煤層氣井常規(guī)修井作業(yè)工藝

＊牛作剛

（華東油氣分公司采油氣工程服務(wù)中心 江蘇 225300）

引言

在綠色發(fā)展理念下尋找綠色節(jié)能能源顯得極為重要，煤層氣作為新時期新型潔凈能源，是常規(guī)天然氣的補充型資源，在開采煤層氣的過程中會因為井下環(huán)境惡劣，由此出現(xiàn)一些問題，導(dǎo)致煤層氣的開采具備較大的難度。在井下作業(yè)階段如果不能快速發(fā)現(xiàn)并處理井下問題與故障，將會對煤層氣產(chǎn)能造成不良的影響，因此需要增加對修井作業(yè)的重視程度，本文對煤層氣井暴露出的問題進行分析，開展修井工作，在科學(xué)的工作模式下，保證煤層氣井恢復(fù)產(chǎn)量，按照工作需求正常運行。

1.井下故障類型分析

在井下采集煤層氣工作前需要進行勘探工作，井位的選擇、射孔、鉆井、壓裂與完井是前期準(zhǔn)備階段需要完成的任務(wù)，在完成一系列活動后可以進入煤層氣排采環(huán)節(jié)。在相應(yīng)環(huán)節(jié)為控制煤層壓力，會抽排煤層中的沉壓水，由此可以釋放煤層吸附的甲烷氣，排采煤層氣的過程中，因為井下環(huán)境異常惡劣，所以會引發(fā)不少的問題以及故障，比如套管、砂埋、負荷重等問題，相應(yīng)問題的出現(xiàn)會阻礙排采工作的進行。作業(yè)隊在排采階段會開展銑、鉆、磨、套等工作，針對砂埋、負荷重等問題選擇大修的方式。其余的問題一般會選擇小修。

排采工作進行期間需要考慮到常規(guī)作業(yè)較為常見的情況，應(yīng)該將常規(guī)故障發(fā)生后是否會產(chǎn)生液體作為區(qū)分故障類型的標(biāo)尺，將常規(guī)故障分為兩種類型，第1種類型是外在沒有產(chǎn)生液體，此類情況包含粉煤包裹凡爾、卡泵、斷脫等問題。如果煤粉包裹游動凡爾或固定凡爾會導(dǎo)致液體漏失，而此時地表將停止產(chǎn)液；卡泵是煤顆粒或是煤粉進入泵中，此時活塞會被煤顆?；蚴敲悍劭ㄋ?，失去工作能力；斷脫是井下某個抽油桿受到外力因素導(dǎo)致自身斷裂，在桿斷裂后泵會相繼停止工作。對是否產(chǎn)液作為故障區(qū)分的標(biāo)志，在此種情況下第1類故障還存在煤粉包裹凡爾、斷脫、卡泵三種可能，應(yīng)該在確定第1種故障后對故障進行細分。煤粉包裹固定凡爾、包裹游動凡爾、包裹固定凡爾和游動凡爾，這是煤粉包裹凡爾存在的三種情況?？ū玫墓收媳碚鬏^為明顯，如果驢頭外表面停止上下移動便可以初步判斷故障為卡泵；煤粉包裹凡爾與斷脫在故障判斷方面存在一定的難度，可以通過功能圖區(qū)分兩者。

如果外表產(chǎn)液可以判斷該故障為第2種類型，但是在此種情況下需要確定故障具體內(nèi)容，這是檢修工作進行的前提條件。第2類故障存在液面不漲以及泵效低的問題，應(yīng)該結(jié)合具體情況進行分析泵效，同時在此過程中需要確定泵效區(qū)分方式，不是泵效低過某個規(guī)范值后，將其判斷為泵效低，比如對日產(chǎn)水0.1m3的一口井，其液面降至煤層頂板，此時井的泵上為1%，在此種情況下認為僅正常運行；但是如果一口井液柱超過10m，但是日常水量為0.2m3，計算井的泵效，其值僅為4%，此種情況可以認為該井是低泵效。導(dǎo)致泵效低的原因很多，地層供液量變少，使原來的泵難以在當(dāng)前排采制度下工作；泵因為自身的密封性較低，在密封不嚴(yán)密的情況下出現(xiàn)漏濕問題；如果出現(xiàn)供液不足的情況，可能與泵掛位置有關(guān)，如果泵掛位置過高使供液不足；如果泵的沖次很小，與排采制度嚴(yán)重不符，針對此種情況只要調(diào)高沖次可以解決泵效低的問題。但是地層供液量少、本身密封性低、泵掛位置高等問題，需要采用修井作業(yè)才可以解決泵效低的問題。

表1 不同排采制度階段劃分方法

而導(dǎo)致液面不降的因素也有很多：地殼供應(yīng)量增加，在此種狀態(tài)下原來的泵與排采制度并不相符，因為不適合排采制度，使液面不降；由于泵自身密封出現(xiàn)問題不嚴(yán)密，所以出現(xiàn)漏失的情況。

