煤層氣單井筒大斜度水平井螺桿泵舉升工藝優(yōu)化

吳 鵬

（中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028）

煤層氣單井筒大斜度水平井螺桿泵舉升工藝優(yōu)化

吳 鵬

（中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028）

煤層氣開采需要專用的井下舉升工藝設(shè)備通過排水降壓實(shí)現(xiàn)，隨著煤層氣產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)井型逐漸多樣化，井深結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜化，其中大斜度水平井排采成為近幾年的生產(chǎn)難點(diǎn)。通過介紹兩種螺桿泵舉升工藝技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用效果，有效克服了煤層氣大斜度水平井生產(chǎn)難題，為增強(qiáng)螺桿泵舉升工藝的覆蓋面和新型單井筒水平井生產(chǎn)配套措施提供了有效技術(shù)支撐。

煤層氣；單井筒；水平井；大斜度；螺桿泵

多分支水平井是集鉆井、完井和增產(chǎn)措施于一體的生產(chǎn)井型，是開發(fā)低壓、低滲煤層的主要手段之一，具有技術(shù)含量高和鉆井風(fēng)險大的特點(diǎn)。隨著國外水平井技術(shù)的引進(jìn)或受區(qū)域限制無法實(shí)施生產(chǎn)直井時，新型單井筒大斜度水平井和L型水平井逐漸誕生，該井型集工程和生產(chǎn)于一體，減少了鉆前成本和壓力，分支井眼穩(wěn)定性更強(qiáng)。

1 煤層氣單井筒大斜度水平井生產(chǎn)難點(diǎn)

單井筒大斜度水平井和L型水平井的應(yīng)用推廣，降低了前期的工程成本，但導(dǎo)致了后期生產(chǎn)難度的大幅增加：大斜度井眼軌跡制約了設(shè)備選型和后期設(shè)備運(yùn)行，井斜角趨于水平、全角變化率（狗腿度）大，部分井型套管尺寸偏小，舉升工藝設(shè)備存在通過性不足、管桿偏磨嚴(yán)重、設(shè)備運(yùn)行周期短的問題；受單井筒影響，水平或趨于水平狀態(tài)下，舉升工藝設(shè)備井下氣液分離器效果差，導(dǎo)致管柱串氣嚴(yán)重，無法形成有效降壓和連續(xù)生產(chǎn)，同時給地面運(yùn)行增加隱患；同時存在煤層氣水平井的生產(chǎn)通病，出煤粉嚴(yán)重，卡泵頻次較高的問題。

以上問題嚴(yán)重制約了新型單井筒大斜度水平井和L型水平井的排采生產(chǎn)效果。為了克服上述問題，通過從舉升工藝及設(shè)備改良方面進(jìn)行不斷的試驗(yàn)和創(chuàng)新，研究出兩種螺桿泵舉升工藝及配套設(shè)備設(shè)施，在煤層氣單井筒大斜度水平井中取得了良好的排采應(yīng)用效果。

2 煤層氣單井筒大斜度水平井螺桿泵舉升工藝及配套技術(shù)

2.1 電潛螺桿泵配套導(dǎo)流罩技術(shù)應(yīng)用

為了避免大斜度井眼驗(yàn)軌跡對管柱偏磨的影響，優(yōu)選了電潛泵作為主力舉升設(shè)備。相對于電潛離心泵而言，電潛螺桿泵又具有更強(qiáng)的砂煤容忍度、更廣的流量控制范圍、更小的壓力脈沖，能有效降低卡泵風(fēng)險、減小地面生產(chǎn)的難度，避免在水平井眼中形成脈沖效應(yīng)，對煤層氣水平井排采而言具有更強(qiáng)的適用性。

電潛螺桿泵材質(zhì)的不同極大地影響設(shè)備的運(yùn)行效果和使用周期，通過參考山西某區(qū)塊在長期生產(chǎn)過程中70余口井150套常規(guī)國產(chǎn)及進(jìn)口單螺桿泵的使用效果，通過統(tǒng)計對比發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口螺桿泵的平均使用周期是國產(chǎn)螺桿泵的2倍以上，具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。

通過在大斜度水平井中實(shí)驗(yàn)比對國產(chǎn)電潛螺桿泵和進(jìn)口電潛螺桿泵，國產(chǎn)電潛螺桿泵運(yùn)行周期短，僅69d，電機(jī)、保護(hù)器故障率高，煤粉卡泵頻次較高；進(jìn)口電潛螺桿泵設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，目前已連續(xù)運(yùn)行380d。通過長期使用分析和現(xiàn)場試驗(yàn)對比，優(yōu)選了進(jìn)口電潛螺桿泵作為大斜度水平井主要舉升設(shè)備。

