蔡 華 蘇 雷 楊 陽(yáng) 覃蒙扶 杜慧讓 劉玉明

(1.中國(guó)石油股份有限公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司， 山西 048000；2.河北華北石油天成實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，河北 062552)

OPRS軟件在煤層氣井的應(yīng)用

蔡 華1蘇 雷1楊 陽(yáng)2覃蒙扶1杜慧讓1劉玉明1

(1.中國(guó)石油股份有限公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司， 山西 048000；2.河北華北石油天成實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，河北 062552)

通過分析煤層氣井偏磨產(chǎn)生的原因，統(tǒng)計(jì)采取的相應(yīng)措施和效果，指出目前偏磨治理的瓶頸，分析OPRS軟件在煤層氣井的適用性，應(yīng)用軟件優(yōu)化扶正器安裝位置及數(shù)量，研究表明該軟件模擬計(jì)算扶正器添加位置與實(shí)際偏磨井段的符合率高，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后可以緩解偏磨造成的影響，延長(zhǎng)檢泵周期，具有指導(dǎo)意義。

煤層氣井 偏磨 OPRS 扶正器優(yōu)化

1 引言

截止2014年11月，中國(guó)石油華北油田在山西省東南部沁水盆地累計(jì)投產(chǎn)煤層氣井已超過2000口，以抽油機(jī)+管式泵為主的有桿泵排采工藝井占了98.2%，有桿排采工藝產(chǎn)生的偏磨問題成為分公司近幾年檢泵作業(yè)的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年樊莊區(qū)塊偏磨井檢泵井次占該區(qū)塊總檢泵井次的44%，而鄭莊區(qū)塊更高達(dá)71%，見圖1、圖2。

圖1 樊莊區(qū)塊檢泵構(gòu)成

圖2 鄭莊區(qū)塊檢泵構(gòu)成

2 煤層氣井偏磨產(chǎn)生原因及對(duì)應(yīng)措施

2.1 偏磨產(chǎn)生的原因

(1)抽汲參數(shù)不合理，導(dǎo)致偏磨。

抽油桿在工作中受交變載荷，會(huì)發(fā)生疲勞破壞，造成斷裂，另外在上抽油桿時(shí)絲扣沒上緊，會(huì)發(fā)生脫扣事故。少部分生產(chǎn)井在泵效降低或煤層供液能力下降時(shí)，而工作制度并未及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致小水量井以較高沖次運(yùn)行，這種不必要的高工作制度加快了抽油桿井下管桿偏磨的程度。

(2)“狗腿”變向引起偏磨。

有“狗腿”的地方，彎曲度大，不僅抽油桿接箍與油管內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，抽油桿本體與油管內(nèi)壁也產(chǎn)生摩擦。

(3)“中性點(diǎn)”效應(yīng)

上沖程時(shí)，中性點(diǎn)以下的抽油桿處于拉伸狀態(tài)；下沖程時(shí)，中性點(diǎn)以下的抽油桿同時(shí)受到上部桿柱向下的壓力和自身的慣性作用, 易發(fā)生彎曲與油管內(nèi)壁接觸發(fā)生偏磨。這種現(xiàn)象隨著抽油桿長(zhǎng)度的增加和沖次增高的影響會(huì)更加明顯。

2.2 對(duì)應(yīng)措施

合理調(diào)整油井抽汲參數(shù)，見表1。表中措施的實(shí)施均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)要求，通過抽汲參數(shù)調(diào)整，降低偏磨比例8%。

表1 措施實(shí)施統(tǒng)計(jì)表

但是，針對(duì)井斜角和“中性點(diǎn)”效應(yīng)產(chǎn)生的影響，只是根據(jù)檢泵時(shí)實(shí)際磨損情況添加扶正器，缺乏對(duì)偏磨井段井深的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)扶正器添加的技術(shù)手段。

3 OPRS軟件適用性分析

軟件全名為“煤層氣排采井管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件”，簡(jiǎn)稱OPRS，是華北油田采油工程研究院開發(fā)用于煤層氣井系統(tǒng)效率分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的軟件。

該軟件是完全的網(wǎng)絡(luò)版軟件，可通過瀏覽器訪問裝有軟件的服務(wù)器。主要功能：①系統(tǒng)管理：?jiǎn)挝还芾?、用戶管理、設(shè)備管理和日志管理；②數(shù)據(jù)管理：?jiǎn)尉當(dāng)?shù)據(jù)管理、井況數(shù)據(jù)管理、井斜數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)上傳；③煤層氣井優(yōu)化設(shè)計(jì)：煤層氣井?dāng)?shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置、井眼軸線計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 利用軟件計(jì)算的偏磨井段與檢泵中實(shí)際偏磨情況對(duì)比

在檢泵作業(yè)井中，選管柱桿管偏磨嚴(yán)重的15口井，統(tǒng)計(jì)偏磨起始井深及偏磨井段深度；并將這15口井用OPRS軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)并優(yōu)化扶正器的安裝位置，將兩者統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證軟件計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在偏磨井段起始井深方面：設(shè)計(jì)位置與實(shí)際偏磨情況，最大偏差47m，最小偏差2m；

偏磨井段深度方面：最大偏差55m，最小偏差1.49m；兩者吻合率在偏磨井段起始位置上，平均吻合率97%；偏磨井段深度上，平均吻合率81.5%。

說明OPRS軟件在煤層氣井的扶正器模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)上，與實(shí)際偏磨情況對(duì)比，具有較高的吻合率。軟件能較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)煤層氣井的偏磨情況。3.2 利用軟件模擬扶正器添加位置與中性點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系

