煤層氣井長(zhǎng)沖程、大泵徑排采設(shè)備的研究及應(yīng)用

O 李塔 焦文川 楊瀟騰（中石油煤層氣有限責(zé)任公司忻州分公司 山西 036600）

煤層氣井長(zhǎng)沖程、大泵徑排采設(shè)備的研究及應(yīng)用

O 李塔 焦文川 楊瀟騰
（中石油煤層氣有限責(zé)任公司忻州分公司 山西 036600）

煤層氣排采的實(shí)質(zhì)是排水降壓，為了滿足產(chǎn)水量較大、煤層埋深在800m以淺的煤層氣井的排采需要，提出一套長(zhǎng)沖程、大泵徑的排采設(shè)備。在闡述煤層氣井排采機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合某區(qū)塊排采現(xiàn)狀，提出用3m沖程的六型抽油機(jī)配合Φ83mm斜井泵來(lái)滿足區(qū)塊部分產(chǎn)水量大的井的排采需要。當(dāng)沖程、沖次相同時(shí)，泵徑越大，日產(chǎn)水量越大；在泵徑、沖次一定的情況下，長(zhǎng)沖程可增加日排水量；在煤層氣井日產(chǎn)水量一定時(shí)，增大泵徑和沖程長(zhǎng)度可降低抽油機(jī)的沖次，減緩管桿偏磨程度?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的效果表明該類(lèi)型排采設(shè)備運(yùn)行可靠，可滿足日產(chǎn)水量不超過(guò)125m3、煤層埋深在800m以淺煤層氣井的排采需要，對(duì)某區(qū)塊大部分排采井具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

煤層氣；長(zhǎng)沖程；大泵徑；排采設(shè)備

游梁式抽油機(jī)配合有桿泵是目前國(guó)內(nèi)外煤層氣井應(yīng)用最廣泛的排采設(shè)備之一，該技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、故障率低，工作制度調(diào)整方便，可適應(yīng)于低沉沒(méi)度排采。經(jīng)過(guò)查閱資料，目前國(guó)內(nèi)煤層氣井常用的有桿泵排采設(shè)備的抽油機(jī)型不超過(guò)八型，抽油泵泵徑不超過(guò)70mm。如柳林南部一般選擇Φ38mm泵，機(jī)型為五型抽油機(jī)，即可滿足排液的需要。某區(qū)塊由于平均日產(chǎn)水量和煤層埋深較大，特別是該區(qū)塊南部的井區(qū)，常規(guī)的排采設(shè)備難以滿足排采制度的要求。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的四型、五型抽油機(jī)配合小直徑泵（如Φ56mm和Φ70mm），正常運(yùn)行時(shí)沖次較高，管桿偏磨的矛盾突出。因此，在常規(guī)有桿泵排采設(shè)備的基礎(chǔ)上，亟需摸索出一套適合該區(qū)塊煤層氣開(kāi)發(fā)特點(diǎn)的排采設(shè)備。本文在闡述煤層氣排采機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前該區(qū)塊煤層氣井的排采現(xiàn)狀及要求，給出一套適合于該區(qū)塊的排采設(shè)備，并對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果進(jìn)行分析，為大規(guī)模的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1.煤層氣排采機(jī)理

煤層氣又稱煤層甲烷氣，是在成煤過(guò)程中形成并賦存于煤層中的一種非常規(guī)天然氣。這種非常規(guī)天然氣大部分（70%～90%）以吸附狀態(tài)賦存在煤巖基質(zhì)中，少量成游離狀態(tài)存在于煤的割理和其它孔隙、裂隙中，還有少許溶解在煤層水中。煤的吸附性導(dǎo)致煤層氣成藏機(jī)制和開(kāi)發(fā)技術(shù)與常規(guī)天然氣截然不同。

煤層氣井的生產(chǎn)是通過(guò)抽排煤儲(chǔ)層中的承壓水，使得煤層壓力降至煤的解吸壓力以下，吸附態(tài)的甲烷解吸為大量游離態(tài)甲烷，并通過(guò)擴(kuò)散和流動(dòng)兩種不同的機(jī)制運(yùn)移到井筒。

2.某區(qū)塊排采現(xiàn)狀

(1)主力煤層埋深

某區(qū)塊8+9#煤層的埋深自東向西逐漸加深，已開(kāi)發(fā)區(qū)域內(nèi)煤層最大埋深高達(dá)1250m左右。其中，煤層埋深大于800m的區(qū)域約占整個(gè)工區(qū)面積的2/3，并且自北向南所占比例呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。

