煤層氣單井筒大斜度水平井螺桿泵舉升工藝優化

吳 鵬

（中石油煤層氣有限責任公司，北京 100028）

煤層氣單井筒大斜度水平井螺桿泵舉升工藝優化

吳 鵬

（中石油煤層氣有限責任公司，北京 100028）

煤層氣開采需要專用的井下舉升工藝設備通過排水降壓實現，隨著煤層氣產業的不斷發展，生產井型逐漸多樣化，井深結構逐漸復雜化，其中大斜度水平井排采成為近幾年的生產難點。通過介紹兩種螺桿泵舉升工藝技術創新及應用效果，有效克服了煤層氣大斜度水平井生產難題，為增強螺桿泵舉升工藝的覆蓋面和新型單井筒水平井生產配套措施提供了有效技術支撐。

煤層氣；單井筒；水平井；大斜度；螺桿泵

多分支水平井是集鉆井、完井和增產措施于一體的生產井型，是開發低壓、低滲煤層的主要手段之一，具有技術含量高和鉆井風險大的特點。隨著國外水平井技術的引進或受區域限制無法實施生產直井時，新型單井筒大斜度水平井和L型水平井逐漸誕生，該井型集工程和生產于一體，減少了鉆前成本和壓力，分支井眼穩定性更強。

1 煤層氣單井筒大斜度水平井生產難點

單井筒大斜度水平井和L型水平井的應用推廣，降低了前期的工程成本，但導致了后期生產難度的大幅增加：大斜度井眼軌跡制約了設備選型和后期設備運行，井斜角趨于水平、全角變化率（狗腿度）大，部分井型套管尺寸偏小，舉升工藝設備存在通過性不足、管桿偏磨嚴重、設備運行周期短的問題；受單井筒影響，水平或趨于水平狀態下，舉升工藝設備井下氣液分離器效果差，導致管柱串氣嚴重，無法形成有效降壓和連續生產，同時給地面運行增加隱患；同時存在煤層氣水平井的生產通病，出煤粉嚴重，卡泵頻次較高的問題。

以上問題嚴重制約了新型單井筒大斜度水平井和L型水平井的排采生產效果。為了克服上述問題，通過從舉升工藝及設備改良方面進行不斷的試驗和創新，研究出兩種螺桿泵舉升工藝及配套設備設施，在煤層氣單井筒大斜度水平井中取得了良好的排采應用效果。

2 煤層氣單井筒大斜度水平井螺桿泵舉升工藝及配套技術

2.1 電潛螺桿泵配套導流罩技術應用

為了避免大斜度井眼驗軌跡對管柱偏磨的影響，優選了電潛泵作為主力舉升設備。相對于電潛離心泵而言，電潛螺桿泵又具有更強的砂煤容忍度、更廣的流量控制范圍、更小的壓力脈沖，能有效降低卡泵風險、減小地面生產的難度，避免在水平井眼中形成脈沖效應，對煤層氣水平井排采而言具有更強的適用性。

電潛螺桿泵材質的不同極大地影響設備的運行效果和使用周期，通過參考山西某區塊在長期生產過程中70余口井150套常規國產及進口單螺桿泵的使用效果，通過統計對比發現，進口螺桿泵的平均使用周期是國產螺桿泵的2倍以上，具有更強的穩定性。

通過在大斜度水平井中實驗比對國產電潛螺桿泵和進口電潛螺桿泵，國產電潛螺桿泵運行周期短，僅69d，電機、保護器故障率高，煤粉卡泵頻次較高；進口電潛螺桿泵設備運行穩定，目前已連續運行380d。通過長期使用分析和現場試驗對比，優選了進口電潛螺桿泵作為大斜度水平井主要舉升設備。

單井筒大斜度水平井生產過程中，氣體對管柱影響較為嚴重，為了增強井下氣液分離效果，創新試驗了井下倒置導流罩裝置，倒置導流罩頂端通過內置懸掛器懸掛于生產油管接箍，底端安裝密封短節與電機本體形成密封，實現氣液n型流動達到分離效果，成功克服了氣體對生產管柱的影響。通過現場試驗，倒置導流罩頂端在位于井斜角75°～80°位置時，既能夠滿足煤層氣排采井壓降漏斗的擴散面積，又能夠有效實現井下氣液分離，進一步完善了電潛螺桿泵工藝在單井筒大斜度水平井中的應用效果。

2.2 頂驅螺桿泵配套導向器技術應用

頂驅螺桿泵舉升工藝多用于生產直井，大斜度水平井中由于全角變化率較大，當抽油桿在井中旋轉工作時，在狗腿度較嚴重的部位其彎曲程度嚴重，摩阻及附加彎矩較大，往往導致管柱磨穿造成生產中斷。但受井況或工程因素的影響，部分水平井只能使用頂驅螺桿泵舉升工藝。為了克服頂驅螺桿泵在大斜井中管柱偏磨的問題，系統優化了抽油桿防偏磨配置，通過ANSYS 有限元軟件的計算，在抽油桿柱上接觸力較大，接觸較嚴重的部位施加抽油桿扶正器，在全角變化率＞4°/30m 的情況下，接觸力嚴重，抽油桿扶正器難以減少偏磨，在安裝扶正器的條件下，加裝抽油桿導向器，能夠有效降低抽油桿附加彎矩。通過模擬計算，安裝導向器后抽油桿與油管平均接觸力較安裝前降低達70%，大幅減輕了抽油桿柱與油管壁之間的摩擦與磨損，提高了油管抽油桿的使用周期。

現場通過在全角變化率＞3°/30m的井段加裝導向器，＞7°/30m的井段加裝2只導向器，并配合使用抽油桿旋轉扶正器及尼龍卡式扶正器的組合方式，成功將頂驅螺桿泵應用于平均全角變化率6.76°/30m，最大全角變化率11.67°/30m的5 1/2”生產套管的大斜度水平井中，且在運行一年后起出管桿檢查磨損情況，除少量扶正器輕微磨損外，導向器及油管桿完好無損，進一步驗證了頂驅螺桿泵配套導向器技術的適用性和可靠性。

3 結語

通過創新電潛螺桿泵配套導流罩技術，有效克服了煤層氣大斜度水平井的生產難題，對目前采用的單井筒大斜度水平井和L型水平井的后期生產具有較強的推廣價值，同時通過優化頂驅螺桿泵配套導向器工藝技術，大幅度增強了頂驅螺桿泵技術的工藝覆蓋面，為各類生產井型舉升工藝優化提供了更多的思路和選擇。

[1] 李恒.氣井井下氣水分離技術研究[D].東營：中國石油大學（華東），2006.

Optimization of Lifting Technology for Screw Shaft Pump With Single Gradient Well of Coalbed Methane

Wu Peng

With the development of coalbed methane industry，the production wells are gradually diversified and the well depth structure is gradually complicated.In this case，the high-level horizontal wells are In recent years the production of difficult.In this paper，two kinds of screw pump lift technology innovation and application effect are introduced，which effectively overcomes the production problems of the high level of coalbed methane horizontal well，which is effective for enhancing the coverage of the screw pump lifting process and the new single well horizontal well production supporting measures Technical Support.

coalbed methane；single wellbore；horizontal well；large inclination；screw pump

P618.13

A

1003-6490（2017）12-0053-02