煤层气井常规修井作业工艺

＊牛作刚

（华东油气分公司采油气工程服务中心 江苏 225300）

引言

在绿色发展理念下寻找绿色节能能源显得极为重要，煤层气作为新时期新型洁净能源，是常规天然气的补充型资源，在开采煤层气的过程中会因为井下环境恶劣，由此出现一些问题，导致煤层气的开采具备较大的难度。在井下作业阶段如果不能快速发现并处理井下问题与故障，将会对煤层气产能造成不良的影响，因此需要增加对修井作业的重视程度，本文对煤层气井暴露出的问题进行分析，开展修井工作，在科学的工作模式下，保证煤层气井恢复产量，按照工作需求正常运行。

1.井下故障类型分析

在井下采集煤层气工作前需要进行勘探工作，井位的选择、射孔、钻井、压裂与完井是前期准备阶段需要完成的任务，在完成一系列活动后可以进入煤层气排采环节。在相应环节为控制煤层压力，会抽排煤层中的沉压水，由此可以释放煤层吸附的甲烷气，排采煤层气的过程中，因为井下环境异常恶劣，所以会引发不少的问题以及故障，比如套管、砂埋、负荷重等问题，相应问题的出现会阻碍排采工作的进行。作业队在排采阶段会开展铣、钻、磨、套等工作，针对砂埋、负荷重等问题选择大修的方式。其余的问题一般会选择小修。

排采工作进行期间需要考虑到常规作业较为常见的情况，应该将常规故障发生后是否会产生液体作为区分故障类型的标尺，将常规故障分为两种类型，第1种类型是外在没有产生液体，此类情况包含粉煤包裹凡尔、卡泵、断脱等问题。如果煤粉包裹游动凡尔或固定凡尔会导致液体漏失，而此时地表将停止产液；卡泵是煤颗粒或是煤粉进入泵中，此时活塞会被煤颗粒或是煤粉卡死，失去工作能力；断脱是井下某个抽油杆受到外力因素导致自身断裂，在杆断裂后泵会相继停止工作。对是否产液作为故障区分的标志，在此种情况下第1类故障还存在煤粉包裹凡尔、断脱、卡泵三种可能，应该在确定第1种故障后对故障进行细分。煤粉包裹固定凡尔、包裹游动凡尔、包裹固定凡尔和游动凡尔，这是煤粉包裹凡尔存在的三种情况。卡泵的故障表征较为明显，如果驴头外表面停止上下移动便可以初步判断故障为卡泵；煤粉包裹凡尔与断脱在故障判断方面存在一定的难度，可以通过功能图区分两者。

如果外表产液可以判断该故障为第2种类型，但是在此种情况下需要确定故障具体内容，这是检修工作进行的前提条件。第2类故障存在液面不涨以及泵效低的问题，应该结合具体情况进行分析泵效，同时在此过程中需要确定泵效区分方式，不是泵效低过某个规范值后，将其判断为泵效低，比如对日产水0.1m3的一口井，其液面降至煤层顶板，此时井的泵上为1%，在此种情况下认为仅正常运行；但是如果一口井液柱超过10m，但是日常水量为0.2m3，计算井的泵效，其值仅为4%，此种情况可以认为该井是低泵效。导致泵效低的原因很多，地层供液量变少，使原来的泵难以在当前排采制度下工作；泵因为自身的密封性较低，在密封不严密的情况下出现漏湿问题；如果出现供液不足的情况，可能与泵挂位置有关，如果泵挂位置过高使供液不足；如果泵的冲次很小，与排采制度严重不符，针对此种情况只要调高冲次可以解决泵效低的问题。但是地层供液量少、本身密封性低、泵挂位置高等问题，需要采用修井作业才可以解决泵效低的问题。

表1 不同排采制度阶段划分方法

而导致液面不降的因素也有很多：地壳供应量增加，在此种状态下原来的泵与排采制度并不相符，因为不适合排采制度，使液面不降；由于泵自身密封出现问题不严密，所以出现漏失的情况。

