煤層氣井沉砂防氣泵的研究及應用

郝 麗 程 浩 段寶玉

(中國石油華北油田采油工藝研究院,河北 062552)

1 技術背景

煤層氣是一種儲存于煤層及其鄰近巖層中的自生自儲式為主的常規天然氣。煤層氣的儲集性能及力學特征與常規儲層 (如砂巖、碳酸鹽巖)有明顯的區別,從而造成開發煤層氣的鉆井、完井、開發等動態技術的一系列的特殊性,特別是煤層氣的排采與其它方式有質的不同。

煤層氣井的開采主要通過排水降壓使吸附在煤層中的甲烷氣體解吸來實現的,需要長期、連續、穩定排水降壓。煤層氣井的排采過程大致可以分為排灰、排水降壓、采氣等幾個階段,其中排灰階段煤粉等固體顆粒很容易對排采設備造成影響,雖然在排采后期也會有煤粉排出,但是煤粉量相對排采初期已經很少,不會對排采設備造成很大的影響。由于煤層氣井產水量較小,液流速度比較慢,進入泵筒的煤粉等固體顆粒就會對泵筒及柱塞造成磨損,嚴重時會出現卡泵現象,影響煤層氣井的正常生產。在排采過程中氣體的存在也會影響排采設備,影響閥的正常工作,使泵效降低,甚至出現“氣鎖”現象。

針對上述存在問題,為了防止排采過程中由于停抽而導致的煤粉卡泵,同時為了解決煤粉沉積在井底導致撈砂工作量的增加,研究設計了沉砂防氣泵。該泵具有防煤粉與防氣體影響的雙重作用,可以防止停抽時煤粉卡泵現象的發生,同時還可以通過環形閥進行氣液置換,減少氣體的影響,提高排采效率。

2 結構特點及工作原理

2.1 結構

沉砂防氣泵的結構如圖1所示,主要由三部分組成：

(1)環形閥裝置由防砂帽、環形閥罩、環形閥、環形閥座、環形閥接頭、定位爪簧等組成。

(2)管式泵由帶有防砂槽的柱塞、泵筒、游動閥、固定閥等組成。

(3)分流接頭部分由沉砂管、過橋接頭等組成。

圖1 沉砂防氣泵結構示意圖

2.2 特點

(1)環形閥裝置的設置,可以起到減輕氣體影響和防止氣鎖的作用 (如圖2所示);

圖2 環形閥裝置結構示意圖

(2)沉砂管與過橋接頭的設計,可以避免由于固體顆粒堆積在泵筒內而加劇泵的磨損和卡泵現象的發生。過橋接頭的特點是將進液孔和沉砂孔完全隔離開,互不干擾,當進液口有液體吸入時,不會影響到沉砂孔里的固體顆粒 (如圖3所示)。

圖3 分流接頭結構示意圖

2.3 工作原理

上沖程時,環形閥首先開啟,油管內的液柱壓力轉壓到游動閥上,游動閥關閉,固定閥打開,氣液混合物進入柱塞下部的泵筒空間內。下沖程時,環形閥立即關閉,此時油管內的液柱壓力就轉壓到環形閥上,游動閥迅速打開,氣液混合物進入柱塞與環形閥之間的泵筒空間內。拉桿帶動柱塞繼續下行,下沖程將要結束時,拉桿縮徑部分與環形閥之間形成通路,環形閥上部的液體會通過通道進入柱塞上部空間,氣體被置換出去,減小了氣體的影響。

當細小的煤粉顆粒隨氣液混合物一同進入泵筒后,由于煤層氣井排量小,液流速度比較慢,大部分煤粉不能隨液體一同排出,在重力的作用下通過沉砂孔經過沉砂管沉降到下部的沉砂尾管,在起管柱時一同起出。

圖4 HY19-10井施工前示功圖

3 現場應用情況

根據沉砂防氣泵的結構特點及煤層氣井的排采情況,2009年12月13日,煤層氣公司華堯19-10井進行檢泵作業,下入沉砂防氣泵恢復生產,以下是該井施工前后的示功圖 (見圖4、5、6)及生產參數情況分析 (見表1)。

通過對HY19-10井施工前后示功圖及生產參數對比分析發現,該井檢泵前排采設備泵在煤粉及氣體的影響下工作不正常。下入沉砂防氣泵后,該泵在井下運轉正常,沒有出現砂卡、氣鎖等現象。

圖5 HY19-10井施工后 (20091220)示功圖

圖6 HY19-10井施工后 (20100809)示功圖

表1 HY19-10井施工前后生產參數對照表

4 結論

通過現場應用證明,沉砂防氣泵在結構上設計合理,簡單實用,工作可靠,現場應用效果明顯,能夠有效的減少煤粉及氣體影響,減少了檢泵作業和撈砂工作量,提高排采效率,降低綜合作業成本。沉砂防氣泵的開發應用,為煤層氣井排采提供了一種技術手段,豐富了煤層氣排采工藝技術。

[1] 羅英俊,萬仁薄.采油技術手冊 (第三版) [M].北京：石油工業出版社,2005.

[2] 云門油田分公司機械廠.G B/T1807-2001抽油泵及其組件規范.北京：中國標準出版社,2001.