煤層氣井修井作業(yè)后排采制度探索

張榮榮，申 芳

（陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司，陜西 西安 710065）

0 引言

煤層氣資源是一種清潔環(huán)保的新型能源，我國煤層氣資源儲量和開采儲量分別已位居世界第三［1-3］，煤層氣的開發(fā)利用潛力十分巨大，煤層氣的勘探越來越受到重視。由于煤層氣單井產(chǎn)量低，投資回收期長，生產(chǎn)周期長，煤層氣井開發(fā)必須堅持可持續(xù)發(fā)展的方針，連續(xù)穩(wěn)定的排采才能有效地推動煤層氣井產(chǎn)量的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

隨著煤層氣井開發(fā)時間的增長，氣井井況日趨變差，有的井出砂嚴(yán)重，套損嚴(yán)重，井下煤粉堆積，使煤層氣井不能正常生產(chǎn)。為了恢復(fù)氣井正常生產(chǎn)，修井作業(yè)作為煤層氣田開發(fā)的重要手段，顯得越來越重要［4-6］。修井作業(yè)是一項為恢復(fù)油氣井正常生產(chǎn)所進(jìn)行的解除故障、完善井眼條件的工作。在煤層氣井的生產(chǎn)過程中常常需要經(jīng)歷檢泵、管桿的修理、更換井下設(shè)備及處理井下各種事故等，而這些基本修井作業(yè)都會對煤層氣井的排采產(chǎn)生影響。為此，對A地區(qū)的煤層氣井井下作業(yè)后的排采情況進(jìn)行分析比較，通過大量實例，提出對A地區(qū)作業(yè)后煤層氣井排采制度的若干意見。

1 煤層氣井修井作業(yè)的原因

1.1 工程概況

煤層氣特色的儲集方式?jīng)Q定了煤層氣的開采必須經(jīng)過降壓解吸的過程，而煤儲層的壓力一般都比較低，因此煤層氣井的開采一般要借助于人工舉升的方式來進(jìn)行排水降壓［7-9］。煤層氣開采的專用排采設(shè)備有氣舉泵、三抽有桿泵、電潛泵、螺桿泵和射流泵等。而我國目前主要采用有桿泵、螺桿泵和電潛泵來進(jìn)行煤層氣的排采，在此基礎(chǔ)上A地區(qū)開展了水力射流泵在排采中的實驗。A地區(qū)煤層氣井大多采取叢式井開發(fā)，其中定向井和直井都有一定的斜度，抽油桿和管壁之間的偏磨會導(dǎo)致抽油桿及油管壁受損甚至磨斷、磨穿；脫接器的使用解決了部分井油管過小需要下大泵徑的需求，但質(zhì)量存在問題的脫接器的使用也給A地區(qū)的排采連續(xù)性造成了一定影響。煤層氣井采用排水采氣的開發(fā)方式，為避免大顆粒對泵造成損壞，需要繞絲篩管進(jìn)行過濾，若是氣井出砂過大，則大顆粒很難過濾，長時間堆積會造成砂埋，從而需要檢泵；U型井和多分枝水平井通常采用裸眼完井的方式，井下情況復(fù)雜，吐砂、吐煤粉嚴(yán)重，在排采初期容易出現(xiàn)卡泵，撈砂、檢泵作業(yè)頻率遠(yuǎn)高于垂直壓裂井。

1.2 造成修井作業(yè)的原因

煤層氣井井下作業(yè)主要是以下幾點造成的：砂卡、砂堵；抽油桿的脫扣；抽油桿的斷裂；泵的磨損漏失量不斷增大，造成產(chǎn)液量下降，泵效降低；抽油桿在下沖程中發(fā)生繞度變形，抽油桿接篩或桿體與油管壁產(chǎn)生摩擦，長期作用將油管磨壞或?qū)U體磨斷；油井的動液面降低至吸入口之下；根據(jù)油田開發(fā)方案的要求，需改變工作制度；其他如油管脫扣、泵筒脫扣、襯套亂、大泵脫接器斷脫等造成的檢泵施工等［10-12］。可以把檢泵原因簡單歸納為卡泵，油管問題，抽油桿問題，脫接器問題4類。將A地區(qū)檢泵情況進(jìn)行統(tǒng)計，繪制如圖1所示。

