OPRS软件在煤层气井的应用

蔡 华 苏 雷 杨 阳 覃蒙扶 杜慧让 刘玉明

(1.中国石油股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司， 山西 048000；2.河北华北石油天成实业集团有限公司，河北 062552)

OPRS软件在煤层气井的应用

蔡 华1苏 雷1杨 阳2覃蒙扶1杜慧让1刘玉明1

(1.中国石油股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司， 山西 048000；2.河北华北石油天成实业集团有限公司，河北 062552)

通过分析煤层气井偏磨产生的原因，统计采取的相应措施和效果，指出目前偏磨治理的瓶颈，分析OPRS软件在煤层气井的适用性，应用软件优化扶正器安装位置及数量，研究表明该软件模拟计算扶正器添加位置与实际偏磨井段的符合率高，现场应用后可以缓解偏磨造成的影响，延长检泵周期，具有指导意义。

煤层气井 偏磨 OPRS 扶正器优化

1 引言

截止2014年11月，中国石油华北油田在山西省东南部沁水盆地累计投产煤层气井已超过2000口，以抽油机+管式泵为主的有杆泵排采工艺井占了98.2%，有杆排采工艺产生的偏磨问题成为分公司近几年检泵作业的主要原因。据统计，2013年樊庄区块偏磨井检泵井次占该区块总检泵井次的44%，而郑庄区块更高达71%，见图1、图2。

图1 樊庄区块检泵构成

图2 郑庄区块检泵构成

2 煤层气井偏磨产生原因及对应措施

2.1 偏磨产生的原因

(1)抽汲参数不合理，导致偏磨。

抽油杆在工作中受交变载荷，会发生疲劳破坏，造成断裂，另外在上抽油杆时丝扣没上紧，会发生脱扣事故。少部分生产井在泵效降低或煤层供液能力下降时，而工作制度并未及时进行调整，导致小水量井以较高冲次运行，这种不必要的高工作制度加快了抽油杆井下管杆偏磨的程度。

(2)“狗腿”变向引起偏磨。

有“狗腿”的地方，弯曲度大，不仅抽油杆接箍与油管内壁产生摩擦，抽油杆本体与油管内壁也产生摩擦。

(3)“中性点”效应

上冲程时，中性点以下的抽油杆处于拉伸状态；下冲程时，中性点以下的抽油杆同时受到上部杆柱向下的压力和自身的惯性作用, 易发生弯曲与油管内壁接触发生偏磨。这种现象随着抽油杆长度的增加和冲次增高的影响会更加明显。

2.2 对应措施

合理调整油井抽汲参数，见表1。表中措施的实施均达到预期目标要求，通过抽汲参数调整，降低偏磨比例8%。

表1 措施实施统计表

但是，针对井斜角和“中性点”效应产生的影响，只是根据检泵时实际磨损情况添加扶正器，缺乏对偏磨井段井深的准确预测和优化设计扶正器添加的技术手段。

3 OPRS软件适用性分析

软件全名为“煤层气排采井管柱优化设计软件”，简称OPRS，是华北油田采油工程研究院开发用于煤层气井系统效率分析和优化设计的软件。

该软件是完全的网络版软件，可通过浏览器访问装有软件的服务器。主要功能：①系统管理：单位管理、用户管理、设备管理和日志管理；②数据管理：单井数据管理、井况数据管理、井斜数据管理、数据上传；③煤层气井优化设计：煤层气井数据、参数设置、井眼轴线计算、优化设计。

3.1 利用软件计算的偏磨井段与检泵中实际偏磨情况对比

在检泵作业井中，选管柱杆管偏磨严重的15口井，统计偏磨起始井深及偏磨井段深度；并将这15口井用OPRS软件进行设计并优化扶正器的安装位置，将两者统计结果进行对比，验证软件计算结果的准确性。

在偏磨井段起始井深方面：设计位置与实际偏磨情况，最大偏差47m，最小偏差2m；

偏磨井段深度方面：最大偏差55m，最小偏差1.49m；两者吻合率在偏磨井段起始位置上，平均吻合率97%；偏磨井段深度上，平均吻合率81.5%。

说明OPRS软件在煤层气井的扶正器模拟优化设计上，与实际偏磨情况对比，具有较高的吻合率。软件能较准确的预测煤层气井的偏磨情况。3.2 利用软件模拟扶正器添加位置与中性点对应关系

