一種分離器在古交L型水平井排采中的應(yīng)用

孫盛濤 閔文化

(1.古交市國盛恒泰煤層氣開發(fā)利用有限公司，山西 030200)

近年來我國煤層氣產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，傳統(tǒng)的直井、定向井由于其抽采范圍有限，產(chǎn)量低，已經(jīng)難以滿足煤層氣商業(yè)化發(fā)展的需要。L型水平井改造范圍大，產(chǎn)量高，能夠彌補(bǔ)普通井的不足，但其舉升過程中存在井斜限制、煤粉卡泵、氣鎖影響泵的效率等問題。目前常用的解決方案有兩種，一是采用桿式泵排采，另外采用射流泵進(jìn)行排采，但兩種排采方式的設(shè)備都比較復(fù)雜，入井風(fēng)險(xiǎn)高，且投資成本相對較高，這與煤層氣經(jīng)濟(jì)和安全排采的理念相沖突。

為此，依舊采用管式泵對古交區(qū)塊煤層氣L型水平井進(jìn)行排采，并對常規(guī)管式泵排采管柱進(jìn)行改造，在泵下加裝一種類似氣水分離器的裝置。此種排采方式可以在泵下將氣水進(jìn)行分離，減少氣體進(jìn)入泵筒，提高泵效，有利于進(jìn)一步降低排采液面，同時(shí)入井設(shè)備簡單，成本相對較低。

1 區(qū)塊概況

古交區(qū)塊位于華北克拉通中部西山煤田內(nèi)，是我國煤層氣重點(diǎn)開發(fā)區(qū)塊之一。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，走向多樣，主要發(fā)育NW向褶皺和NE向斷裂構(gòu)造。山西組和太原組為主要含煤地層，共發(fā)育煤層11層，山西組2號煤層和太原組8號、9號煤層為主力煤層， 其中8號、9號煤全區(qū)穩(wěn)定，為古交區(qū)塊L型水平井的目的層位。

2 工藝原理

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

本設(shè)備是在常規(guī)煤層氣水平井管式泵排采設(shè)備的基礎(chǔ)上，加長泵下尾管的長度，同時(shí)在尾管中加入帶扶正器的小沖管。小沖管通過特制的連接結(jié)構(gòu)，連接到水平井管式泵下端壓力計(jì)托筒上(圖1)。

1—φ139.7mm生產(chǎn)套管；2—φ73mm油管；3—φ57mm水平井泵；4—壓力計(jì)托筒；5—特制連接設(shè)備；6—井下壓力計(jì)；7—φ73mm繞絲篩管；8—φ38mm小沖管(帶扶正器，最下部帶堵頭)；9—倒錐絲堵圖1 L型水平井管式泵排采工藝示意圖

特制連接設(shè)備上端與壓力計(jì)托筒相連，下端內(nèi)部與小沖管相連，外部通過絲扣與繞絲篩管相連，小沖管內(nèi)腔是物體進(jìn)入泵內(nèi)的唯一途經(jīng)。小沖管下部帶有堵頭，側(cè)面打孔，液體通過側(cè)孔進(jìn)入小沖管。

2.2 設(shè)備原理

水平井排采時(shí)，固、液、氣三相通過繞絲篩管進(jìn)入尾管，由于小沖管側(cè)孔淹沒在液體中，氣體受重力作用，只能向上流動，大部分進(jìn)入小沖管與尾管的環(huán)空，而小沖管與尾管的環(huán)空上部又通過特殊連接結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行了封堵，氣體只能再次通過篩管返回油套環(huán)空，排出地面。液體通過小沖管測孔進(jìn)入小沖管內(nèi)腔，通過特殊連接結(jié)構(gòu)進(jìn)入泵筒，排出地面，從而實(shí)現(xiàn)泵下氣液的初步分離，減少氣體進(jìn)入泵筒，提高泵效。固體由于重力作用，部分沉降在尾管底部，部分隨液體排出地面。

2.3 設(shè)備參數(shù)

(1)管式泵：φ57mm水平井管式泵，泵筒長度4.5m，泵效40%～89%。

(2)繞絲篩管：裂縫寬度0.18mm，長度4m(2根)。

(3)特制連接設(shè)備：外徑73mm，兩端均為公扣，中間為φ38mm母扣全空，上端與泵底壓力計(jì)托筒相連，下端外部與繞絲篩管相連，下端內(nèi)部與φ38mm小沖管相連。

(4)小沖管：φ38mm*4根*8m，通過絲扣相連，每根上、下部2m附近焊接類似扶正器的結(jié)構(gòu)。最下端小沖管底部加堵頭，下部側(cè)邊開小孔或小口。

(5)尾管：φ73mm普通油管4根，下端連接倒錐絲堵。

2.4 設(shè)備特點(diǎn)

(1)井底近40m的氣水分離裝置，大大增加進(jìn)泵物體的路程，可以使煤粉等有效沉降在尾管中，減少卡泵風(fēng)險(xiǎn)。

(2)小沖管是物體進(jìn)入泵筒的唯一途徑，且小沖管底部進(jìn)口淹沒在液體中，由于重力作業(yè)，氣體很難進(jìn)入，從而基本上沿正常路徑排出地面，增加了井口正常收集到氣體量，同時(shí)減少了氣體進(jìn)泵，有利于泵效的提高。

(3)減少了泵筒進(jìn)氣的風(fēng)險(xiǎn)，可以增大泵體的偏斜度，從而增大泵掛深度，在排采過程中可以將液面降到更低位置。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)情況

