張建龍，李特社，張義，王理國

（貴州省非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)利用工程研究中心， 貴州 貴陽 550081）

1 煤層氣排采原理及遵循原則

煤層氣，主要以吸附態(tài)賦存于煤巖基質(zhì)中，只有少量游離態(tài)存在于孔隙之中；煤儲層普遍具有低孔、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，正是基于它的賦存方式和儲層特征的特殊性導(dǎo)致煤層氣開采技術(shù)與常規(guī)天然氣開采技術(shù)有較大差異。

煤層氣的開采是在儲層改造后，通過排出儲層內(nèi)的壓裂液及地層水，使儲層壓力不斷降低，當(dāng)儲層壓力低于煤層臨界解吸壓力時，氣體解吸產(chǎn)出。最終煤層氣井的產(chǎn)氣量主要取決于儲層供氣范圍和壓降幅度，要實(shí)現(xiàn)氣井產(chǎn)量的最大化，就需要不斷擴(kuò)大解吸區(qū)域，擴(kuò)大控制面積。

排采工作需嚴(yán)格遵守“連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定、長期”的原則。①連續(xù)：排采過程中盡量避免工作設(shè)備的停機(jī)和頻繁更換，保證井底流壓是連續(xù)下降的過程；②緩慢：由于煤層本身易出煤粉加之儲層改造加入的細(xì)砂、粉砂，要求排采過程必須緩慢，盡量減少煤粉運(yùn)移，避免砂子運(yùn)移；③穩(wěn)定：頻繁的工作制度調(diào)整會導(dǎo)致煤儲層內(nèi)物質(zhì)發(fā)生無規(guī)律轉(zhuǎn)移，甚至使已穩(wěn)定的通道發(fā)生坍塌和堵塞，導(dǎo)致滲透率下降；④長期：煤儲層壓降漏斗的擴(kuò)大是長期排水壓降的結(jié)果，排水時間越長，排水量越多，壓降范圍越大，理論上產(chǎn)氣量就越大。

2 排采過程存在問題

由于煤儲層普遍存在的低滲透率、弱含水性特點(diǎn)，決定了排采過程中煤儲層的供液能力弱，產(chǎn)水量低，尤其對貴州地區(qū)來說，在排采中后期，隨著煤層氣產(chǎn)量的增大，煤儲層供液量越來越低，甚至遠(yuǎn)低于排采設(shè)備最小工作制度下的產(chǎn)水量，此時排出水多為油套環(huán)空中的液量，導(dǎo)致油套環(huán)空液面快速下降，從而加快井底流壓的下降速度，違背了“緩慢、穩(wěn)定”的排采原則，這樣容易引起煤層激動，加劇煤粉等固體顆粒的不規(guī)則運(yùn)移，降低滲透率；也不利于壓降漏斗的擴(kuò)展，只有井筒附近小范圍內(nèi)壓力得到釋放，產(chǎn)生少部分煤層氣。

由于煤層本身易出煤粉，煤粉對氣井的傷害較大，煤粉進(jìn)入井筒后，若單井產(chǎn)水量較小，達(dá)不到帶出井筒中煤粉的流速，煤粉就容易在井筒內(nèi)逐漸下降沉積、并粘結(jié)成塊，極易堵塞泵筒，嚴(yán)重時造成泵漏失，甚至卡泵，一旦卡泵，需要進(jìn)行檢泵作業(yè)，期間耗時較長，違背了“連續(xù)”的排采原則，這樣使得地層壓力回升，煤層氣被重新吸附，使已形成的孔隙通道再次被水充填，阻礙后期氣體的流動；重新抽排后需要較長時間才能使產(chǎn)氣量恢復(fù)到檢泵之前。

為了適應(yīng)較低的儲層供液量，要求排采設(shè)備工作制度盡量的小，其實(shí)就是要求設(shè)備的工作速度盡量的低，但設(shè)備的長時間低速運(yùn)轉(zhuǎn)，會導(dǎo)致電機(jī)的發(fā)熱嚴(yán)重，為了保護(hù)電機(jī)，設(shè)備會經(jīng)常性的自動停轉(zhuǎn)，不利于設(shè)備的使用壽命，也違背了“連續(xù)”的排采原則。

3 帶壓洗泵裝置工作原理及效果分析

針對以上存在問題，特引入一種帶壓洗泵裝置，對煤層氣后期“連續(xù)、穩(wěn)定”排采具有顯著效果。

3.1 工作原理

帶壓洗泵裝置是利用高壓往復(fù)泵經(jīng)井口三通向油套環(huán)空內(nèi)注水，同時，調(diào)整抽油機(jī)沖次提高氣井排液量，通過提高油管內(nèi)排采水的流速，帶動油管內(nèi)、泵筒內(nèi)沉積的煤粉排出地面，達(dá)到降低井筒內(nèi)煤粉濃度，延長檢泵周期的目的；此外，也可以單純的向井筒注液，以穩(wěn)定和恢復(fù)液面。該工藝設(shè)備簡單，操作方便，能有效節(jié)約人力成本和作業(yè)時間。具體工作流程見圖1所示。

圖1 帶壓洗泵設(shè)備工作流程圖

3.2 效果分析

（1）減少卡泵風(fēng)險(xiǎn)，延長檢泵周期，實(shí)現(xiàn)連續(xù)排采

煤層氣排采過程中，當(dāng)有卡泵征兆或者不出液的的情況發(fā)生時，可使用該帶壓洗泵設(shè)備，通過邊注水邊快抽的注采平衡方式，加快桿管環(huán)空中液體的流動速度，使小的固相顆粒隨液體排出而排出，減小煤粉沉降造成的卡泵風(fēng)險(xiǎn)；定期使用該設(shè)備對井筒進(jìn)行清洗，能有效減少卡泵、延長檢泵周期，實(shí)現(xiàn)煤層氣的連續(xù)排采。

