煤层气井用螺杆泵系统优化

杨 连

（中石油煤层气有限责任公司，北京 100028）

煤层气井用螺杆泵系统优化

杨 连

（中石油煤层气有限责任公司，北京 100028）

煤层气的开采，需要一定的工艺技术措施。应用螺杆泵进行排水采气技术措施，通过对螺杆泵排水采气系统的技术优化，达到最佳的排水采气效果，不断提高煤层气的开采效果，使其产能最大化。

煤层气；井下；螺杆泵；优化

1 煤层气的开采

煤层气是在煤形成的过程中，富集于煤层中的非常规天然气，煤层气的成藏机理和开发的工艺技术措施，与常规天然气的开发截然不同，只有采取合理的工艺技术措施，才能获得最佳的煤层气产能。

煤层气井的生产过程，是通过抽排煤层中的水，使煤层压力降低，将甲烷气体分离出来，使甲烷气体从吸附状态转换为游离状态，从井口开采到地面。煤层气开采过程中，大量使用螺杆泵进行排水采气，主要原因就是螺杆泵适合输送高黏度的液体，因此可以排出大量的煤粉，并且不会降低螺杆泵的泵效。螺杆泵属于容积泵，没有气锁现象，当气井供液不足发生串气时不会对该系统造成影响。螺杆泵的生产费用比较低，防砂、耐磨效果好，不需要更多的维护，就能够达到正常的排水采气的效果。

2 螺杆泵系统优化

为了满足煤层气开采的需要，提高煤层气井的产量，延长气井检泵周期，必须通过优化设计螺杆泵系统，使其发挥出最大的排水效能，为气田的生产提供动力支持。

2.1 螺杆泵系统管杆防偏磨优化设计

螺杆泵系统中管杆偏磨形式主要包括几何偏磨和弯曲偏磨。几何偏磨是由于井身轨迹的原因，如井斜、挠曲等造成抽油杆柱与油管接触，相对运动造成偏磨。弯曲偏磨是由于抽油杆高速旋转过程中会产生离心弯曲现象，使杆柱弯曲，导致抽油杆与油管接触摩擦的情况。因此应着重从这两个方面入手，防止偏磨。井身狗腿度较大的地方易产生管杆偏磨，因此应在这些地方增加抽油杆扶正器，必要时可使用导向器，避免抽油杆与油管的直接接触，可以有效减少磨损。对于弯曲偏磨，应重点从设备选型上入手，选择合理的泵型，将螺杆泵系统转速降低，可减小抽油杆旋转离心力，降低弯曲量，同时也可以减少管杆接触处的摩擦次数，将磨损量降低，延长螺杆泵系统的运转周期。此外应使用抽油杆扶正器将抽油杆接箍扶正，因接箍外径大，最易磨损。防偏磨措施需根据不同井型，不同井况，做出不同的调整，以使螺杆泵系统运行周期最大化，气井产量最大化。

2.2 螺杆泵系统防砂防煤粉优化设计

煤粉的产出机理主要有三方面因素：储层因素、工程因素和排采制度因素。储层因素取决于煤层的质地和机械强度，机械强度越低出煤粉量越大。工程因素有钻井过程中，钻具与煤层研磨，由于机械破坏作用和应力集中释放产生煤粉；还有压裂过程中，由于压裂液的高压高速突进、支撑剂注入过程中对裂缝冲刷作用、煤岩表面的剪切与磨损作用，使煤岩破碎产生大量的煤粉及颗粒大小不一的煤碎屑。此外排采强度过大，产气增速未控制，速敏效应会导致出砂、煤粉等颗粒物。由于以上因素，在排水降压过程中，煤粉不可避免地会进入井筒。进入井筒的煤粉会造成卡泵和吸入口堵塞，导致螺杆泵无法正常运转。传统的管柱结构是使用打孔筛管作为吸入口，将吸入口下放至煤层下部。该结构中的吸入口在煤层下部，煤粉沉降较多，加之打孔筛管孔径大，无法有效过滤煤粉颗粒，因此较易卡泵。针对这种问题，可将吸入口更换为缝隙小于煤粉颗粒的绕丝筛管，这样可以将大颗粒煤粉阻隔在泵挂管柱外，可以减少螺杆泵卡泵的风险。此外也可考虑将吸入口换成气锚，放置在煤层上部，煤层上部煤粉量远低于煤层下部，因此该管柱结构可以大大降低卡泵及吸入口堵塞的风险，延长检泵周期，该管柱结构在实践中应用效果良好，应大力推广。

2.3 螺杆泵系统设备选型优化设计

为了使螺杆泵举升系统长期稳定连续运转，必须合理选择螺杆泵的各项参数，并优选与之对应的顶驱设备。螺杆泵在设计时，扬程负载率不能超过80%，杆驱螺杆泵推荐转速＜150r/min，推荐泵效＜90%。减缓定子磨损衰减带来的泵效损失不能单纯依靠增加泵效，而是通过选择更大的泵型，控制转速和泵效，降低泵的扬程负载率，控制泵效。选择螺杆泵驱动设备时，应根据扬程和排量计算出泵的负载功率，根据功率大小选择驱动头，此外还应根据驱动头输出扭矩进行合理选择。对于杆柱的组合设计，需要考虑杆柱在扭矩和轴向力作用下，产生的弯曲变形情况，设计合理的杆柱组合，达到内应力的要求，避免生产过程中产生过大的变形，而影响到生产的顺利进行。

螺杆泵进行排水生产过程中，合理控制排水的压力和排水量，按照煤层气开采制度的要求，对螺杆泵进行管理。必须注意的就是螺杆泵在停机检修时，很容易发生螺杆反转的情况，必须安装防反转设备，避免由于井下的扭矩释放不完全，而引发安全生产事故。

3 结论

通过对煤层气用螺杆泵系统优化，有效地利用螺杆泵进行排水采气技术措施的应用，开采更多的煤层气，提高气田的产能。优化设计煤层气用螺杆泵的电动机系统，杆柱系统以及额定运行参数的确定，满足煤层气井开采时的排水要求，节约电能的消耗。通过抽汲作用，将煤层气井中的水排出来，使煤层气变为游离态，而达到煤层气的开采效率。

[1] 何军，杨建雨，窦武.螺杆泵井管柱优化设计[J].中国石油企业，2014，（5）.

[2] 张利平.液压传动系统及设计[M].化学工业出版社，2013.

[3] 黄庆.煤层气井用螺杆泵系统优化设计及软件开发[D].中国石油大学（华东），2012.

Optimization of Screw Pump System for Coalbed Methane Well

Yang Lian

The mining of coalbed methane requires some technical measures，and the screw pump is used to carry out the technical measures of drainage and gas production.Through the technical optimization of the drainage system of the screw pump，the optimal drainage and gas production efficiency is achieved，and the coalbed methane Mining effect，to maximize its production capacity.

coalbed methane；downhole；screw pump；optimization

TE37

A

1003–6490（2017）10–0048–01

2017–07–10

杨连（1987—），男，河北大名人，助理工程师，主要从事煤层气井井下作业工作。