該工藝選擇了6口井進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，與前期普通的管式泵和螺桿泵從適應(yīng)性、檢泵周期、氣體影響泵效和產(chǎn)氣量等方面進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：加裝特殊結(jié)構(gòu)的管式泵下入井斜達(dá)到了68.9°～77.8°，泵效達(dá)到了40%～89%，平均檢泵周期是原來2倍多，產(chǎn)氣量有了明顯的上升。

3.1 滿足大井斜角的要求

6口試驗(yàn)的井，在加裝了特殊的結(jié)構(gòu)后，其泵掛位置處井斜達(dá)到了68.9°～77.8°，與螺桿泵相比，基本上達(dá)到了同等水平(表1)。同時(shí)由于氣水兩項(xiàng)在泵下分離，泵內(nèi)無氣體進(jìn)入，泵效明顯升高，達(dá)到了40%～89%，較好的滿足了大井斜角排采的需求。目的層在水中沉沒度小于150m時(shí)，CJS-L05、CJS-L06井等采用常規(guī)管式泵進(jìn)行排采的井，泵內(nèi)氣鎖嚴(yán)重，已無法排采，而在泵下加裝特殊結(jié)構(gòu)后，在此沉沒度和泵掛處井斜達(dá)到大于70°時(shí)，其泵效大于75%，且運(yùn)轉(zhuǎn)正常，進(jìn)一步說明了，在加裝特殊設(shè)備后的管式泵能夠滿足大井斜角排采的要求。

表1 6口試驗(yàn)井前后參數(shù)對照表

表2 不同排采工藝的前后檢泵周期對比

3.2 減少氣體進(jìn)泵的影響

6口試驗(yàn)井在泵下加裝了特殊設(shè)備后，通過排采現(xiàn)場定期的示功圖測試來看，無一口發(fā)生氣鎖和氣體進(jìn)泵，影響泵效的情況。實(shí)踐表明：此設(shè)備能夠很好的在泵下將氣液分離，基本上避免了排采過程中氣體進(jìn)入泵筒，影響泵效的情況。

3.3 延長檢泵周期

與螺桿泵和普通的管式泵排采相比，檢泵周期由原來的87～140天，延長到209～351天(表2)，平均檢泵周期為原來的2.4倍，大幅延長了檢泵周期。同時(shí)由于入井設(shè)備相對于螺桿泵簡單，單井檢泵施工時(shí)間明顯縮短，對氣井的排采連續(xù)性影響變小。

3.4 提高產(chǎn)氣量

采用在泵下加裝此設(shè)備后，相比于普通管式泵排采結(jié)構(gòu)，其泵掛深度明顯加深，能夠很容易的將液面降低到相對較低的位置，使降壓漏斗擴(kuò)散到遠(yuǎn)井端，排采波及范圍更廣，緩解了在L型井著陸點(diǎn)周圍液體封堵的情況，同時(shí)減少了遠(yuǎn)端氣體運(yùn)移到近井端的阻力，單井產(chǎn)氣量明顯提升。

3.5 管柱偏磨現(xiàn)象和煤粉堵塞嚴(yán)重

從現(xiàn)場檢泵情況匯總來看，試驗(yàn)井中有1口井因?yàn)槌橛蜅U偏磨，導(dǎo)致油管直接磨穿，其余各井在井斜角較大部位的油管、抽油桿、扶正器等部件均出現(xiàn)一定程度的磨損。另外還有2口井出現(xiàn)煤粉堵塞。

實(shí)踐表明，此種工藝任存在嚴(yán)重的管柱偏磨和煤粉不能有效攜帶的問題。

綜上所述，該工藝是在普通管式泵排采的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，下井工具較少，入井風(fēng)險(xiǎn)低，且成本明顯低于采用螺桿泵和射流泵。同時(shí)該工藝能夠較好的滿足大井斜角，泵沉沒度低，入井深度小于1000m的煤層氣L型水平井排采要求。但檢泵周期相對較短，管柱偏磨和煤粉堵塞的問題依舊存在。

在下步推廣應(yīng)用過程中，應(yīng)深入研究管柱偏磨和煤粉堵塞原因，加強(qiáng)扶正設(shè)備的類型、安裝位置和攜帶煤粉機(jī)理的研究，進(jìn)一步提高扶正設(shè)備的有效性和延長檢泵周期。

4 結(jié)論

(1)在普通管式泵下加裝該新型井下氣水分離器，可以滿足煤層氣L型水平井大斜度排采的需求，其泵掛處井斜達(dá)到了68.9°～77.8°，基本與螺桿泵持平。氣體進(jìn)泵問題基本得到了解決，單井泵效達(dá)到了40%～89%。

(2)解決了螺桿泵排采的高成本、入井材料復(fù)雜和易脫扣的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)其檢泵周期由原來的87～140天，延長到209～351天，檢泵周期明顯增加，與煤層氣排采的安全、經(jīng)濟(jì)和持續(xù)的理念完全吻合。

(3)實(shí)現(xiàn)了管式泵對煤層氣L型水平井的排采，單井產(chǎn)氣量明顯上升。

(4)該工藝任存在管柱偏磨和煤粉堵塞的問題，檢泵周期依舊較短。應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)管柱扶正結(jié)構(gòu)和防堵措施，使該工藝能夠真正適應(yīng)于L型煤層氣水平井的大斜度、深泵掛和長時(shí)間連續(xù)排采的需求。