山西長(zhǎng)治區(qū)塊煤層氣集水系統(tǒng)優(yōu)化

丁涵 宋沛航 米光偉 童建新 黃茜 劉曉杰

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司華北油田分公司；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司；3.華港燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司）

排采水作為煤層氣井生產(chǎn)的副產(chǎn)物，其拉運(yùn)處理工作在生產(chǎn)運(yùn)行中占一定比例，山西煤層氣田目前老區(qū)塊采用水罐車?yán)\(yùn)方式處理排采水，每年排采水的拉運(yùn)處理費(fèi)用近百萬(wàn)元，如遇雨雪天氣，影響道路通行，排采水不能及時(shí)拉運(yùn)，造成部分煤層氣井不能正常生產(chǎn)。因此，2017年，長(zhǎng)治區(qū)塊新投產(chǎn)的39口井建設(shè)了集水系統(tǒng)，但是在前期生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，該集水系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)管道堵塞、盤(pán)根刺水問(wèn)題，需要優(yōu)化。

1 集水系統(tǒng)存在問(wèn)題

長(zhǎng)治區(qū)塊39口新井位于丘陵地帶，其氣、水管道依地勢(shì)同溝敷設(shè)，39口新井共敷設(shè)集水管道6.78 km，新建蓄水池1座。該區(qū)域集水管網(wǎng)走向和管道連接如圖1和圖2所示。

新井投產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)集水系統(tǒng)存在兩個(gè)主要問(wèn)題：

一是管道堵塞，長(zhǎng)治區(qū)塊39口新井投產(chǎn)后，一個(gè)月內(nèi)發(fā)生 3口井、5井次堵塞，生產(chǎn)單位多次組織搶險(xiǎn)。

圖1 集水管網(wǎng)走向

二是盤(pán)根刺水，除新建的39口井外，沁南—夏店區(qū)塊原有煤層氣井的排采水都是直接排放到各井場(chǎng)已建的排采沉淀池中。敷設(shè)集水管道后，新建39口井井口會(huì)形成一定的回壓（通常在0.2 MPa以內(nèi)）。如果井口密封效果較差就會(huì)造成盤(pán)根刺水，致使井場(chǎng)內(nèi)泥濘不堪，引發(fā)安全環(huán)保問(wèn)題，影響集水系統(tǒng)運(yùn)行效率和巡檢班人員正常的巡檢工作。

圖2 集水管道連接示意

2 原因分析

2.1 管道堵塞原因

絕大部分煤層氣是以吸附的方式儲(chǔ)存在煤基質(zhì)中，需要降低地層壓力才能使煤層氣井解吸產(chǎn)氣。在煤層氣井的排采過(guò)程中，煤粉產(chǎn)出伴隨著氣井生產(chǎn)全過(guò)程。部分煤粉經(jīng)排采泵吸入，提升至地表，通過(guò)集水管網(wǎng)排放。通過(guò)計(jì)量排出煤粉量，同時(shí)根據(jù)煤層氣井排采現(xiàn)場(chǎng)煤粉顆粒的粒徑取樣測(cè)試，可以將產(chǎn)出煤粉顆粒粒徑的變化分為三個(gè)階段。各排采階段煤粉產(chǎn)出規(guī)律如下：

第一階段為初期產(chǎn)氣階段，以中、細(xì)顆粒煤粉為主，顆粒粒徑 1～5 mm，煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，部分井煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8%，細(xì)顆粒煤粉以懸浮液形式排出井筒，進(jìn)入集水管道。

第二階段為產(chǎn)氣高峰期，以細(xì)顆粒煤粉為主，顆粒粒徑小于2 mm，煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，多數(shù)井質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 0.5%，部分煤粉以懸浮液形式排出井筒，該階段煤層氣井井底壓力接近于零，僅少量產(chǎn)水。

第三階段為產(chǎn)氣后期，以微細(xì)顆粒為主，顆粒粒徑小于1 mm，可隨氣體以粉塵形式排出，該階段煤層氣井井底壓力為0，基本不產(chǎn)水。

新井投產(chǎn)初期產(chǎn)氣階段，以中、細(xì)顆粒煤粉為主。大量的中、細(xì)顆粒煤粉在管道的拐點(diǎn)、低洼處聚集，是造成集水系統(tǒng)管道堵塞的主要原因，也證實(shí)了前期試驗(yàn)一個(gè)月內(nèi)發(fā)生了5井次管道堵塞、隨后集水系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)的狀況。因此，如何防止大顆粒煤粉進(jìn)入集水系統(tǒng)是解決集水管道堵塞問(wèn)題的重點(diǎn)。

2.2 盤(pán)根刺水原因

一是集水系統(tǒng)建成后，采用管輸方式將排采水集中到新建蓄水池，會(huì)對(duì)井口造成一定回壓，壓力值約為 0.1～0.2 MPa，高于就地排放到排采沉淀池時(shí)的管道壓力，因此，對(duì)井口的密封效果要求更高。目前，沁南—夏店區(qū)塊抽油機(jī)井井口密封裝置為普通盤(pán)根盒+橡膠盤(pán)根［1］，難以滿足煤層氣井口承壓的要求。

二是井口偏磨嚴(yán)重，煤層氣井投產(chǎn)運(yùn)行幾個(gè)月后，由于管道形變、抽油機(jī)基礎(chǔ)下沉，會(huì)不同程度地存在井口偏磨情況。井口不對(duì)中，光桿與盤(pán)根盒出現(xiàn)偏磨，導(dǎo)致光桿與盤(pán)根盒受損，造成盤(pán)根刺水，能耗增加，污染環(huán)境。

3 改進(jìn)措施

為防止集水管道堵塞，在井口工藝安裝的設(shè)計(jì)中，加入堵塞物沉淀“口袋”（見(jiàn)圖3），該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。依靠重力作用使大顆粒煤粉聚集、沉淀在“口袋”中。“口袋”下方安裝管帽，用于排放沉淀在“口袋”中的煤粉煤屑。投用以后集水系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，各作業(yè)區(qū)定期排放管道“口袋”中的沉積物，此后再未出現(xiàn)管道堵塞問(wèn)題。

圖3 井口工藝優(yōu)化安裝示意

針對(duì)井口偏磨情況嚴(yán)重問(wèn)題，生產(chǎn)單位調(diào)研、試驗(yàn)了多種盤(pán)根盒、盤(pán)根后，優(yōu)選了適合煤層氣井的防偏磨盤(pán)根盒與石墨夾線橡膠盤(pán)根。通過(guò)實(shí)施上述措施已經(jīng)能夠滿足井口0.2 MPa的回壓要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

集水系統(tǒng)建設(shè)首次應(yīng)用于長(zhǎng)治區(qū)塊39口新井，是對(duì)煤層氣田排采水集輸方式的一種探索。投產(chǎn)初期，多次發(fā)生管道堵塞問(wèn)題，部分井場(chǎng)盤(pán)根刺水嚴(yán)重，但是實(shí)施改進(jìn)措施以來(lái)，再未發(fā)生上述問(wèn)題，系統(tǒng)運(yùn)行良好。集水系統(tǒng)的建設(shè)解決了部分煤層氣井排采水集中拉運(yùn)處理難的問(wèn)題，為后期新井投產(chǎn)建設(shè)集水管網(wǎng)提供了經(jīng)驗(yàn)。