某區塊煤層氣田井下作業因素分析

王 娟 (西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

王 濤 (塔里木油田分公司勘探開發研究院，新疆 庫爾勒 841000)

楊賢軍 (延長油田青平川采油廠勘探開發研究所，陜西 延安 717200)

楊 敏，姬 江 (西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

某區塊煤層氣田井下作業因素分析

王 娟 (西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

王 濤 (塔里木油田分公司勘探開發研究院，新疆 庫爾勒 841000)

楊賢軍 (延長油田青平川采油廠勘探開發研究所，陜西 延安 717200)

楊 敏，姬 江 (西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

隨著煤層氣井排采時間的增長，氣井井況日趨變差，排采制度不合理及抽采設備等因素使煤層氣井不能正常生產。為了恢復產能，井下作業顯得越來越重要。分析某區塊井下作業現狀，總結出井下作業原因主要有3個方面：卡泵、抽油桿斷脫及油管漏。對這3個方面進行綜合分析，總結出導致煤層氣井井下作業的3個主要因素：排采制度、管柱設計方案和地層水的腐蝕作用。最后針對這3個影響因素，從排采制度、管柱設計方案和管桿質量等方面提出了相應的改善措施。

井下作業；卡泵；抽油桿斷脫；油管漏

井下作業嚴重的影響煤層氣井的穩定、連續排采，同時增加了生產成本。據統計，研究區煤層氣井的井下作業周期為13個月，分析井下作業原因，有利于預防井下事故，減少井下作業次數，保證連續排采，實現煤層氣井的高效開發。

1 井下作業現狀及原因分析

對研究區煤層氣井井下作業情況進行統計分析，認為造成研究區井下作業的原因有多種，但主要的為卡泵、抽油桿斷脫和油管漏3種。

1.1卡泵

分析研究區卡泵井主要表現為2種：一是當產水量過大時，煤粉被帶入泵筒內，快速運動的柱塞與煤粉“接觸”的幾率增大，長時間導致柱塞運動速度減慢或卡死；二是產水量小引起的煤粉沉淀性卡泵，由于煤粉不易被外排水攜帶排出，在泵筒內沉淀，長時間導致固定凡爾被堵死或柱塞與煤粉“接觸”引起桿柱上行遇阻而卡泵。

1.2抽油桿斷脫

總結抽油桿斷脫的原因主要有3個：疲勞斷脫、機械磨損和地層水腐蝕作用。

1)疲勞破壞斷脫 隨抽油桿使用時間增長、排采沖次過大及抽油桿在足夠大的交變載荷重復作用下，抽油桿外形突或表面刻痕等部位出現裂紋并被拉斷的現象。分析X-1井起出抽油桿，其典型特征為斷面平滑且軸面垂直，外壁無明顯磨損現象[1]。現場反饋材料表明，抽油桿斷裂明顯發生在泵上0～400m位置，主要是因為下沖程時，抽油桿下端受向上的浮力和桿柱整體向下的力，收壓后，迫使抽油桿失穩彎曲，增大了扭力和摩擦力。抽油桿下部在不對稱的交變循環載荷作用下，抽油桿下部出現斷裂的幾率相對要高。

2)機械磨損 機械磨損指抽油桿上下運動過程中與油管接觸磨損的現象(見圖1)，在抽油桿接箍處和本體均可能發生。管柱結構不合理和井斜角偏大均是導致抽油桿偏磨的重要原因[2]。直井在上沖程時抽油桿管柱失穩晃動與油管產生摩擦，在下沖程時抽油桿底部受壓彎曲，與油管之間產生偏磨。定向井在井斜較大的拐點處由于油管彎曲，較易在上下沖程運動時抽油桿接箍及抽油桿本體與油管產生機械磨損。

3)腐蝕的影響 水質礦化度的高低與其腐蝕性緊緊相關，地層水的礦化度越高，對抽油桿的腐蝕性就越強。水樣分析化驗表明，研究區內水礦化度介于10000～50000mg/L之間，屬強礦化度水質。當抽油桿材質受到碰撞、敲擊、彎曲后，防腐表層破壞，抽油桿上外露的基本金屬被腐蝕形成蝕點，蝕點部位容易產生應力集中導致斷裂。

1.3油管漏

全角變化率較大、管柱設計不合理及地層水腐蝕是造成研究區油管漏的主要因素。

1)全角變化率較大 全角變化率較大時，在油套管環空中，油管是彎曲的，抽油桿與油管相互接觸是不可避免的。在“狗腿”處，抽油桿柱上下沖程運動時，在重力和柱塞液柱載荷的作用下抽油桿接箍與油管內壁產生摩擦，導致油管內壁變薄產生裂縫引起漏失[3]。

2)管柱設計不合理 管柱設計不合理也是導致油管短期內出現裂縫漏失的主要原因。在近井口井段，由于抽油桿柱重力的影響，一直處于受拉狀態，因該井段與井口的同心度一般較好[4]，發生偏磨的幾率較小。對于定向井，中部井段的造斜段井斜變化較大，易發生偏磨。

3)地層水腐蝕 強礦化度地層水會引起油管不同程度的腐蝕。腐蝕作用現已對部分井的管柱產生了嚴重影響，不僅縮短了煤層氣井油管的使用壽命，同時增加了修井費用。

2 井下作業解決方法及防護措施

分析研究區井下作業原因，卡泵屬于泵故障，與煤層產出煤粉和煤泥密切相關，可通過調整排采制度來減少和防止其煤粉產出；抽油桿斷脫和油管漏屬工藝范疇，可通過優化管柱設計來減少偏磨。

