石油长庆油田分公司，陕西西安710021）

我国的煤储层煤层构造复杂，多强烈变形，煤层中碎粒状及糜棱状结构常见，而且煤储层呈 “三低一高”的特征：煤层压力较低（压力系数＜0．8）、低渗透率（＜1×10-3μm2）、低含气饱和度（平均含气饱和度45%）、煤的变质程度偏高［1］，这使得我国煤层气在开采方面存在许多问题。在XX研究区煤层气开发过程中，针对其煤层渗透性差、非均质性强、煤层易出煤粉、易吐砂的特点，笔者对回注水装置在煤层气井排采作业中的应用进行了探讨。

1 XX研究区煤层气井排采作业中存在的问题

在XX研究区煤层气的开发过程中，由于研究区内煤储层的渗透率较低，地层供液能力较差，为了维持动液面稳定，控制井底压力下降速度，大多数投产井产液量小于0．2m3／d，平均单井产液量为0．15m3／d。现有的抽排设备难以实现如此低的产液量，以泵径38mm的有杆泵和V型1．8m冲程抽油机组合为例，假设泵效70%，只有当冲次调为0．08次／min时，才能将排水量控制在0．15m3／d，但当冲次降低到0．5次／min以下时，电机长时间低转速运行，会导致电机发热而影响使用寿命。此外，由于XX研究区煤层较软，煤岩机械强度低，煤层气井在见气后产出煤粉较多，以粒径介于0．05～2mm之间的细粒煤粉为主［2］。煤粉进入泵筒后，随着柱塞的上下往复运动进入管杆环空中，管杆环空中流体的流动速度要大于煤粉的沉降速度才能保证煤粉顺利排出［3］，但由于煤层气井日产水量不足，使部分煤粉沉降形成煤泥，很容易造成卡泵和泵漏失等问题，最终导致煤层气井修井率上升。

2 回注水装置及工作原理

在XX研究区煤层气开发过程中，对井口出液中含煤粉较多、地层供液能力较差、产液量少于0．2m3／d、液面波动幅度较大的煤层气井加装回注水装置（见图1）。煤层气井在加装回注装置后，从煤储层流入井筒内含煤粉的水在泵的抽吸作用下经吸液口（筛管）A处进入管杆环空被提升至地面出液口，在出液口前端B处分流，一部分经B1（回注设备的排液口）排出地面，另一部分经B2（回注设备的进液口）井入回注设备，通过测试阀门进入油套环空，最终到达井底完成一次循环；通过控制B1的出水阀门，根据需要调节该井的实际外排水量（见图2）。

虽然煤层气井加装回注水装置可以达到稳控液面的目的，但是排采过程中产出的煤粉仍然存在，为此需要在该装置上加装过滤设备来去除煤粉。图3所示为过滤设备示意图。当井筒内抽吸上来的含煤粉水通过进液口进入过滤设备后，由于进液口位于该设备上方，因而可以防止煤粉回流；含煤粉的水通过过滤网后，大部分煤粉被过滤而沉降在该设备下部；过滤后的水通过出液口和测试阀门进入到油套环空并最终到达井底。此外，在过滤网的上方预留一个防堵孔能起到防止过滤设备堵塞，从而使煤层气井能够进行正常排采作业。

图1 X2井口回注水装置图

3 回注水装置使用效果分析

3．1 有效控制动液面，实现煤层气井的稳定排采

该研究区煤储层的渗透率较低，地层供液能力较差，特别是煤层气井见气以后，水相渗透率急剧下降，产液能力降低，控制不当会导致液面降幅过快。加装回注水装置后，可以方便进行地层水的定量外排，避免了液面的大幅度波动，从而达到稳控液面的目的；在地层供液能力过低的情况下，煤储层中的煤粉无法通过水的流动排出，堵塞了煤层裂缝和微孔隙，这严重影响煤层气井的后续产能［4］。加装回注水装置可以通过加速地层水的流动疏通地层，使煤层气井的压降漏斗向远端扩展，保证了煤层气井 “连续、缓慢、稳定”的排采。表1所示为XX研究区7口井液面降速对比表。从表1可以看出，煤层气井在加装过回注水装置之前，液面降速一般大于1．0m／d，其中S1井液面降速甚至达到了7．49m／d，这种大幅度的波动不利于煤层气井稳定生产。加装回注水装置后，各井动液面得到了有效的控制，液面降速一般小于1．0m／d，通过定量控制日产水，达到了稳控液面、稳定生产的目的。

图2 煤层气井水流方向示意图

3．2 减少因煤粉沉降导致的修井作业，保证排采工艺的连续性

图3 过滤设备示意图

研究区内煤层气井在未加装回注水装置前，日产水量达不到理论排液量，加装回注水装置可以提高日产水量，从而加快管杆环空内流体的流速，减少了因煤粉沉降造成的修井，保证了煤层气井排采工艺的连续性。XX研究区X5井于2009年11月投产，由于排采初期即产气，动液面下降过快，产气量一直不稳，在投产一年后由于地层供液能力降低，产水量小于1m3／d，煤层气井产水中含煤粉，在稳产阶段因连续3次卡泵导致修井，并在泵筒内和井底打捞出大量煤泥；该井于2011年12月加装回注水装置，配合快抽排采制度，此后该井在排采过程中没有出现因煤粉沉降导致的修井作业，延长了检泵周期。

3．3 延长电机使用寿命

在日产水量较低的情况下，加装回注水装置可以提高抽油机的冲次。图4所示为XX研究区5口煤层气井冲次对比图。从图4可以看出，未加装回注水装置时抽油机的冲次普遍低于1．0次／min，有的甚至低于0．5次／min，导致许多电机因长时间低转速过载运行而损坏。加装回注水装置后，抽油机的冲次提高到2．0次／min以上，此时电机的转速达到额定转速，解决了电机过载运转、电机发热等问题。由于电机故障减少，提高了煤层气井排采作业的稳定性。