(2)日產(chǎn)水量

在該區(qū)塊開(kāi)發(fā)前期，大多數(shù)井多集中在整個(gè)區(qū)塊的北部，平均日產(chǎn)水量在19．28m3左右，多采用四型抽油機(jī)和五型抽油機(jī)配合Φ70mm泵，四型機(jī)和五型機(jī)的沖程分別為1．8m和2．1m，其最大日產(chǎn)水量分別達(dá)54m3/d和63m3/d（文中最大理論排量都按照泵效90%計(jì)算）。

目前整個(gè)區(qū)塊共有正常排采井784口，其中，51．4%的井日產(chǎn)水量小于20m3，日產(chǎn)水量在20～50m3之間的井?dāng)?shù)占38%，10．59%的井日產(chǎn)水量超過(guò)50m3。隨著區(qū)塊南部井區(qū)的排采，平均日產(chǎn)水量在37．46m3左右，最大日產(chǎn)水量達(dá)158．6m3左右，常規(guī)的五型抽油機(jī)（2．1m沖程）配合Φ70mm斜井泵，最大日產(chǎn)水量在62．82m3左右，已無(wú)法滿足一部分井有效降液的要求。

3.長(zhǎng)沖程、大泵徑排采設(shè)備的主要特點(diǎn)

一方面，在沖程、沖次不變的情況下，增大泵徑，可有效增加排水量，在煤層埋深一定的情況下，泵掛深度不變，隨著泵徑的逐漸增加，抽油機(jī)載荷相應(yīng)增大，則需要將五型抽油機(jī)更換為六型抽油機(jī)；另一方面，在泵徑、沖次不變的情況下，增大抽油機(jī)沖程，同樣可以提高排水量。因此，可采用長(zhǎng)沖程的大型抽油機(jī)配合泵徑為Ф83mm的泵來(lái)提高日產(chǎn)水量，以滿足日產(chǎn)水量較大的煤層氣井在降液階段的制度要求。

(1)泵徑大

在沖程相同的情況下，泵徑越大，日產(chǎn)水量越大。表1為不同的泵徑和抽油機(jī)型組合條件下的日產(chǎn)水量。從表中看出，六型抽油機(jī)（3m沖程）配合Ф44mm泵日產(chǎn)水量?jī)H36m3左右，當(dāng)配合Ф83mm泵時(shí)日產(chǎn)水量增至125m3左右。因此，增大泵徑可有效提高日產(chǎn)水量。

表1 不同泵徑和抽油機(jī)型組合條件下的日產(chǎn)水量

表2 相同產(chǎn)水量條件下不同排采設(shè)備所需的沖次

(2)沖程長(zhǎng)

如表1所示，當(dāng)泵徑為Φ83mm時(shí)，3．0m沖程比2．1m沖程的最大日產(chǎn)水量多21m3/d左右。當(dāng)沖次n=1．0min-1時(shí)，3．0m沖程和2．1m沖程的六型機(jī)日產(chǎn)水量分別為23．36 m3/d和16．35m3/d。因此，在排水量相同的情況下，長(zhǎng)沖程可降低抽油機(jī)的沖次，減緩管桿偏磨的程度。如表2所示，當(dāng)日產(chǎn)水量在60m3左右時(shí)，四型機(jī)配合Φ83mm泵的沖次達(dá)到其最大值4．8min-1，六型機(jī)配合Φ83mm泵的沖次僅為2．88min-1。

(3)降低抽油機(jī)型

根據(jù)懸點(diǎn)載荷的理論計(jì)算方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際功圖測(cè)試的載荷，對(duì)于大多數(shù)定向井，當(dāng)抽油機(jī)型為六型時(shí)，Φ83mm泵的最大下深在800m左右。即煤層埋深在800m以淺的煤層氣井，日產(chǎn)水量小于125m3左右時(shí)使用六型機(jī)均可滿足降液階段的要求。油田上標(biāo)準(zhǔn)六型機(jī)的沖程僅2．5m，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程、低沖次的運(yùn)行，將六型機(jī)的沖程增加至3m，即標(biāo)準(zhǔn)八型抽油機(jī)的沖程長(zhǎng)度。若使用標(biāo)準(zhǔn)的八型抽油機(jī)，則存在著平衡困難的問(wèn)題，造成最大、最小懸點(diǎn)載荷差超過(guò)抽油機(jī)的設(shè)計(jì)值，容易出現(xiàn)電機(jī)過(guò)載停機(jī)，無(wú)法連續(xù)、有效排采。

4.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

2012年8月該區(qū)塊部分井開(kāi)始出現(xiàn)日產(chǎn)水量較大的現(xiàn)象，最高達(dá)87．06m3，五型機(jī)（2．1m沖程）搭配Ф70m斜井泵已滿足不了正常降液的要求。2012年9月，最先在某1井進(jìn)行六型抽油機(jī)（3．0m沖程）配合Ф83mm斜井泵的先期試驗(yàn)，基本達(dá)到預(yù)期效果。2012年底，陸續(xù)在其他等6口井進(jìn)行小范圍推廣應(yīng)用，表3是該批試驗(yàn)井的日產(chǎn)水量情況。

