L型水平井高效排采管控技術(shù)研究

李文強(qiáng) 劉元新 蒲 攀 高萌萌 彭春花

(中國石油與天然氣股份有限公司華北油田山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 048000)

1 L型水平井的特點(diǎn)

樊莊-鄭莊區(qū)塊從2014年開始試驗(yàn)探索單支可控水平井L型水平井，該種水平井具有主支1個(gè)，采用篩管完井或套管完井模式。依據(jù)地質(zhì)條件采用分段壓裂擴(kuò)大單井控制面積。L型水平井具有施工周期短，完井方式具有較強(qiáng)的井眼支撐能力，同時(shí)可以維護(hù)改造。能夠保障井壁不會(huì)發(fā)生垮塌，兼具改造優(yōu)勢，最大限度的增加了單井的控制面積，保障了單井的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。目前在鄭莊區(qū)塊已實(shí)施16口L型水平井。最高單井日產(chǎn)氣達(dá)到8000m3，平均單井日產(chǎn)氣量4500m3，低產(chǎn)井比例占18%。

2 排采制度

L型水平井由于鉆完井方式、改造方式相比傳統(tǒng)的多分支水平井有較大的區(qū)別，培育高產(chǎn)井就是要最大效率排水降壓，形成較大的解析控制面積。根據(jù)L型水平井特點(diǎn)將其分為以下幾個(gè)階段：變速排采階段、階梯提產(chǎn)階段、穩(wěn)產(chǎn)階段。

(1)快速排采階段

液體的產(chǎn)出取決于相滲條件，此階段水相滲透率最大，最利于壓裂液返排及煤層水的排出，無補(bǔ)給條件下解吸前累水高的井往往能獲得高產(chǎn)。

在此階段又可以分為三個(gè)小階段：

① 流壓大于儲(chǔ)層壓力階段，該階段就是要采取較快的制度快速排出無效流壓。

L型水平井特別是壓裂水平井無效流壓較高，需快速排出地面。日降液幅度可根據(jù)具體流壓值制定日降液幅度，一般大于0.1MPa/d。

② 流壓介于儲(chǔ)層壓力與解析壓力階段，該階段強(qiáng)調(diào)排采制度要慢，一般采取日降液在0.03MPa，每天降至解吸壓力附近。

③ 解析階段，該階段強(qiáng)調(diào)一個(gè)降壓速率要緩，減少氣水兩相流影響。套壓升至解吸壓力2/3時(shí)開始放壓提產(chǎn)(圖1)。

圖1 不同階段降壓速率圖

(2)階梯提產(chǎn)階段

長時(shí)間的高套壓使解吸后的氣體無法脫離地層環(huán)境，致使煤層中的解吸氣體不斷堆積，迅速拉高了氣相滲透率，生產(chǎn)壓差相對較小，對水的產(chǎn)出產(chǎn)生了強(qiáng)烈的抑制作用。不利于壓降漏斗的擴(kuò)展。采取快速、階梯狀穩(wěn)步提產(chǎn)模式實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)量快速上漲。

該階段調(diào)控模式：

① 放氣點(diǎn)：放氣套壓為解吸壓力的2/3；

② 控壓方式：不憋壓，4～6個(gè)月穩(wěn)產(chǎn)；

③ 提產(chǎn)幅度：150～200m3/次，1次/2～3天。

(3)穩(wěn)產(chǎn)階段

以往產(chǎn)氣階段排采控制多采用經(jīng)驗(yàn)方法確定排采制度，只要有壓力就不斷的上調(diào)氣量，以達(dá)到最大產(chǎn)氣量，沒有對最大產(chǎn)氣量進(jìn)行控制，導(dǎo)致某些井達(dá)到高峰產(chǎn)氣后快速遞減。保持合理的生產(chǎn)壓差，合理控制單井產(chǎn)量能夠?qū)崿F(xiàn)高效、持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。穩(wěn)產(chǎn)氣量點(diǎn)應(yīng)為單位壓降產(chǎn)氣量增量最大值(圖2、3)。

圖2 單位壓降產(chǎn)氣率與流壓關(guān)系圖

圖3 單井排采曲線圖

3 L型水平井排采新工藝管控

L型水平井井身結(jié)構(gòu)不同于直井與傳統(tǒng)的多分支水平井，井斜角近乎垂直，傳統(tǒng)的抽油機(jī)不適應(yīng)L型水平井的排采。目前主要采用射流泵及無桿水力管式泵作為排采設(shè)備。

3.1 射流泵工作原理

射流泵是以高壓水為動(dòng)力液驅(qū)動(dòng)井下排水(煤粉)采氣裝置工作。以動(dòng)力液和采出液之間的能量轉(zhuǎn)換達(dá)到排砂采油的目的。動(dòng)力液由井口通過φ48mm油管到達(dá)井下排水(煤粉)采氣裝置，地層產(chǎn)出液攜地層砂通過尾管被吸入到井下排水(煤粉)采氣裝置的噴嘴、喉管之間并隨動(dòng)力液一起進(jìn)入喉管，在喉管內(nèi)動(dòng)力液和產(chǎn)出液混合形成混合液，增壓后的混合液沿φ48mm油管和φ73(φ89)mm油管之間的環(huán)空到達(dá)地面。