單井筒大斜度水平井生產(chǎn)過程中，氣體對管柱影響較為嚴(yán)重，為了增強(qiáng)井下氣液分離效果，創(chuàng)新試驗(yàn)了井下倒置導(dǎo)流罩裝置，倒置導(dǎo)流罩頂端通過內(nèi)置懸掛器懸掛于生產(chǎn)油管接箍，底端安裝密封短節(jié)與電機(jī)本體形成密封，實(shí)現(xiàn)氣液n型流動達(dá)到分離效果，成功克服了氣體對生產(chǎn)管柱的影響。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，倒置導(dǎo)流罩頂端在位于井斜角75°～80°位置時，既能夠滿足煤層氣排采井壓降漏斗的擴(kuò)散面積，又能夠有效實(shí)現(xiàn)井下氣液分離，進(jìn)一步完善了電潛螺桿泵工藝在單井筒大斜度水平井中的應(yīng)用效果。

2.2 頂驅(qū)螺桿泵配套導(dǎo)向器技術(shù)應(yīng)用

頂驅(qū)螺桿泵舉升工藝多用于生產(chǎn)直井，大斜度水平井中由于全角變化率較大，當(dāng)抽油桿在井中旋轉(zhuǎn)工作時，在狗腿度較嚴(yán)重的部位其彎曲程度嚴(yán)重，摩阻及附加彎矩較大，往往導(dǎo)致管柱磨穿造成生產(chǎn)中斷。但受井況或工程因素的影響，部分水平井只能使用頂驅(qū)螺桿泵舉升工藝。為了克服頂驅(qū)螺桿泵在大斜井中管柱偏磨的問題，系統(tǒng)優(yōu)化了抽油桿防偏磨配置，通過ANSYS 有限元軟件的計算，在抽油桿柱上接觸力較大，接觸較嚴(yán)重的部位施加抽油桿扶正器，在全角變化率＞4°/30m 的情況下，接觸力嚴(yán)重，抽油桿扶正器難以減少偏磨，在安裝扶正器的條件下，加裝抽油桿導(dǎo)向器，能夠有效降低抽油桿附加彎矩。通過模擬計算，安裝導(dǎo)向器后抽油桿與油管平均接觸力較安裝前降低達(dá)70%，大幅減輕了抽油桿柱與油管壁之間的摩擦與磨損，提高了油管抽油桿的使用周期。

現(xiàn)場通過在全角變化率＞3°/30m的井段加裝導(dǎo)向器，＞7°/30m的井段加裝2只導(dǎo)向器，并配合使用抽油桿旋轉(zhuǎn)扶正器及尼龍卡式扶正器的組合方式，成功將頂驅(qū)螺桿泵應(yīng)用于平均全角變化率6.76°/30m，最大全角變化率11.67°/30m的5 1/2”生產(chǎn)套管的大斜度水平井中，且在運(yùn)行一年后起出管桿檢查磨損情況，除少量扶正器輕微磨損外，導(dǎo)向器及油管桿完好無損，進(jìn)一步驗(yàn)證了頂驅(qū)螺桿泵配套導(dǎo)向器技術(shù)的適用性和可靠性。

3 結(jié)語

通過創(chuàng)新電潛螺桿泵配套導(dǎo)流罩技術(shù)，有效克服了煤層氣大斜度水平井的生產(chǎn)難題，對目前采用的單井筒大斜度水平井和L型水平井的后期生產(chǎn)具有較強(qiáng)的推廣價值，同時通過優(yōu)化頂驅(qū)螺桿泵配套導(dǎo)向器工藝技術(shù)，大幅度增強(qiáng)了頂驅(qū)螺桿泵技術(shù)的工藝覆蓋面，為各類生產(chǎn)井型舉升工藝優(yōu)化提供了更多的思路和選擇。

[1] 李恒.氣井井下氣水分離技術(shù)研究[D].東營：中國石油大學(xué)（華東），2006.

Optimization of Lifting Technology for Screw Shaft Pump With Single Gradient Well of Coalbed Methane

Wu Peng

With the development of coalbed methane industry，the production wells are gradually diversified and the well depth structure is gradually complicated.In this case，the high-level horizontal wells are In recent years the production of difficult.In this paper，two kinds of screw pump lift technology innovation and application effect are introduced，which effectively overcomes the production problems of the high level of coalbed methane horizontal well，which is effective for enhancing the coverage of the screw pump lifting process and the new single well horizontal well production supporting measures Technical Support.

coalbed methane；single wellbore；horizontal well；large inclination；screw pump

P618.13

A

1003-6490（2017）12-0053-02