帶壓洗泵裝置在煤層氣井排采過程中的應用

張建龍，李特社，張義，王理國

（貴州省非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)利用工程研究中心， 貴州 貴陽 550081）

1 煤層氣排采原理及遵循原則

煤層氣，主要以吸附態(tài)賦存于煤巖基質中，只有少量游離態(tài)存在于孔隙之中；煤儲層普遍具有低孔、低滲、非均質性強的特點，正是基于它的賦存方式和儲層特征的特殊性導致煤層氣開采技術與常規(guī)天然氣開采技術有較大差異。

煤層氣的開采是在儲層改造后，通過排出儲層內(nèi)的壓裂液及地層水，使儲層壓力不斷降低，當儲層壓力低于煤層臨界解吸壓力時，氣體解吸產(chǎn)出。最終煤層氣井的產(chǎn)氣量主要取決于儲層供氣范圍和壓降幅度，要實現(xiàn)氣井產(chǎn)量的最大化，就需要不斷擴大解吸區(qū)域，擴大控制面積。

排采工作需嚴格遵守“連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定、長期”的原則。①連續(xù)：排采過程中盡量避免工作設備的停機和頻繁更換，保證井底流壓是連續(xù)下降的過程；②緩慢：由于煤層本身易出煤粉加之儲層改造加入的細砂、粉砂，要求排采過程必須緩慢，盡量減少煤粉運移，避免砂子運移；③穩(wěn)定：頻繁的工作制度調(diào)整會導致煤儲層內(nèi)物質發(fā)生無規(guī)律轉移，甚至使已穩(wěn)定的通道發(fā)生坍塌和堵塞，導致滲透率下降；④長期：煤儲層壓降漏斗的擴大是長期排水壓降的結果，排水時間越長，排水量越多，壓降范圍越大，理論上產(chǎn)氣量就越大。

2 排采過程存在問題

由于煤儲層普遍存在的低滲透率、弱含水性特點，決定了排采過程中煤儲層的供液能力弱，產(chǎn)水量低，尤其對貴州地區(qū)來說，在排采中后期，隨著煤層氣產(chǎn)量的增大，煤儲層供液量越來越低，甚至遠低于排采設備最小工作制度下的產(chǎn)水量，此時排出水多為油套環(huán)空中的液量，導致油套環(huán)空液面快速下降，從而加快井底流壓的下降速度，違背了“緩慢、穩(wěn)定”的排采原則，這樣容易引起煤層激動，加劇煤粉等固體顆粒的不規(guī)則運移，降低滲透率；也不利于壓降漏斗的擴展，只有井筒附近小范圍內(nèi)壓力得到釋放，產(chǎn)生少部分煤層氣。

由于煤層本身易出煤粉，煤粉對氣井的傷害較大，煤粉進入井筒后，若單井產(chǎn)水量較小，達不到帶出井筒中煤粉的流速，煤粉就容易在井筒內(nèi)逐漸下降沉積、并粘結成塊，極易堵塞泵筒，嚴重時造成泵漏失，甚至卡泵，一旦卡泵，需要進行檢泵作業(yè)，期間耗時較長，違背了“連續(xù)”的排采原則，這樣使得地層壓力回升，煤層氣被重新吸附，使已形成的孔隙通道再次被水充填，阻礙后期氣體的流動；重新抽排后需要較長時間才能使產(chǎn)氣量恢復到檢泵之前。

為了適應較低的儲層供液量，要求排采設備工作制度盡量的小，其實就是要求設備的工作速度盡量的低，但設備的長時間低速運轉，會導致電機的發(fā)熱嚴重，為了保護電機，設備會經(jīng)常性的自動停轉，不利于設備的使用壽命，也違背了“連續(xù)”的排采原則。

3 帶壓洗泵裝置工作原理及效果分析

針對以上存在問題，特引入一種帶壓洗泵裝置，對煤層氣后期“連續(xù)、穩(wěn)定”排采具有顯著效果。

3.1 工作原理

帶壓洗泵裝置是利用高壓往復泵經(jīng)井口三通向油套環(huán)空內(nèi)注水，同時，調(diào)整抽油機沖次提高氣井排液量，通過提高油管內(nèi)排采水的流速，帶動油管內(nèi)、泵筒內(nèi)沉積的煤粉排出地面，達到降低井筒內(nèi)煤粉濃度，延長檢泵周期的目的；此外，也可以單純的向井筒注液，以穩(wěn)定和恢復液面。該工藝設備簡單，操作方便，能有效節(jié)約人力成本和作業(yè)時間。具體工作流程見圖1所示。

圖1 帶壓洗泵設備工作流程圖

3.2 效果分析

（1）減少卡泵風險，延長檢泵周期，實現(xiàn)連續(xù)排采

煤層氣排采過程中，當有卡泵征兆或者不出液的的情況發(fā)生時，可使用該帶壓洗泵設備，通過邊注水邊快抽的注采平衡方式，加快桿管環(huán)空中液體的流動速度，使小的固相顆粒隨液體排出而排出，減小煤粉沉降造成的卡泵風險；定期使用該設備對井筒進行清洗，能有效減少卡泵、延長檢泵周期，實現(xiàn)煤層氣的連續(xù)排采。

（2）有效穩(wěn)定液面，控制流壓降幅，實現(xiàn)緩慢、穩(wěn)定排采

針對煤層氣井排采中后期液面下降過快，井底流壓下降過快，無法有效控制的情況，使用帶壓洗泵設備，可以人為向油套環(huán)空注水，補充地層供液的不足，使環(huán)空中液面穩(wěn)定下降或者不降，同時也有效控制了井底流壓的下降速度，實現(xiàn)煤層氣緩慢、穩(wěn)定排采。