2.1排采因素

針對研究區卡泵井，可按產水量的大小將其分為2類以防止卡泵：大水量卡泵(日產液量大于10m3/d)和小水量卡泵(日產液量大于5m3/d)。可通過快慢抽結合制度，計算油管內水量徹底外排一次所用的時間，有效地進行快慢抽精細作業，將泵筒內煤粉、煤泥盡量排出地面。

1)產液量大于10m3/d 可每天定時定量安排慢抽，使泵筒、環套空間內水中的煤粉沉淀和較大粒徑的煤粉顆粒難以進入篩管和泵筒，降低了進入篩管、泵筒水中煤粉的含量；恢復至之前產水量后，因慢抽滯留在泵筒或篩管外的煤粉將被正常大水量攜帶流出。如此反復抽排，一方面煤粉進入泵筒的量得到了控制，另一方面泵筒內煤粉被盡量排出地面，有效防止了卡泵作業的發生。如X-2井供液指數較強，該井容易出現泵效降低的現象，之前采取每天快抽和不定期碰泵的方法，但效果不明顯。從2012年2月14日，通過計算開始執行每天上午以產水量11.89m3/d慢抽4h的排采制度，經過1個月的試驗觀察，泵效明顯提高(見圖2)，有效的防止了卡泵現象的產生。

2)產液量小于5m3/d 定時進行快抽，以防止因煤粉滯流而不能排出井筒；如果產水量過小可安裝回注，以保持油套環空中水循環，循環中水從井底抽汲出到再次返回到井底產生壓差，利用這個小壓差激動地層，可起到防止煤粉沉淀和疏通地層的作用。回注井須定時將出水管線閥門打開，使長期在油管和泵筒中沉積的煤粉排出，以防卡泵。以研究區X-3井為例(見圖3)，煤粉卡泵是該井修井的主要原因。該井于2011年12月6日安裝回注水裝置，每天定時將泵抽排的水完全外排。液面穩定后以每天0.5m3/d逐漸加大泵抽排的水量，延長了修井周期，保證了排采的連續性。

2.2管柱結構

管柱的設計應針對不同井類型、井段以及管桿受力情況等特點進行設計，具體設計應遵循以下原則：①注塑桿下放遵循上疏下密原則；②在井軌跡拐點處配合使用滾輪扶正器、抽油桿短節及桿間扶正器，以有效的緩解抽油桿柱下部受壓產生的彎曲變形，減少油桿偏磨斷裂；③對大沉沒度井上提泵掛、加大抽油桿與油管之間環空面積、采用高強度抽油桿和簡化管柱等綜合性措施。④根據現場偏磨情況大致判斷出受力中和點的位置，在進行管桿設計時適當地減少中和點以上位置扶正器的使用[5]，具體的管柱結構設計則應根據井的實際軌跡狀況而定。

圖2 X-2井排采曲線圖 圖3 X-3井排采曲線圖

以X-1井為例加以說明。X-1井井修井前設計為井深0～100m：使用?19mm抽油桿，其余井段使用?16mm抽油桿；100～399m：在226、280、343、399m處各加一個滾輪扶正器，226m滾輪扶正器上部加防脫器；399～843m：每10根抽油桿加一根注塑桿。

根據該井現場的偏磨情況與管桿設計原則對該井的管柱結構進行重新設計，因為該井0～250m為直井段，觀察現場偏磨情況，約從160m處開始有偏磨的現象，因此只在144m、200m和248m處分別加1根注塑桿；250～380m之間為造斜段，分別在292、332、372m處各加1個滾輪扶正器，即造斜始點、中點和終點處，該井造斜段較平緩，因此只在滾輪兩端加1根4m短節，其余井段均用8m抽油桿，在短節兩頭各加1個桿間扶正器，目的是增加扶正器的作用范圍同時防止短節接箍偏磨；380～830m之間為穩斜段，因下部井段會因抽油桿與油管彎曲接觸發生偏磨，且越往下偏磨越嚴重，所以結合該井井身軌跡在下半井段每40m加1根注塑桿，往下依次加密。這樣不僅減緩了抽油桿偏磨和油管漏造成的井下作業，也有效延長了檢泵周期。

2.3防腐措施

井下管桿腐蝕是可以控制的，根據氣井的腐蝕特征和生產狀況，選取防腐性油管、抽油桿，并結合加入防腐劑等防腐措施。

3 結論及建議

1)卡泵井可按其產水量大小，利用快慢抽時間公式計算出合理的水量，制定合理的排采制度以防止卡泵作業。

2)管桿偏磨是造成油管漏的主要原因，管桿偏磨受多種因素的影響，包括井軌跡影響及管柱結構等。

3)通過對桿柱系統進行合理的優化設計，能較大程度降低成本，有效地延長抽油桿壽命和油管因偏磨漏的修井周期。同時應積極開展油管腐蝕評價工作，積累更多不同類型氣井油管的實際腐蝕調查資料，從中歸納總結出正確的認識，更好地為防腐措施的制定和調整服務，使防腐工作更科學。

[1]王顯豐,佟雪松.抽油桿斷脫的原因及預防措施[J].化學工程與裝備,2009(9)：75-76.

[2] 蔡俊杰.抽油桿斷脫原因分析[J].西南石油學院學報,2004(1) ：75-78.

[3] 楊芳麗,侯紅武.油管漏失機理分析及對策[J].內江科技,2010(4)：74-75.

[4] 張雄文.井下油管漏失原因分析及對策[J].內蒙古石油化工,2010(8) ：67-68.

[5] 孫國峰,馬金春，張保民，等.抽油桿斷脫原因剖析及防治措施探討[J].中國高新技術企業,2011(11):101-108.

2012-10-26

王娟(1984-)，女，碩士生，現主要從事天然氣地質與開發方面的研究工作。

TE933

A

1673-1409(2013)02-0102-03

[編輯] 洪云飛