2.修井工艺

(1)小修工艺

油水井小修工艺，在井下作业进行期间起下水管柱完成故障处理工作。包含清蜡与检泵、压井、更换井下管柱、清砂与防砂等。使用小修工艺具备施工迅捷的优势，同时工艺并不复杂，在井下作业阶段是一种常用的工艺，工艺的应用必须引起工作人员的重视。

(2)大修工艺

大修工艺应用在井下事故处理工作中，制定解决事故的大修作业方案，选择相应的修井器械，因为大修施工涉及到多学科知识及专业，集中性较高，因此工作人员必须掌握较为全面的专业知识，同时应该根据具体情况选择工艺应用方式。在大修工艺应用过程中，应该注意相应事项：①井下发生事故后需要第一时间组织人员勘查现场，找到故障出现的原因；②在大修工艺实施前，必须由技术人员结合现场状况进行分析，给出修井作业方案；③敲定方案后还需要选择辅助大修工艺的施工设备，确定工作流程以及工作人员的职责，严格按照制定的方案监管工艺操作，保证相应工作可以快速进行快速解决井下事故。井下打捞技术、套管架构技术以及套管取换技术是大修工艺常用的技术方式，应该根据具体情况选择相应技术处理井下故障。

(3)煤层气井特点

与常规天然气储层不同，煤储层具有双重功能，煤层既是甲烷气的生气层又是储集层。和一般油气井相比，煤层气井具有以下特点：煤层气井井深浅，一般在200m～1500m之间，井底的温度及压力低，远远小于油气井的井底温度与压力。煤储层是具有基质孔隙与裂缝孔隙特征的双孔隙系统，渗透率远远小于油气储集层砂岩的渗透率。煤中大部分天然气呈吸附状态存在于基岩孔隙的内表面上，只有少量以游离状态（10%～20%）或溶解状态存在于煤层的孔隙与裂缝中，其储集方式和以游离态为主的石油、天然气有根本的不同。煤层孔隙压力梯度一般小于0.01MPa/m，属于低压地层，存在很大差异且很难预测。超低压煤层的压力梯度低达0.006MPa/m，高压煤层的压力梯度高达0.02MPa/m以上，即使在同一地区，压力梯度变化也很大。煤层微孔隙发育，割理多，非均质性强，机械强度低，力学稳定性差，在外力作用下极易破碎。该特点在钻井上极易引起煤层的坍塌、破碎，导致井径扩大。煤储层存在渗透性滞后现象。煤层经过多次的加压、卸压周期试验，测定不同压力下的渗透率，发现加压使渗透率下降，但卸压时渗透率只能得到一定程度的恢复，造成渗透率的损失。煤层的渗透性低，孔隙压力低，钻井和固井过程中过平衡压力大，煤层极易受到伤害。

3.泵型选择

在煤层气井排采期间，修井作业是极为常见的工作措施，泵挂深度与泵类型是工作的重要内容，两者会对煤层气排采工作形成一定的影响，直接影响到煤层气的产量以及排产效果，在泵型选择阶段应该从多个层面进行考量，同时需要重视泵效选择，泵效必须满足降液要求，在选型阶段需要考虑到大泵低冲次的情况，对同一口井应该在泵型选择阶段，以提高泵使用寿命，控制油套连通等方式规避故障问题。在排采初期发现在煤层中需要进行一定的预防措施，防止因压裂砂造成砂埋，在作业时应该保证煤层顶板在泵挂位置下方。煤层气进入稳产阶段，可以调整泵挂位置，将其放置煤层底板下方。