4 現(xiàn)場應用

4.1 F2井排采簡史及異常情況簡述

F2井是位于貴州省遵義斷拱長崗向斜的一口煤層氣勘探井，該井采用連續(xù)油管分段壓裂4#、7#、10#三層煤，于2015年11月30日開始排采。排水降壓階段日產(chǎn)水量最高1.3 m3/d，平均0.73 m3/d；2016年7月16日，井底流壓降至3.6 MPa，進入臨界解吸階段，由于氣體的作用，液體產(chǎn)出量減小，平均0.56 m3/d，由于氣水兩相流的作用，對煤儲層擾動較大，致使產(chǎn)出煤粉嚴重，且該井管柱設計不合理，預留口袋只有4.3 m，產(chǎn)出的煤粉沒有足夠的空間沉積，進入泵筒，而低產(chǎn)水量不足以把進入泵筒內(nèi)煤粉帶出井口，導致卡泵，在放氣生產(chǎn)僅僅兩周之后，即進行檢泵作業(yè)，耗時13天，既消耗了人力財力，又違背了連續(xù)排采的原則，檢泵后產(chǎn)氣效果并不理想。

2016年10月30日泵效降低至不出液的現(xiàn)象，通過測示功圖顯示泵筒內(nèi)存在有固相物，這些固相物的存在引起了砂卡現(xiàn)象發(fā)生。當時的產(chǎn)水量僅0.25～0.3 m3/d，液體在油管內(nèi)向上的流速太低，不能將進入泵筒內(nèi)的固相物帶出到地面，為了避免再次檢泵施工，因此試驗進行了帶壓洗泵作業(yè)。

圖2 F2井排采曲線圖

4.2 帶壓洗泵過程控制原則

（1）流壓控制—控制流壓變化范圍在 0.05 MPa以內(nèi)；

（2）排量控制—產(chǎn)出水量=注入水量+儲層產(chǎn)水量

該井管式泵徑 28 mm，抽油機最大沖次為 6 r/min，將沖程調(diào)整為1.5 m；流量由0.01 m3/h逐步提升至0.25 m3/h后保持排量穩(wěn)定

（3）總量控制—該井桿管環(huán)空體積的3倍以上

泵深663.17 m，桿直徑為22 mm，環(huán)空容積約1.73 m3，即：1.73×3=5.19 m3

（4）沖次控制—沖次由0.3 r/min提升至約6 r/min。

4.3 洗泵后效果分析

表1 F2井洗泵前后參數(shù)表

洗泵之后，氣井產(chǎn)水量得到有效提高，且不出液現(xiàn)象沒有再出現(xiàn)，流壓降幅也得到有效控制，效果良好（見表1）。

4.4 回注水效果分析

由于后期本井儲層供液量很?。?.12 m3/d），即使抽油機最小工作制度（沖程 0.9 m，沖次 0.28 r/min）下，泵效70%，日抽水量0.17 m3/d，為了避免環(huán)空液面下降過快，特通過該洗泵設備每日定時定量注液0.05 m，以彌補地層供液的不足，保證液面穩(wěn)定維持在煤層以上。從產(chǎn)氣及液面下降情況看，使用該設備定期回注水有效的維持了液面在最下部（10#）煤層以上30 m，穩(wěn)定產(chǎn)氣量1 000 m3/d左右，且到目前近9個月了，未再發(fā)生卡泵修井作業(yè)，效果良好。

5 結 論

（1）理論分析，帶壓洗泵設備工藝設備簡單，操作方便，具有延長檢泵周期、穩(wěn)定液面降幅的效果，能實現(xiàn)煤層氣“連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定”排采原則。

（2）針對F2井預留口袋淺，儲層供液能力低，易出煤粉的特點，通過現(xiàn)場實踐應用該帶壓洗泵設備進行洗泵作業(yè)，有效控制了流壓降幅，降低了煤粉卡泵風險，延長了該井檢泵周期至9個月。

（3）針對F2井后期儲層供液量很小的情況，利用帶壓洗泵設備每日回注水彌補其儲層供液不足的情況，能有效維持液面在最下部（10#）煤層以上30 m，穩(wěn)定產(chǎn)氣量1 000 m3/d左右。

（4）針對有卡泵征兆的氣井，建議及時組織洗泵作業(yè)，延長檢泵周期；針對產(chǎn)液量低，液面和流壓下降較快的氣井，建議使用該設備進行回注水操作，以穩(wěn)定液面和井底流壓。

[1]葉建平,陸小霞. 我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和技術進展[J]. 煤炭科學技術, 2016(01): 24-28+46.

[2]杜新鋒. 煤層氣排采過程中滲透率變化規(guī)律及動液面控制研究[J].煤炭工程, 2015(07):93-96.

[3]張曉陽,吳財芳,劉強. 基于排采速率的煤層氣井排采制度研究[J]. 煤炭科學技術,2015(06):131-135.

[4]莫日和,劉冰,刁秀芳,綦耀光. 煤層氣井循環(huán)補水排采工藝[J]. 煤炭學報,2014(S1):141-145.

[5]杜厚余,王鳳琴,楊苗,武鐵嶺. 回注水裝置在煤層氣井排采作業(yè)中的應用[J]. 長江大學學報(自然科學版), 2013 (08): 97-99.

[6]全方凱, 李鑫, 魯軍. 原位煤層氣排采儲層傷害機理與制度優(yōu)化[J].中國煤層氣, 2012(04): 42-44.

[7]謝煒, 賀婷, 楊明, 張利亞, 劉家霞. 貴州煤層氣特點和排采技術[J].鉆采工藝, 2011(03): 58-60+116.