統(tǒng)計(jì)15口軟件設(shè)計(jì)的扶正器添加井段距泵深的距離，與理論計(jì)算中性點(diǎn)位置進(jìn)行對(duì)比。

軟件設(shè)計(jì)扶正器安裝位置距下泵深度距離：泵上32～110m。

計(jì)算D38mm管式泵，D19mm抽油桿，在5次/分的工作制度下的中性點(diǎn)位置。中性點(diǎn)距離泵上96～110m。

模擬和計(jì)算值有較好的對(duì)應(yīng)性。軟件模擬的偏磨井段，在中性點(diǎn)附近。

因此，OPRS軟件在煤層氣井具有較高的適應(yīng)性，在模擬的扶正器設(shè)計(jì)結(jié)果上，與實(shí)際偏磨情況對(duì)應(yīng)度較高，并且在中性點(diǎn)附近。應(yīng)用設(shè)計(jì)結(jié)果指導(dǎo)檢泵工作，理論上可有效緩解偏磨。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 基本數(shù)據(jù)

胡底4井位于沁水盆地南部斜坡帶樊莊區(qū)塊，完鉆井深868m，生產(chǎn)層位為山西組3號(hào)、15號(hào)煤層，煤層深度分別為705.7m和798.77m。

4.2 歷年檢泵情況

該井2010年10月投產(chǎn)，3號(hào)和15號(hào)煤合采，使用五型抽油機(jī)，22KW電機(jī)。2012年5月19日，抽油桿斷脫檢泵；2012年10月30日，固定凡爾卡死檢泵；2012年12月30日，抽油桿擼扣檢泵；2013年3月5日，光桿斷脫檢泵；2013年10月1日，抽油桿脫扣檢泵；2014年6月17日，活塞卡死在泵筒內(nèi)檢泵。嚴(yán)重違背了煤層氣“平穩(wěn)，連續(xù)，低成本”的排采理念。

4.3 以往改進(jìn)措施

針對(duì)實(shí)測(cè)載荷差值與理論值差別大問題，原五型抽油機(jī)更換為八型抽油機(jī)；對(duì)抽油桿多次斷脫問題，采用組合桿柱，均未解決該井平衡難調(diào)整，頻繁故障的問題。

4.4 軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)后應(yīng)用效果

首先，通過OPRS軟件模擬計(jì)算°/10米的全角變化率，在780～820m井段，狗腿度分別為2.48°、5.14°、1.00°、5.52°、3.80°，出現(xiàn)“S”形彎，導(dǎo)致泵在該井段出現(xiàn)變形，從而導(dǎo)致載荷過高，波動(dòng)大等問題。

隨后，進(jìn)行OPRS軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)，在18處共添加64個(gè)扶正器。

該井自2014年6月作業(yè)后，至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常，日產(chǎn)水27m3，日產(chǎn)氣31403。對(duì)比作業(yè)前、作業(yè)后功圖(見圖3、圖4)，最大載荷值變小，載荷值較平穩(wěn)，無(wú)劇烈波動(dòng)。

圖3 胡底4井作業(yè)前示功圖

圖4 胡底4井作業(yè)后示功圖

OPRS軟件自2014年5月開始普及使用。截止到12月，已使用近180天，所設(shè)計(jì)使用的87口檢泵井，正常運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)176天，平均110天，現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)過優(yōu)化扶正器的單井均未出現(xiàn)再次作業(yè)的情況，具有較好的使用效果。

5 結(jié)論

OPRS軟件設(shè)計(jì)結(jié)果與煤層氣井實(shí)際偏磨井段的吻合率高，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)偏磨井段具體位置；并且對(duì)扶正器的優(yōu)化安裝，增加了新的技術(shù)手段；軟件可細(xì)化全角變化率數(shù)據(jù)，為桿管偏磨治理工作提供準(zhǔn)確的井斜數(shù)據(jù)分析，提高單井故障分析準(zhǔn)確性。

[1] 林偉民，蘇凱元，于鑫，等.抽油桿扶正器安裝位置的確定[J].斷塊油氣田，2001，8(3)：52-54.

[2] 李夢(mèng)溪，王立龍，胡秋嘉，等.沁水盆地樊莊區(qū)塊煤層氣井開發(fā)特點(diǎn)及管理方法[J].中國(guó)煤層氣.2013，6(3):2-8.

(責(zé)任編輯 王一然)

Application of OPRS Software in CBM Wells

CAI Hua1, SU Lei1, YANG Yang2, QIN Mengfu1, DU Huirang1, LIU Yuming1

(1. CNPC Shanxi CBM Exploration and Development Branch, Shanxi 048000;2. Hebei North China Oilfield Tiancheng Industry Group Co., Ltd., Hebei 062552)

The eccentric wear occurred in rod drainage technique has become a main problem in pump inspection for the CBM company of Huabei Oilfield. Through the measures of optimizing the swabbing parameters and adding rod centralizer according to the actual wear situation, the issue of eccentric wear could not be efficiently resolved. The paper analyzes the causes of eccentric wear occurred in CBM wells, summarizes the adopted measures and their effects, and proposes the bottleneck to resolve this issues currently. It also analyzes the adaptability of OPRS software in CBM wells, and applies the software to optimize the distribution and number of rod centralizer. The result shows that the consistent rate is high between the distribution points of adding rod centralizer by simulation and calculation of the software and the actual eccentric wear sections. The influence caused by eccentric wear could be improved after application of the software, and the duration of pump inspection will be extended, which is of guiding significance.

CBM wells; eccentric wear; OPRS; optimization of rod centralizer

蔡華，助理工程師，工程碩士學(xué)位，主要從事煤層氣排采技術(shù)研究與管理工作。