煤层气井一般会使用杆式泵、长柱塞管式泵和螺杆泵，其中杆式泵与长柱塞管式泵的常用型号分别是38mm、44mm与56mm。对杆式泵与长柱塞管式泵进行比较发现，双方均含有抽油杆与柱塞相连的共同点，依靠抽油机将煤层中的水抽出来，并转移到地表中，抽油机在工作中进行上下运动。分析长柱塞管式泵在工作中的表现，发现其拥有排量大、价格实惠、结构简单等优势，但是长柱塞管式泵的缺点也非常明显，在检泵环节中需要处理的工作量非常大，工作繁琐会使工作难以进行，在检泵阶段工作人员必须要起出抽油杆与油管，否则检泵工作无法进行。杆式泵作业与长柱塞管式泵不同，在作业方式上简单很多，起出抽油杆便可以完成检泵工作。杆式泵的缺点是排量小但是价格高。

螺旋杆与长柱塞管式泵、杆式泵相比，在性价比上占据优势，螺旋杆可以应用在液柱降低难且产液量大的井，衬套、螺杆是螺旋杆的主要组成部分。因为螺旋杆具备的优势成为煤层气行业的首选，其中单螺旋泵的应用频率比较高。虽然螺旋杆可以应用在液柱降低难且产液量大的井中，但是不适合应用在产液量小的井中，因为此类井供液量有限，如果螺旋杆在产液量小的井中作业会出现干磨的情况，不仅难以推进工作还会损坏泵，带来一系列问题。

4.修井作业过程

进行修井工作在确定井下故障的前提下进行，完成故障判断即可以编写修井方案，作业队会按照方案跟进修井工作。为保证修井工作可以快速进行需要完成准备工作，作业队必须布置井场，对其进行标准化设计。将作业车停放在场地合适位置、拉好警戒线（图1为警戒线材料）、检查地锚深度、准备作业工具（吊环、扳手、管钳、滑轮车等）、搭建油管桥，完成井场布置工作后，由专人验收，修井作业需要在井场验收合格后才能开工（如果验收不合格需要重新布置，直至合格为止）。

图1 警戒线材料

开工后需要明确工作顺序，首先拆卸驴头，接着起开原井杆柱，在以上工作结束后探砂面。发现存在砂后需要确定砂高与砂面位置，将现场收集到的信息向甲方汇报，由甲方决定是否需要捞砂。在下井前需要检查砂泵活塞和捞砂泵底阀的应用情况，确认凡尔的密封性，一旦相关装置出现问题不能下井。捞砂工作进行期间关注现场情况，在捞砂移至人工井底后需要侯沉1h的时间，在相应操作执行后复探砂面，检查工作行为，在误差处于0.05m区间中即可（此种情况视工作合格）。

井内沉砂清除环节，可以使用冲砂的方法，该方法又细分为反冲砂、正冲砂与正反冲砂。三种作业方式的优点各异，反冲砂携带砂的能力非常强，正冲砂的冲刺力度大，正反冲砂囊括了正冲砂与反冲砂的优点，携砂能力强同时冲刺力度大。在冲砂环节中需要考虑到排采阶段煤层在冲砂方式下可能遭受的伤害，煤层气井因为降压产气自身特性，导致相关工作进行期间已经让煤层气井受到应力的冲击。煤层在外力的冲击下容易发生碎裂与变形的问题，外来流体会对煤层造成严重的复合伤害。固相颗粒自身特性驱使，导致其与煤岩容易产生镶嵌作用，在此情况下煤层的渗透率会大幅度下降。采用常规的油管冲砂方式，在打破煤层前已经存在降压情况，重新采排需要在动液面恢复后进行。对煤层气进行深入的分析，外来流体对煤层气解吸产生附加力，该力的出现会对煤层气井生产与产量造成巨大的影响。通过多方比对，在井筒清理阶段还是以捞砂作为选择的工作方式。

5.结语

煤层气井常规修井作业需要确定井下的故障与问题，目前将是否产液作为故障类别划分的标尺，将故障分为故障1与故障2，前者包含煤粉包裹凡尔、卡泵与断脱；后者为液面不降与泵效低。确定故障后需要结合排采数据进行分析最后编制修井方案，在下井作业前完成准备任务，严格按照方案要求进行修井工作。在修井阶段关注现场状况，规范作业行为，由此可以逐步解决井下故障，恢复排采制度，为煤层气开采创造条件。