统计15口软件设计的扶正器添加井段距泵深的距离，与理论计算中性点位置进行对比。

软件设计扶正器安装位置距下泵深度距离：泵上32～110m。

计算D38mm管式泵，D19mm抽油杆，在5次/分的工作制度下的中性点位置。中性点距离泵上96～110m。

模拟和计算值有较好的对应性。软件模拟的偏磨井段，在中性点附近。

因此，OPRS软件在煤层气井具有较高的适应性，在模拟的扶正器设计结果上，与实际偏磨情况对应度较高，并且在中性点附近。应用设计结果指导检泵工作，理论上可有效缓解偏磨。

4 现场应用

4.1 基本数据

胡底4井位于沁水盆地南部斜坡带樊庄区块，完钻井深868m，生产层位为山西组3号、15号煤层，煤层深度分别为705.7m和798.77m。

4.2 历年检泵情况

该井2010年10月投产，3号和15号煤合采，使用五型抽油机，22KW电机。2012年5月19日，抽油杆断脱检泵；2012年10月30日，固定凡尔卡死检泵；2012年12月30日，抽油杆撸扣检泵；2013年3月5日，光杆断脱检泵；2013年10月1日，抽油杆脱扣检泵；2014年6月17日，活塞卡死在泵筒内检泵。严重违背了煤层气“平稳，连续，低成本”的排采理念。

4.3 以往改进措施

针对实测载荷差值与理论值差别大问题，原五型抽油机更换为八型抽油机；对抽油杆多次断脱问题，采用组合杆柱，均未解决该井平衡难调整，频繁故障的问题。

4.4 软件优化设计后应用效果

首先，通过OPRS软件模拟计算°/10米的全角变化率，在780～820m井段，狗腿度分别为2.48°、5.14°、1.00°、5.52°、3.80°，出现“S”形弯，导致泵在该井段出现变形，从而导致载荷过高，波动大等问题。

随后，进行OPRS软件优化设计，在18处共添加64个扶正器。

该井自2014年6月作业后，至今运转正常，日产水27m3，日产气31403。对比作业前、作业后功图(见图3、图4)，最大载荷值变小，载荷值较平稳，无剧烈波动。

图3 胡底4井作业前示功图

图4 胡底4井作业后示功图

OPRS软件自2014年5月开始普及使用。截止到12月，已使用近180天，所设计使用的87口检泵井，正常运行时间最长176天，平均110天，现场安装经过优化扶正器的单井均未出现再次作业的情况，具有较好的使用效果。

5 结论

OPRS软件设计结果与煤层气井实际偏磨井段的吻合率高，能够准确预测偏磨井段具体位置；并且对扶正器的优化安装，增加了新的技术手段；软件可细化全角变化率数据，为杆管偏磨治理工作提供准确的井斜数据分析，提高单井故障分析准确性。

[1] 林伟民，苏凯元，于鑫，等.抽油杆扶正器安装位置的确定[J].断块油气田，2001，8(3)：52-54.

[2] 李梦溪，王立龙，胡秋嘉，等.沁水盆地樊庄区块煤层气井开发特点及管理方法[J].中国煤层气.2013，6(3):2-8.

(责任编辑 王一然)

Application of OPRS Software in CBM Wells

CAI Hua1, SU Lei1, YANG Yang2, QIN Mengfu1, DU Huirang1, LIU Yuming1

(1. CNPC Shanxi CBM Exploration and Development Branch, Shanxi 048000;2. Hebei North China Oilfield Tiancheng Industry Group Co., Ltd., Hebei 062552)

The eccentric wear occurred in rod drainage technique has become a main problem in pump inspection for the CBM company of Huabei Oilfield. Through the measures of optimizing the swabbing parameters and adding rod centralizer according to the actual wear situation, the issue of eccentric wear could not be efficiently resolved. The paper analyzes the causes of eccentric wear occurred in CBM wells, summarizes the adopted measures and their effects, and proposes the bottleneck to resolve this issues currently. It also analyzes the adaptability of OPRS software in CBM wells, and applies the software to optimize the distribution and number of rod centralizer. The result shows that the consistent rate is high between the distribution points of adding rod centralizer by simulation and calculation of the software and the actual eccentric wear sections. The influence caused by eccentric wear could be improved after application of the software, and the duration of pump inspection will be extended, which is of guiding significance.

CBM wells; eccentric wear; OPRS; optimization of rod centralizer

蔡华，助理工程师，工程硕士学位，主要从事煤层气排采技术研究与管理工作。