煤层气井调气方式适应性研究

邹红刚 王子辉，2 马 辉 曹晓丽 宁 娜 崔 滨

(1.中国石油华北油田分公司山西煤层气勘探开发分公司，山西 048000;2.中国石油天然气集团有限公司煤层气开采先导实验基地，山西 046000)

1 概况

煤层气井数字化、智能化排采是以机巡与人巡交互式的管理模式，遵循“连续、渐变、稳定、长期”的排采管控思路，从单井流压降幅、产气阶梯式精细调控，对调气阀门、调气频幅的要求较高。在成熟区块应用效果好的V型球阀，在新开发区块突显不适应，改选用角阀调控，为梳理不适应影响因素，保障排采的稳定、连续开展此研究。

2 角阀调节适应性分析

角阀通过图1阀杆与图2角阀油嘴之间的配合实现气量调控，应用于早期煤层气井气量调节，由于油气到达井口通过油嘴节流的压力损耗，与油嘴直径大小有关，通常约占总压力损耗的5%～20%，气量调控受限、过流能力差等因素，煤层气井大都改为V型球阀进行气量调控。

图1 阀杆

图2 角阀油嘴

2.1 角阀调气特点

(1)优点

图4 华1井生产曲线

井口角阀与单井阀组间距较大，最小间距3m，在流量计前形成较为稳定的流态，流量计进气干扰小，工况、标况显示灵敏、波动小；角阀调节精度高，可实现2～4m3/h的微量调节，气量调节稳定。

(2)缺点

角阀阀杆与油嘴配合形成环形进气通道，井底返压裂沙、煤粉颗粒易堵塞，过流能力弱；油嘴通径为0～20mm，使角阀气量调节能力受限，调气范围2500～3000m3/d，不利于后期的提产。

2.2 角阀的维护

角阀密封采用橡胶盘根密封，与抽油机井口盘根不同，抽油机盘根与光杆上下磨擦，角阀盘根与阀杆旋转磨擦，磨擦损耗、驱动方式不同，橡胶受温度、其它使用环境影响易变软粘连；角阀盘根一般为4～6块，盘根压盖不易过紧，过紧会挤压变形如图3，角阀开闭涩，易出现反弹。

图3 角阀盘根

角阀调节出现反弹。从图4华1井生产曲线来看，套压升，气量降，表现反复。原因分析：角阀盘根压盖过紧，盘根内圈挤压突起，之间产生摩擦力增大；在角阀调节时盘根与调节杆摩擦旋转时，盘根与盘根旋转不同步，产生回旋力，出现气量下滑，套压上升。

角阀的定期维护。角阀需定期更换不平整的盘根，盘根抹上黄油，增加润滑，检查盘根压盖松紧适度；角阀堵塞可适当调大阀门开度，再调回。

3 V型球调节适应性分析

V型球阀属于固定球阀，也是单阀座密封球阀，调节性能是球阀中最佳的，它的V型切口与金属阀座之间具有剪切作用，特别适合含纤维、微小固体颗粒、料浆等介质。适用于经常操作，启闭迅速，轻便。

3.1 V型球阀调气特点

(1)优点

V型球阀不受煤层气气质影响，过流能力强；气量调节可实现管线通径最大化，流量特性是等百分比，可调比达100:1，且调节稳定。等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的，所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。

(2)缺点

V型球阀与流量计间距小，最小间距80cm，井口套压高0.2MPa以上、套压与系统压力差大，在流量计前未形成较为稳定的流态，标况、工况最低显示值偏高(表1)，初期精细排采井管控无法保障；受V型球阀进气方式、前后压差、流态变化、阀门开启反作用力等因素影响，微量调节2～4m3/h难度较大，需多频次轻敲位移，费时、费力；V型球阀不需进行日常维护。

表1 V型球阀与井口阀门调节对比表

3.2 V型球阀现场应用

在新区块V型球调节流量计的标况、工况最低显示值偏高，与老区块的应用存在差异，按φ32旋进旋涡流量计，瞬时显示范围4～60m3/h，新区块最低显示值高达25m3/h，增加了煤层气井精细管控难度。

图5 煤层气井计量阀组工艺示意

(1)流量计前后未形成稳定的流态

图5煤层气井计量阀组工艺示意流量计前直管段约0.8m，为直径的25D，流体在未全开的阀门出口处会产生不规则旋涡，因而在下游形成一段较长的湍流(紊流)。湍流在传感器上产生的干扰信号会影响流量计的测量，旋进旋涡流量计具有双探头抗震功能，在小流量时，湍流产生的干扰信号大于流量信号，会使流量计因检测不出流量信号而关闭计量。

湍流长度因不同的流体和工况而不同，资料提示气体为40D的长度。增加直管段的直径，可以减少长度。在实验中，当将直管段从32mm改成80mm的管道时，长度可缩短为1m。

(2)V型球阀前后压差大

实验发现湍流与阀门开度有关，阀门开度越小，所需要的直管段越长，在3m以上时，流量计才能准确测量下限4m3/h的瞬时流量。

(3)煤层气井计量阀组工艺示意图中，后段未安装单流阀

多井计量管段在同一汇管上汇流，各井解吸压力、时间、放气量的差异，在流量计后段形成压力差，各井解吸压力差越大，井间的干扰也就越大。