2.修井工藝

(1)小修工藝

油水井小修工藝，在井下作業(yè)進行期間起下水管柱完成故障處理工作。包含清蠟與檢泵、壓井、更換井下管柱、清砂與防砂等。使用小修工藝具備施工迅捷的優(yōu)勢，同時工藝并不復(fù)雜，在井下作業(yè)階段是一種常用的工藝，工藝的應(yīng)用必須引起工作人員的重視。

(2)大修工藝

大修工藝應(yīng)用在井下事故處理工作中，制定解決事故的大修作業(yè)方案，選擇相應(yīng)的修井器械，因為大修施工涉及到多學(xué)科知識及專業(yè)，集中性較高，因此工作人員必須掌握較為全面的專業(yè)知識，同時應(yīng)該根據(jù)具體情況選擇工藝應(yīng)用方式。在大修工藝應(yīng)用過程中，應(yīng)該注意相應(yīng)事項：①井下發(fā)生事故后需要第一時間組織人員勘查現(xiàn)場，找到故障出現(xiàn)的原因；②在大修工藝實施前，必須由技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)場狀況進行分析，給出修井作業(yè)方案；③敲定方案后還需要選擇輔助大修工藝的施工設(shè)備，確定工作流程以及工作人員的職責(zé)，嚴(yán)格按照制定的方案監(jiān)管工藝操作，保證相應(yīng)工作可以快速進行快速解決井下事故。井下打撈技術(shù)、套管架構(gòu)技術(shù)以及套管取換技術(shù)是大修工藝常用的技術(shù)方式，應(yīng)該根據(jù)具體情況選擇相應(yīng)技術(shù)處理井下故障。

(3)煤層氣井特點

與常規(guī)天然氣儲層不同，煤儲層具有雙重功能，煤層既是甲烷氣的生氣層又是儲集層。和一般油氣井相比，煤層氣井具有以下特點：煤層氣井井深淺，一般在200m～1500m之間，井底的溫度及壓力低，遠遠小于油氣井的井底溫度與壓力。煤儲層是具有基質(zhì)孔隙與裂縫孔隙特征的雙孔隙系統(tǒng)，滲透率遠遠小于油氣儲集層砂巖的滲透率。煤中大部分天然氣呈吸附狀態(tài)存在于基巖孔隙的內(nèi)表面上，只有少量以游離狀態(tài)（10%～20%）或溶解狀態(tài)存在于煤層的孔隙與裂縫中，其儲集方式和以游離態(tài)為主的石油、天然氣有根本的不同。煤層孔隙壓力梯度一般小于0.01MPa/m，屬于低壓地層，存在很大差異且很難預(yù)測。超低壓煤層的壓力梯度低達0.006MPa/m，高壓煤層的壓力梯度高達0.02MPa/m以上，即使在同一地區(qū)，壓力梯度變化也很大。煤層微孔隙發(fā)育，割理多，非均質(zhì)性強，機械強度低，力學(xué)穩(wěn)定性差，在外力作用下極易破碎。該特點在鉆井上極易引起煤層的坍塌、破碎，導(dǎo)致井徑擴大。煤儲層存在滲透性滯后現(xiàn)象。煤層經(jīng)過多次的加壓、卸壓周期試驗，測定不同壓力下的滲透率，發(fā)現(xiàn)加壓使?jié)B透率下降，但卸壓時滲透率只能得到一定程度的恢復(fù)，造成滲透率的損失。煤層的滲透性低，孔隙壓力低，鉆井和固井過程中過平衡壓力大，煤層極易受到傷害。

3.泵型選擇

在煤層氣井排采期間，修井作業(yè)是極為常見的工作措施，泵掛深度與泵類型是工作的重要內(nèi)容，兩者會對煤層氣排采工作形成一定的影響，直接影響到煤層氣的產(chǎn)量以及排產(chǎn)效果，在泵型選擇階段應(yīng)該從多個層面進行考量，同時需要重視泵效選擇，泵效必須滿足降液要求，在選型階段需要考慮到大泵低沖次的情況，對同一口井應(yīng)該在泵型選擇階段，以提高泵使用壽命，控制油套連通等方式規(guī)避故障問題。在排采初期發(fā)現(xiàn)在煤層中需要進行一定的預(yù)防措施，防止因壓裂砂造成砂埋，在作業(yè)時應(yīng)該保證煤層頂板在泵掛位置下方。煤層氣進入穩(wěn)產(chǎn)階段，可以調(diào)整泵掛位置，將其放置煤層底板下方。

煤層氣井一般會使用桿式泵、長柱塞管式泵和螺桿泵，其中桿式泵與長柱塞管式泵的常用型號分別是38mm、44mm與56mm。對桿式泵與長柱塞管式泵進行比較發(fā)現(xiàn)，雙方均含有抽油桿與柱塞相連的共同點，依靠抽油機將煤層中的水抽出來，并轉(zhuǎn)移到地表中，抽油機在工作中進行上下運動。分析長柱塞管式泵在工作中的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)其擁有排量大、價格實惠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，但是長柱塞管式泵的缺點也非常明顯，在檢泵環(huán)節(jié)中需要處理的工作量非常大，工作繁瑣會使工作難以進行，在檢泵階段工作人員必須要起出抽油桿與油管，否則檢泵工作無法進行。桿式泵作業(yè)與長柱塞管式泵不同，在作業(yè)方式上簡單很多，起出抽油桿便可以完成檢泵工作。桿式泵的缺點是排量小但是價格高。