圖1 A區(qū)檢泵原因餅狀圖

2 修井作業(yè)對排采的影響

2.1 修井作業(yè)對煤層氣井的影響

煤層厚度、單位體積含氣量、煤層滲透性、壓降擴展面積是影響煤層氣井高產(chǎn)的幾個重要因素，這幾個因素都與煤層氣產(chǎn)量正相關(guān)，此外，舉升工藝的合理選擇也能影響煤層氣的產(chǎn)量。而修井作業(yè)可能造成的不良影響是降低煤層滲透性，影響壓降面積的正常擴散。作業(yè)能起到的正面影響是能通過對上一階段選取失誤的舉升設(shè)備和井下結(jié)構(gòu)泵掛深度等進(jìn)行改進(jìn)，從而實現(xiàn)最適合該井的排采方式。

2.2 修井作業(yè)對煤層滲透率的影響

煤層滲透率主要由以下幾點控制：煤心滲透率、生產(chǎn)壓差、煤粉堵塞、表面張力以及潤濕性。

生產(chǎn)壓差過大激動煤層：若修井后重排制度選取不當(dāng)，一味的追求降液速率很可能會造成生產(chǎn)壓差加大對煤層產(chǎn)生壓敏效應(yīng)，此時若繼續(xù)加大生產(chǎn)壓差地層也不能排出更多的水，且對煤層的滲透率不可完全恢復(fù)。由圖2可知，A1井兩次修井作業(yè)之后煤層滲透率已經(jīng)受到影響，其產(chǎn)水量均未恢復(fù)到修井前。尤其是第二次修井后10 d內(nèi)沖次上揚到2.0 min，生產(chǎn)壓差被快速放大對地層的傷害從產(chǎn)水量上體現(xiàn)明顯。

煤粉堵塞降低滲透率：在正常生產(chǎn)排采中，有相當(dāng)一部分顆粒會被流體攜帶至井筒內(nèi)，最終其可以通過沖洗井排出，而修井期間的停機可能會導(dǎo)致這些能夠被帶至井筒中的顆粒沉降在煤層孔裂隙中，且隨著停機時間的增加，沉淀顆粒在孔隙中的粘附力越大，越不容易被攜帶出。在修井的過程中勢必要停抽，停抽后儲層中的生產(chǎn)壓差會隨著井筒中液面的回升而不斷下降。生產(chǎn)壓差的降低使煤儲層中的流體流動速度降低，從而使流體攜帶顆粒的能力不斷下降。在煤層氣井正常生產(chǎn)時，在較大生產(chǎn)壓差驅(qū)動作用下，地層高速流體攜帶的大量煤粉和支撐劑會隨壓差的逐漸降低而在地層空隙和裂隙中沉降，最終將堵塞煤儲層的流動通道，使修井后的地層滲透率降低，地層供液能力降低（圖2中的橫線為產(chǎn)水穩(wěn)定值）。加之修井后重排時生產(chǎn)壓差的放大會導(dǎo)致應(yīng)力在煤層上的循環(huán)加載，導(dǎo)致煤層骨架破裂產(chǎn)生煤粉，如圖3所示。A地區(qū)最具代表性的為A-2，該井為多分枝水平井，采用裸眼完井方式完井，排采至今共進(jìn)行了5次檢泵，第一次修井撈砂8.75 m；重排81 d后第二次修井，撈砂19.66 m；重排7 d后再次修井，由于間隔時間較短未進(jìn)行撈砂；恢復(fù)排采58 d后再次修井，撈砂16.85 m；排采45 d后第5次修井，撈砂4.22 m?？梢钥闯鲇捎诿悍鄣亩氯?，地層供液能力明顯減弱，且隨著排采的繼續(xù)，生產(chǎn)壓差擴大，孔隙中的煤粉還在大量排出。就這一情況A-2開展了水力射流泵實驗，目前排采良好。

