煤層氣井沉砂防氣泵的研究及應(yīng)用

郝 麗 程 浩 段寶玉

(中國(guó)石油華北油田采油工藝研究院,河北 062552)

1 技術(shù)背景

煤層氣是一種儲(chǔ)存于煤層及其鄰近巖層中的自生自?xún)?chǔ)式為主的常規(guī)天然氣。煤層氣的儲(chǔ)集性能及力學(xué)特征與常規(guī)儲(chǔ)層 (如砂巖、碳酸鹽巖)有明顯的區(qū)別,從而造成開(kāi)發(fā)煤層氣的鉆井、完井、開(kāi)發(fā)等動(dòng)態(tài)技術(shù)的一系列的特殊性,特別是煤層氣的排采與其它方式有質(zhì)的不同。

煤層氣井的開(kāi)采主要通過(guò)排水降壓使吸附在煤層中的甲烷氣體解吸來(lái)實(shí)現(xiàn)的,需要長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定排水降壓。煤層氣井的排采過(guò)程大致可以分為排灰、排水降壓、采氣等幾個(gè)階段,其中排灰階段煤粉等固體顆粒很容易對(duì)排采設(shè)備造成影響,雖然在排采后期也會(huì)有煤粉排出,但是煤粉量相對(duì)排采初期已經(jīng)很少,不會(huì)對(duì)排采設(shè)備造成很大的影響。由于煤層氣井產(chǎn)水量較小,液流速度比較慢,進(jìn)入泵筒的煤粉等固體顆粒就會(huì)對(duì)泵筒及柱塞造成磨損,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡泵現(xiàn)象,影響煤層氣井的正常生產(chǎn)。在排采過(guò)程中氣體的存在也會(huì)影響排采設(shè)備,影響閥的正常工作,使泵效降低,甚至出現(xiàn)“氣鎖”現(xiàn)象。

針對(duì)上述存在問(wèn)題,為了防止排采過(guò)程中由于停抽而導(dǎo)致的煤粉卡泵,同時(shí)為了解決煤粉沉積在井底導(dǎo)致?lián)粕肮ぷ髁康脑黾?研究設(shè)計(jì)了沉砂防氣泵。該泵具有防煤粉與防氣體影響的雙重作用,可以防止停抽時(shí)煤粉卡泵現(xiàn)象的發(fā)生,同時(shí)還可以通過(guò)環(huán)形閥進(jìn)行氣液置換,減少氣體的影響,提高排采效率。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)

沉砂防氣泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由三部分組成：

(1)環(huán)形閥裝置由防砂帽、環(huán)形閥罩、環(huán)形閥、環(huán)形閥座、環(huán)形閥接頭、定位爪簧等組成。

(2)管式泵由帶有防砂槽的柱塞、泵筒、游動(dòng)閥、固定閥等組成。

(3)分流接頭部分由沉砂管、過(guò)橋接頭等組成。

圖1 沉砂防氣泵結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 特點(diǎn)

(1)環(huán)形閥裝置的設(shè)置,可以起到減輕氣體影響和防止氣鎖的作用 (如圖2所示);

圖2 環(huán)形閥裝置結(jié)構(gòu)示意圖

(2)沉砂管與過(guò)橋接頭的設(shè)計(jì),可以避免由于固體顆粒堆積在泵筒內(nèi)而加劇泵的磨損和卡泵現(xiàn)象的發(fā)生。過(guò)橋接頭的特點(diǎn)是將進(jìn)液孔和沉砂孔完全隔離開(kāi),互不干擾,當(dāng)進(jìn)液口有液體吸入時(shí),不會(huì)影響到沉砂孔里的固體顆粒 (如圖3所示)。

圖3 分流接頭結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 工作原理

上沖程時(shí),環(huán)形閥首先開(kāi)啟,油管內(nèi)的液柱壓力轉(zhuǎn)壓到游動(dòng)閥上,游動(dòng)閥關(guān)閉,固定閥打開(kāi),氣液混合物進(jìn)入柱塞下部的泵筒空間內(nèi)。下沖程時(shí),環(huán)形閥立即關(guān)閉,此時(shí)油管內(nèi)的液柱壓力就轉(zhuǎn)壓到環(huán)形閥上,游動(dòng)閥迅速打開(kāi),氣液混合物進(jìn)入柱塞與環(huán)形閥之間的泵筒空間內(nèi)。拉桿帶動(dòng)柱塞繼續(xù)下行,下沖程將要結(jié)束時(shí),拉桿縮徑部分與環(huán)形閥之間形成通路,環(huán)形閥上部的液體會(huì)通過(guò)通道進(jìn)入柱塞上部空間,氣體被置換出去,減小了氣體的影響。

當(dāng)細(xì)小的煤粉顆粒隨氣液混合物一同進(jìn)入泵筒后,由于煤層氣井排量小,液流速度比較慢,大部分煤粉不能隨液體一同排出,在重力的作用下通過(guò)沉砂孔經(jīng)過(guò)沉砂管沉降到下部的沉砂尾管,在起管柱時(shí)一同起出。

圖4 HY19-10井施工前示功圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

根據(jù)沉砂防氣泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及煤層氣井的排采情況,2009年12月13日,煤層氣公司華堯19-10井進(jìn)行檢泵作業(yè),下入沉砂防氣泵恢復(fù)生產(chǎn),以下是該井施工前后的示功圖 (見(jiàn)圖4、5、6)及生產(chǎn)參數(shù)情況分析 (見(jiàn)表1)。

通過(guò)對(duì)HY19-10井施工前后示功圖及生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),該井檢泵前排采設(shè)備泵在煤粉及氣體的影響下工作不正常。下入沉砂防氣泵后,該泵在井下運(yùn)轉(zhuǎn)正常,沒(méi)有出現(xiàn)砂卡、氣鎖等現(xiàn)象。

圖5 HY19-10井施工后 (20091220)示功圖

圖6 HY19-10井施工后 (20100809)示功圖

表1 HY19-10井施工前后生產(chǎn)參數(shù)對(duì)照表

4 結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明,沉砂防氣泵在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)合理,簡(jiǎn)單實(shí)用,工作可靠,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果明顯,能夠有效的減少煤粉及氣體影響,減少了檢泵作業(yè)和撈砂工作量,提高排采效率,降低綜合作業(yè)成本。沉砂防氣泵的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,為煤層氣井排采提供了一種技術(shù)手段,豐富了煤層氣排采工藝技術(shù)。

[1] 羅英俊,萬(wàn)仁薄.采油技術(shù)手冊(cè) (第三版) [M].北京：石油工業(yè)出版社,2005.

[2] 云門(mén)油田分公司機(jī)械廠(chǎng).G B/T1807-2001抽油泵及其組件規(guī)范.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.