带压洗泵装置在煤层气井排采过程中的应用

2017-03-18张建龙李特社张义王理国

辽宁化工 2017年6期

张建龙，李特社，张义，王理国

（贵州省非常规天然气勘探开发利用工程研究中心，贵州贵阳 550081）

1 煤层气排采原理及遵循原则

煤层气，主要以吸附态赋存于煤岩基质中，只有少量游离态存在于孔隙之中；煤储层普遍具有低孔、低渗、非均质性强的特点，正是基于它的赋存方式和储层特征的特殊性导致煤层气开采技术与常规天然气开采技术有较大差异。

煤层气的开采是在储层改造后，通过排出储层内的压裂液及地层水，使储层压力不断降低，当储层压力低于煤层临界解吸压力时，气体解吸产出。最终煤层气井的产气量主要取决于储层供气范围和压降幅度，要实现气井产量的最大化，就需要不断扩大解吸区域，扩大控制面积。

排采工作需严格遵守“连续、缓慢、稳定、长期”的原则。①连续：排采过程中尽量避免工作设备的停机和频繁更换，保证井底流压是连续下降的过程；②缓慢：由于煤层本身易出煤粉加之储层改造加入的细砂、粉砂，要求排采过程必须缓慢，尽量减少煤粉运移，避免砂子运移；③稳定：频繁的工作制度调整会导致煤储层内物质发生无规律转移，甚至使已稳定的通道发生坍塌和堵塞，导致渗透率下降；④长期：煤储层压降漏斗的扩大是长期排水压降的结果，排水时间越长，排水量越多，压降范围越大，理论上产气量就越大。

2 排采过程存在问题

由于煤储层普遍存在的低渗透率、弱含水性特点，决定了排采过程中煤储层的供液能力弱，产水量低，尤其对贵州地区来说，在排采中后期，随着煤层气产量的增大，煤储层供液量越来越低，甚至远低于排采设备最小工作制度下的产水量，此时排出水多为油套环空中的液量，导致油套环空液面快速下降，从而加快井底流压的下降速度，违背了“缓慢、稳定”的排采原则，这样容易引起煤层激动，加剧煤粉等固体颗粒的不规则运移，降低渗透率；也不利于压降漏斗的扩展，只有井筒附近小范围内压力得到释放，产生少部分煤层气。

由于煤层本身易出煤粉，煤粉对气井的伤害较大，煤粉进入井筒后，若单井产水量较小，达不到带出井筒中煤粉的流速，煤粉就容易在井筒内逐渐下降沉积、并粘结成块，极易堵塞泵筒，严重时造成泵漏失，甚至卡泵，一旦卡泵，需要进行检泵作业，期间耗时较长，违背了“连续”的排采原则，这样使得地层压力回升，煤层气被重新吸附，使已形成的孔隙通道再次被水充填，阻碍后期气体的流动；重新抽排后需要较长时间才能使产气量恢复到检泵之前。

为了适应较低的储层供液量，要求排采设备工作制度尽量的小，其实就是要求设备的工作速度尽量的低，但设备的长时间低速运转，会导致电机的发热严重，为了保护电机，设备会经常性的自动停转，不利于设备的使用寿命，也违背了“连续”的排采原则。

3 带压洗泵装置工作原理及效果分析

针对以上存在问题，特引入一种带压洗泵装置，对煤层气后期“连续、稳定”排采具有显著效果。

3.1 工作原理

带压洗泵装置是利用高压往复泵经井口三通向油套环空内注水，同时，调整抽油机冲次提高气井排液量，通过提高油管内排采水的流速，带动油管内、泵筒内沉积的煤粉排出地面，达到降低井筒内煤粉浓度，延长检泵周期的目的；此外，也可以单纯的向井筒注液，以稳定和恢复液面。该工艺设备简单，操作方便，能有效节约人力成本和作业时间。具体工作流程见图1所示。

图1 带压洗泵设备工作流程图

3.2 效果分析

（1）减少卡泵风险，延长检泵周期，实现连续排采

煤层气排采过程中，当有卡泵征兆或者不出液的的情况发生时，可使用该带压洗泵设备，通过边注水边快抽的注采平衡方式，加快杆管环空中液体的流动速度，使小的固相颗粒随液体排出而排出，减小煤粉沉降造成的卡泵风险；定期使用该设备对井筒进行清洗，能有效减少卡泵、延长检泵周期，实现煤层气的连续排采。

（2）有效稳定液面，控制流压降幅，实现缓慢、稳定排采

针对煤层气井排采中后期液面下降过快，井底流压下降过快，无法有效控制的情况，使用带压洗泵设备，可以人为向油套环空注水，补充地层供液的不足，使环空中液面稳定下降或者不降，同时也有效控制了井底流压的下降速度，实现煤层气缓慢、稳定排采。

4 现场应用

4.1 F2井排采简史及异常情况简述

F2井是位于贵州省遵义断拱长岗向斜的一口煤层气勘探井，该井采用连续油管分段压裂4#、7#、10#三层煤，于2015年11月30日开始排采。排水降压阶段日产水量最高1.3 m3/d，平均0.73 m3/d；2016年7月16日，井底流压降至3.6 MPa，进入临界解吸阶段，由于气体的作用，液体产出量减小，平均0.56 m3/d，由于气水两相流的作用，对煤储层扰动较大，致使产出煤粉严重，且该井管柱设计不合理，预留口袋只有4.3 m，产出的煤粉没有足够的空间沉积，进入泵筒，而低产水量不足以把进入泵筒内煤粉带出井口，导致卡泵，在放气生产仅仅两周之后，即进行检泵作业，耗时13天，既消耗了人力财力，又违背了连续排采的原则，检泵后产气效果并不理想。

2016年10月30日泵效降低至不出液的现象，通过测示功图显示泵筒内存在有固相物，这些固相物的存在引起了砂卡现象发生。当时的产水量仅0.25～0.3 m³/d，液体在油管内向上的流速太低，不能将进入泵筒内的固相物带出到地面，为了避免再次检泵施工，因此试验进行了带压洗泵作业。

图2 F2井排采曲线图

4.2 带压洗泵过程控制原则

（1）流压控制—控制流压变化范围在 0.05 MPa以内；

（2）排量控制—产出水量=注入水量+储层产水量

该井管式泵径 28 mm，抽油机最大冲次为 6 r/min，将冲程调整为1.5 m；流量由0.01 m³/h逐步提升至0.25 m³/h后保持排量稳定

（3）总量控制—该井杆管环空体积的3倍以上

泵深663.17 m，杆直径为22 mm，环空容积约1.73 m³，即：1.73×3=5.19 m³

（4）冲次控制—冲次由0.3 r/min提升至约6 r/min。

4.3 洗泵后效果分析

表1 F2井洗泵前后参数表

洗泵之后，气井产水量得到有效提高，且不出液现象没有再出现，流压降幅也得到有效控制，效果良好（见表1）。

4.4 回注水效果分析

由于后期本井储层供液量很小（0.12 m3/d），即使抽油机最小工作制度（冲程 0.9 m，冲次 0.28 r/min）下，泵效70%，日抽水量0.17 m3/d，为了避免环空液面下降过快，特通过该洗泵设备每日定时定量注液0.05 m，以弥补地层供液的不足，保证液面稳定维持在煤层以上。从产气及液面下降情况看，使用该设备定期回注水有效的维持了液面在最下部（10#）煤层以上30 m，稳定产气量1 000 m3/d左右，且到目前近9个月了，未再发生卡泵修井作业，效果良好。