圖2 A-1井排采曲線

表面張力及潤濕性：由于檢泵過程中必要時須進(jìn)行撈砂作業(yè)，該過程注入的洗井液可能會對煤層造成污染，影響煤層孔喉的潤濕性及表面張力，從而需要更大的生產(chǎn)壓差來克服該變化造成的阻力，影響地層的供液能力，如圖3所示。

圖3 A-2井排采曲線

2.3 修井作業(yè)對壓降面積擴散的影響

在煤層氣排采初期，隨著生產(chǎn)壓差放大速率的提高，對煤層的傷害是逐步增加的，此階段采用控制生產(chǎn)壓差放大的速率（即動液面下降速率）。控制的重點是在不傷害煤層滲透率的條件下，盡可能多的排水，使壓降范圍逐步向遠(yuǎn)端擴展，壓降擴散越好單井控制面積越大，氣源越充足。在修井后重排的排采強度若是快速恢復(fù)到之前工作制度，如圖4中的大壓差生產(chǎn)線所示，其壓降擴散范圍將減小，造成單井控制范圍的縮小，從而影響產(chǎn)氣階段氣源的廣度和寬度，限制了煤層氣的大范圍解吸和可持續(xù)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

圖4 壓降擴散曲線

2.4 修井作業(yè)對煤層裂隙的影響

在發(fā)現(xiàn)煤層氣井問題到作業(yè)隊去井場之前有一段時間是在停抽待檢，這段時間動液面會回升，地層壓差減小，煤層滲流通道中的流體逐漸停滯，其攜帶的煤粉會在滲流通道里沉積，裂隙也可能會逐步閉合。由于修井過程中近井地帶的煤層氣體反解吸，在重排后很可能短時間內(nèi)產(chǎn)量能恢復(fù)到修井前水平，若此時穩(wěn)定排采則氣量會先回落再逐步上漲，若此時誤認(rèn)為地層狀態(tài)良好便加大排采強度，則可能傷害煤層裂隙的溝通。

3 修井作業(yè)后排采效果的分析

3.1 工作制度快速恢復(fù)修井前狀態(tài)

A-3井：檢泵作業(yè)7 d，重排后6 d恢復(fù)修井之前工作制度，圖5中虛線位置右邊為修井后排采曲線。在快速提升工作制度后液面很快的回到了修井之前的水平，之后繼續(xù)保持該工作制度造成了動液面的持續(xù)下降。在較修井前生產(chǎn)壓差大很多的情況下仍然沒能達(dá)到修井前的產(chǎn)液量。A-1，A-5等大多數(shù)定向井作業(yè)周期及重排后生產(chǎn)與此井情況類似，不再累述。

圖5 A-3井排采曲線

A-4井：檢泵作業(yè)2 d，重排后直接恢復(fù)之前工作制度。產(chǎn)水量并未減少，如圖6所示。在穩(wěn)排10 d后繼續(xù)加大排采強度，產(chǎn)水量隨之上漲，排采效果很好。

A-6井：產(chǎn)水量峰值超過每天100 m3，數(shù)次修井后均快速恢復(fù)之前生產(chǎn)水平，地層供液能力未見受到影響，如圖7所示。其相同壓差下產(chǎn)水量及井底壓力亦能恢復(fù)到修井前水平，可見修井作業(yè)對該井影響不大。

圖6 A-4井排采曲線

圖7 A-6井排采曲線

3.2 工作制度緩慢恢復(fù)到修井前狀態(tài)

A-7井第二次及第三次修井后采取連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定的原則，使得該井在較小生產(chǎn)壓差下就取得了產(chǎn)氣量的上揚，如圖8所示。從A-7井的排采來看，修井后采用連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定的原則排采效果較好。