表3 六型機(jī)配搭使用Ф83mm泵情況表

(1)日產(chǎn)水量分析

以某1井為例，如圖1所示，該井在2012年9月份更換六型抽油機(jī)和Φ83mm泵后，最大日產(chǎn)水量由74．13m3提高至89．24m3，沖次由原來(lái)的5．5min-1降至2．9min-1，逐步穩(wěn)定套壓在2．60Mpa左右，產(chǎn)氣量逐步增至4994．64m3/d。

截止到2013年7月31日，該區(qū)塊已累計(jì)使用井?dāng)?shù)達(dá)96口，目前排采情況比較理想，日產(chǎn)水量較五型抽油機(jī)與Φ70mm泵配套使用相比有了較大提高，最高可達(dá)158．6m3/d。

圖1 某1井的排采曲線

(2)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

六型抽油機(jī)(3m沖程)配合Ф83mm泵在煤層氣井中使用尚屬首次，經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)的六型抽油機(jī)(3m沖程)檢查和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)其驢頭穩(wěn)定性、驢頭轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性、連接部分可靠性、成品部分密封性等各項(xiàng)指標(biāo)基本符合要求，在該區(qū)塊的總體運(yùn)行狀況良好。

5.結(jié)論及建議

(1)與其他煤層氣區(qū)塊相比，該區(qū)塊南部井區(qū)煤層氣單井平均日產(chǎn)水量和煤層埋深較大，常規(guī)排采設(shè)備無(wú)法滿足降液階段的制度要求，需要摸索出適合該區(qū)塊南部井區(qū)的煤層氣井排采設(shè)備；

(2)六型抽油機(jī)（3m沖程）配合Φ83mm泵排采設(shè)備，可有效增加日產(chǎn)水量，最高可達(dá)158．6m3左右，在排水量一定的情況，降低了抽油機(jī)的沖次，減緩管桿偏磨程度；

(3)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該種類(lèi)型的抽油機(jī)基本可以滿足該區(qū)塊理論日產(chǎn)水量不超過(guò)125m3、煤層埋深在800m以淺煤層氣井正常排采的需要，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，具有較好的推廣前景；

(4)由于該區(qū)塊大部分生產(chǎn)套管為51/2，可選擇使用的最大泵徑為83mm。因此，建議在理論日產(chǎn)水量高于125m3、煤層埋深在800m以深的煤層氣井使用更大沖程的抽油機(jī)，如3．6m沖程的六型抽油機(jī)和4．2m沖程的八型抽油機(jī)，來(lái)滿足正常排采的需要。

Research and Application of Discharge and Mining Equipment with Long Stroke and Big Pump Diameter of Coal-bed Gas Well

Li Ta, Jiao Wenchuan, Yang Xiaoteng
（Xinzhou Branch of PetroChina Coalbed Methane Company Limited, Shanxi, 036600）

The essence of coal-bed gas discharge and mining is drainage and pressure lowering, in order to meet the needs of big water production and discharge and mining for coal-bed gas wells with 800m coal bed depth, it puts forward a set of discharge and mining equipment with long stroke and big pump diameter. On the basis of elaborating the discharge and mining mechanism of coal-bed gas well, and taking the present discharge and mining situation of a certain block into consideration, it puts forward that match the Φ83 mm deviated well pump with six type pumping unit in 3m stroke to meet the discharge and mining need for some wells with huge of displacement in the block. When the stroke, stroke times are same, the bigger the pump diameter, the greater the displacement of each day will be. Under the condition that pump diameter, stroke times are fi xed, a long stroke will increase the displacement of each day. Under the condition that the displacement of each day for coal-bed gas is fi xed, increasing pump diameter and stroke length can reduce the stroke times of pumping unit and slow down the eccentric wear degree of tube rod. The effect of fi eld application show that this type of discharge and mining equipment has a reliable operation situation and it can meet the needs of displacement of each day within 125m3and discharge and mining for coal-bed gas wells with 800m coal bed depth, besides, it has strong adaptability for most discharge and mining wells in this block.

coal-bed gas；long stroke；big pump diameter；discharge and mining equipment

TE

A

李塔（1987～），男，中石油煤層氣有限責(zé)任公司忻州分公司，研究方向：石油機(jī)械。焦文川（1988～），男，中石油煤層氣有限責(zé)任公司忻州分公司，研究方向：石油機(jī)械。楊瀟騰（1988～），男，中石油煤層氣有限責(zé)任公司忻州分公司，研究方向：石油機(jī)械。