（2）有效穩(wěn)定液面，控制流壓降幅，實(shí)現(xiàn)緩慢、穩(wěn)定排采

針對煤層氣井排采中后期液面下降過快，井底流壓下降過快，無法有效控制的情況，使用帶壓洗泵設(shè)備，可以人為向油套環(huán)空注水，補(bǔ)充地層供液的不足，使環(huán)空中液面穩(wěn)定下降或者不降，同時也有效控制了井底流壓的下降速度，實(shí)現(xiàn)煤層氣緩慢、穩(wěn)定排采。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 F2井排采簡史及異常情況簡述

F2井是位于貴州省遵義斷拱長崗向斜的一口煤層氣勘探井，該井采用連續(xù)油管分段壓裂4#、7#、10#三層煤，于2015年11月30日開始排采。排水降壓階段日產(chǎn)水量最高1.3 m3/d，平均0.73 m3/d；2016年7月16日，井底流壓降至3.6 MPa，進(jìn)入臨界解吸階段，由于氣體的作用，液體產(chǎn)出量減小，平均0.56 m3/d，由于氣水兩相流的作用，對煤儲層擾動較大，致使產(chǎn)出煤粉嚴(yán)重，且該井管柱設(shè)計(jì)不合理，預(yù)留口袋只有4.3 m，產(chǎn)出的煤粉沒有足夠的空間沉積，進(jìn)入泵筒，而低產(chǎn)水量不足以把進(jìn)入泵筒內(nèi)煤粉帶出井口，導(dǎo)致卡泵，在放氣生產(chǎn)僅僅兩周之后，即進(jìn)行檢泵作業(yè)，耗時13天，既消耗了人力財(cái)力，又違背了連續(xù)排采的原則，檢泵后產(chǎn)氣效果并不理想。

2016年10月30日泵效降低至不出液的現(xiàn)象，通過測示功圖顯示泵筒內(nèi)存在有固相物，這些固相物的存在引起了砂卡現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)時的產(chǎn)水量僅0.25～0.3 m3/d，液體在油管內(nèi)向上的流速太低，不能將進(jìn)入泵筒內(nèi)的固相物帶出到地面，為了避免再次檢泵施工，因此試驗(yàn)進(jìn)行了帶壓洗泵作業(yè)。

圖2 F2井排采曲線圖

4.2 帶壓洗泵過程控制原則

（1）流壓控制—控制流壓變化范圍在 0.05 MPa以內(nèi)；

（2）排量控制—產(chǎn)出水量=注入水量+儲層產(chǎn)水量

該井管式泵徑 28 mm，抽油機(jī)最大沖次為 6 r/min，將沖程調(diào)整為1.5 m；流量由0.01 m3/h逐步提升至0.25 m3/h后保持排量穩(wěn)定

（3）總量控制—該井桿管環(huán)空體積的3倍以上

泵深663.17 m，桿直徑為22 mm，環(huán)空容積約1.73 m3，即：1.73×3=5.19 m3

（4）沖次控制—沖次由0.3 r/min提升至約6 r/min。

4.3 洗泵后效果分析

表1 F2井洗泵前后參數(shù)表

洗泵之后，氣井產(chǎn)水量得到有效提高，且不出液現(xiàn)象沒有再出現(xiàn)，流壓降幅也得到有效控制，效果良好（見表1）。

4.4 回注水效果分析

由于后期本井儲層供液量很?。?.12 m3/d），即使抽油機(jī)最小工作制度（沖程 0.9 m，沖次 0.28 r/min）下，泵效70%，日抽水量0.17 m3/d，為了避免環(huán)空液面下降過快，特通過該洗泵設(shè)備每日定時定量注液0.05 m，以彌補(bǔ)地層供液的不足，保證液面穩(wěn)定維持在煤層以上。從產(chǎn)氣及液面下降情況看，使用該設(shè)備定期回注水有效的維持了液面在最下部（10#）煤層以上30 m，穩(wěn)定產(chǎn)氣量1 000 m3/d左右，且到目前近9個月了，未再發(fā)生卡泵修井作業(yè)，效果良好。

5 結(jié) 論

（1）理論分析，帶壓洗泵設(shè)備工藝設(shè)備簡單，操作方便，具有延長檢泵周期、穩(wěn)定液面降幅的效果，能實(shí)現(xiàn)煤層氣“連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定”排采原則。

（2）針對F2井預(yù)留口袋淺，儲層供液能力低，易出煤粉的特點(diǎn)，通過現(xiàn)場實(shí)踐應(yīng)用該帶壓洗泵設(shè)備進(jìn)行洗泵作業(yè)，有效控制了流壓降幅，降低了煤粉卡泵風(fēng)險(xiǎn)，延長了該井檢泵周期至9個月。

（3）針對F2井后期儲層供液量很小的情況，利用帶壓洗泵設(shè)備每日回注水彌補(bǔ)其儲層供液不足的情況，能有效維持液面在最下部（10#）煤層以上30 m，穩(wěn)定產(chǎn)氣量1 000 m3/d左右。

（4）針對有卡泵征兆的氣井，建議及時組織洗泵作業(yè)，延長檢泵周期；針對產(chǎn)液量低，液面和流壓下降較快的氣井，建議使用該設(shè)備進(jìn)行回注水操作，以穩(wěn)定液面和井底流壓。

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