3.2 射流泵故障響應(yīng)參數(shù)特征

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，排采設(shè)備難免會(huì)出現(xiàn)各種故障，通過對運(yùn)行壓力、電機(jī)運(yùn)行電流、運(yùn)行頻率等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際故障原因，總結(jié)摸索射流泵故障時(shí)各項(xiàng)參數(shù)響應(yīng)特征所對應(yīng)故障現(xiàn)象與原因，實(shí)現(xiàn)快速有效遠(yuǎn)程故障判斷，提升故障處理時(shí)效。

3.2.1 閥體閥片故障參數(shù)響應(yīng)特征

射流泵在運(yùn)行過程中閥體、閥片會(huì)出現(xiàn)磨損，造成地面柱塞泵效率逐漸降低，影響L型水平井正常排水降壓。該種故障主要參數(shù)響應(yīng)特征表現(xiàn)為一升、一平、兩降的曲線特征。其中運(yùn)行壓力突降、電流突降、運(yùn)行頻率快速上升(50HZ最大頻率)，流壓在短時(shí)將保持平穩(wěn)(高產(chǎn)液井表現(xiàn)為回升)(圖4)。

3.2.2 泵芯堵塞故障參數(shù)響應(yīng)特征

煤層氣在排采過程中伴隨著煤粉等固體雜質(zhì)的排出，射流泵泵芯堵塞故障也經(jīng)常出現(xiàn)。該種故障主要參數(shù)響應(yīng)特征表現(xiàn)為三降、一平穩(wěn)的曲線特征。其中運(yùn)行頻率突降，瞬時(shí)緩慢下降，運(yùn)行電流運(yùn)行壓力保持平穩(wěn)(圖5)。

圖4 射流泵閥片故障參數(shù)圖

圖5 射流泵泵芯堵塞參數(shù)圖

3.2.3 動(dòng)力液缺水故障參數(shù)響應(yīng)特征

射流泵采用的過濾排采水作為動(dòng)力液，若因漏失造成動(dòng)力液缺失會(huì)致使射流泵停機(jī)。該種故障主要參數(shù)響應(yīng)特征表現(xiàn)為三降、一升的曲線特征。其中運(yùn)行電流突降、運(yùn)行壓力突降、瞬時(shí)下降、運(yùn)行頻率突升(圖6)。

圖6 射流泵動(dòng)力液缺失參數(shù)圖

3.3 無桿水力管式泵工作原理

無桿水力管式泵是利用地面柱塞泵驅(qū)動(dòng)動(dòng)力液，液控?fù)Q向高壓水換向閥通過壓力實(shí)現(xiàn)同心管、油管之間換向打壓注水功能。高壓動(dòng)力液通過同心管、油管與同心管環(huán)空推動(dòng)泵筒來回運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)煤層水的抽吸?；旌弦和ㄟ^同心管排出達(dá)到地面。

3.4 無桿水力管式泵故障響應(yīng)參數(shù)特征

依托自動(dòng)化遠(yuǎn)程采集、控制系統(tǒng)平臺(tái)，對運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、系統(tǒng)壓力、瞬時(shí)水量、電流等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。結(jié)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)與故障類型，總結(jié)同類故障表現(xiàn)特征，對主要的故障類型實(shí)現(xiàn)快速有效遠(yuǎn)程故障判斷，提升故障處理時(shí)效。

3.4.1 無桿水力管式泵換向水閥故障參數(shù)響應(yīng)特征

換向水閥的作用就是通過換向閥切換動(dòng)力液推動(dòng)泵筒運(yùn)動(dòng)，若換向水閥出現(xiàn)故障則會(huì)造成井下泵筒不工作。該種故障主要參數(shù)響應(yīng)特征表現(xiàn)為四降、一平穩(wěn)曲線特征。其中運(yùn)行流壓、瞬時(shí)、套壓呈下降趨勢。核實(shí)參數(shù)系統(tǒng)壓力表現(xiàn)為長時(shí)間低壓(圖7)。

圖7 無桿泵換向水閥故障參數(shù)圖

3.4.2 液壓站故障參數(shù)響應(yīng)特征

液壓站運(yùn)行為高壓換向水閥提供換向動(dòng)力。若液壓站出現(xiàn)故障則會(huì)造成停井。該種故障主要參數(shù)響應(yīng)特征表現(xiàn)為四降、一升的曲線特征。其中電流突變?yōu)?、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)顯示為0(0代表不運(yùn)轉(zhuǎn)，1代表運(yùn)轉(zhuǎn))，套壓、瞬時(shí)下降，流壓回升(圖8)。

圖8 無桿泵液壓站故障參數(shù)圖

3.4.3 吸入口堵塞故障參數(shù)響應(yīng)特征

無桿水力管式泵是依靠地面柱塞泵向油管環(huán)空與同心管打入混合液，從而驅(qū)動(dòng)井下泵筒來回運(yùn)動(dòng)的。地面柱塞泵若吸入口堵塞則造成動(dòng)力液不暢，致使無法驅(qū)動(dòng)井下泵運(yùn)動(dòng)。該種故障主要參數(shù)響應(yīng)特征表現(xiàn)為三降、一升曲線特征。其中套壓、瞬時(shí)、系統(tǒng)壓力下降，流壓回升。系統(tǒng)壓力相比正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)呈現(xiàn)出突降狀態(tài)(圖9)。

圖9 無桿泵吸入口堵塞故障參數(shù)圖