4 針對性建議

依據(jù)停機后的液面及井底壓力回復(fù)速率，制定排采制度；對于有條件的井，可以在停機后使用自動液面監(jiān)測儀監(jiān)測其液面及井底壓力恢復(fù)速率，并依此制定相應(yīng)修井后排采制度，以保證修井后重排的液降速率不超過停抽后液面恢復(fù)速率。目前停抽的井應(yīng)抓緊開展此項工作。修井作業(yè)對定向井的傷害較大，對定向井及直井修井后的排采強度控制應(yīng)慎重；水平井在修井后緩慢排采效果較好。因此，A地區(qū)除產(chǎn)水超大的排采井之外修井后重排依然應(yīng)堅持連續(xù)緩慢穩(wěn)定的排采制度。盡管電潛泵費用很高，但對于井斜大、產(chǎn)水量高，其他排采方法有困難的排采井時，應(yīng)果斷采用電潛泵，快速恢復(fù)到換泵前的工作制度，避免因其他排采方法而造成的資金和時間浪費。

圖8 A-7井排采曲線

A地區(qū)檢泵周期較長，檢泵周期較長的井容易造成裂隙閉合導(dǎo)致地層供液量的減低，應(yīng)選擇素質(zhì)較好的施工隊伍，快速完成檢泵作業(yè)。選擇合適的排采設(shè)備可以有效減少修井的次數(shù)。A井區(qū)設(shè)備合適的井仍然存在一定的井下作業(yè)隱患，如A-2更換水力射流泵之后井下兩根沉砂管尾端加裝絲堵的結(jié)構(gòu)可能會導(dǎo)致該井煤粉大量沉積，進(jìn)而大修，可以考慮去掉尾端絲堵。檢泵時砂面不埋煤層的情況下最好不要洗井，如必須洗井，最好選用煤層產(chǎn)出的水，這樣可防止煤層污染。A地區(qū)定向井井斜較大，排采水受煤粉的影響磨阻大、腐蝕性強，會使油管、抽油桿嚴(yán)重磨損，特別是抽油桿接箍磨損更嚴(yán)重，嚴(yán)重的會將抽油桿磨斷、油管磨穿。在油管下部應(yīng)選用大直徑剛性強的抽油管或者選取質(zhì)量較好的扶正器在井斜段安放。大部分排采井都經(jīng)過壓裂改造，大強度的排采很可能導(dǎo)致煤層吐砂造成卡泵，應(yīng)選用濾砂效果好的篩管，并且在檢泵時依據(jù)撈砂的高度，對吸入口位置進(jìn)行再次選擇。目前A地區(qū)還沒有因氣鎖造成的修井，但是管式泵氣鎖的可能性應(yīng)充分考慮，煤層較淺篩管可放置在煤層下放，煤層較深的井盡量加裝氣錨。隨著排采井?dāng)?shù)的快速增加，修井的次數(shù)也會逐漸增多，不同類型的排采井在修井重排后的排采管理制度問題亟待解決，擬采用連續(xù)液面測試儀進(jìn)行連續(xù)測試，分析關(guān)井后地層恢復(fù)情況，為修井后的排采管理制度的制定提供依據(jù)。

5 結(jié)語

通過對近年來A地區(qū)煤層氣開發(fā)過程中煤層氣井排采資料的收集，以現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)煤層氣井排采特點及影響因素，充分考慮排采制度、生產(chǎn)壓差、地層產(chǎn)水、煤層傷害、壓降擴散、經(jīng)濟效益等因素，對作業(yè)后采取不同排采制度的典型氣井進(jìn)行對比分析，提出在A地區(qū)煤層氣井作業(yè)后排采制度的總體思路與擬采取的具體措施建議。在已作業(yè)的氣井上歸納總結(jié)實施效果，為以后同類情況提供了技術(shù)支撐。