螺旋桿與長柱塞管式泵、桿式泵相比，在性價比上占據(jù)優(yōu)勢，螺旋桿可以應(yīng)用在液柱降低難且產(chǎn)液量大的井，襯套、螺桿是螺旋桿的主要組成部分。因為螺旋桿具備的優(yōu)勢成為煤層氣行業(yè)的首選，其中單螺旋泵的應(yīng)用頻率比較高。雖然螺旋桿可以應(yīng)用在液柱降低難且產(chǎn)液量大的井中，但是不適合應(yīng)用在產(chǎn)液量小的井中，因為此類井供液量有限，如果螺旋桿在產(chǎn)液量小的井中作業(yè)會出現(xiàn)干磨的情況，不僅難以推進工作還會損壞泵，帶來一系列問題。

4.修井作業(yè)過程

進行修井工作在確定井下故障的前提下進行，完成故障判斷即可以編寫修井方案，作業(yè)隊會按照方案跟進修井工作。為保證修井工作可以快速進行需要完成準(zhǔn)備工作，作業(yè)隊必須布置井場，對其進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。將作業(yè)車停放在場地合適位置、拉好警戒線（圖1為警戒線材料）、檢查地錨深度、準(zhǔn)備作業(yè)工具（吊環(huán)、扳手、管鉗、滑輪車等）、搭建油管橋，完成井場布置工作后，由專人驗收，修井作業(yè)需要在井場驗收合格后才能開工（如果驗收不合格需要重新布置，直至合格為止）。

圖1 警戒線材料

開工后需要明確工作順序，首先拆卸驢頭，接著起開原井桿柱，在以上工作結(jié)束后探砂面。發(fā)現(xiàn)存在砂后需要確定砂高與砂面位置，將現(xiàn)場收集到的信息向甲方匯報，由甲方?jīng)Q定是否需要撈砂。在下井前需要檢查砂泵活塞和撈砂泵底閥的應(yīng)用情況，確認凡爾的密封性，一旦相關(guān)裝置出現(xiàn)問題不能下井。撈砂工作進行期間關(guān)注現(xiàn)場情況，在撈砂移至人工井底后需要侯沉1h的時間，在相應(yīng)操作執(zhí)行后復(fù)探砂面，檢查工作行為，在誤差處于0.05m區(qū)間中即可（此種情況視工作合格）。

井內(nèi)沉砂清除環(huán)節(jié)，可以使用沖砂的方法，該方法又細分為反沖砂、正沖砂與正反沖砂。三種作業(yè)方式的優(yōu)點各異，反沖砂攜帶砂的能力非常強，正沖砂的沖刺力度大，正反沖砂囊括了正沖砂與反沖砂的優(yōu)點，攜砂能力強同時沖刺力度大。在沖砂環(huán)節(jié)中需要考慮到排采階段煤層在沖砂方式下可能遭受的傷害，煤層氣井因為降壓產(chǎn)氣自身特性，導(dǎo)致相關(guān)工作進行期間已經(jīng)讓煤層氣井受到應(yīng)力的沖擊。煤層在外力的沖擊下容易發(fā)生碎裂與變形的問題，外來流體會對煤層造成嚴(yán)重的復(fù)合傷害。固相顆粒自身特性驅(qū)使，導(dǎo)致其與煤巖容易產(chǎn)生鑲嵌作用，在此情況下煤層的滲透率會大幅度下降。采用常規(guī)的油管沖砂方式，在打破煤層前已經(jīng)存在降壓情況，重新采排需要在動液面恢復(fù)后進行。對煤層氣進行深入的分析，外來流體對煤層氣解吸產(chǎn)生附加力，該力的出現(xiàn)會對煤層氣井生產(chǎn)與產(chǎn)量造成巨大的影響。通過多方比對，在井筒清理階段還是以撈砂作為選擇的工作方式。

5.結(jié)語

煤層氣井常規(guī)修井作業(yè)需要確定井下的故障與問題，目前將是否產(chǎn)液作為故障類別劃分的標(biāo)尺，將故障分為故障1與故障2，前者包含煤粉包裹凡爾、卡泵與斷脫；后者為液面不降與泵效低。確定故障后需要結(jié)合排采數(shù)據(jù)進行分析最后編制修井方案，在下井作業(yè)前完成準(zhǔn)備任務(wù)，嚴(yán)格按照方案要求進行修井工作。在修井階段關(guān)注現(xiàn)場狀況，規(guī)范作業(yè)行為，由此可以逐步解決井下故障，恢復(fù)排采制度，為煤層氣開采創(chuàng)造條件。