帶壓洗泵裝置在煤層氣井排采過程中的應用

張建龍，李特社，張義，王理國

（貴州省非常規天然氣勘探開發利用工程研究中心， 貴州 貴陽 550081）

1 煤層氣排采原理及遵循原則

煤層氣，主要以吸附態賦存于煤巖基質中，只有少量游離態存在于孔隙之中；煤儲層普遍具有低孔、低滲、非均質性強的特點，正是基于它的賦存方式和儲層特征的特殊性導致煤層氣開采技術與常規天然氣開采技術有較大差異。

煤層氣的開采是在儲層改造后，通過排出儲層內的壓裂液及地層水，使儲層壓力不斷降低，當儲層壓力低于煤層臨界解吸壓力時，氣體解吸產出。最終煤層氣井的產氣量主要取決于儲層供氣范圍和壓降幅度，要實現氣井產量的最大化，就需要不斷擴大解吸區域，擴大控制面積。

排采工作需嚴格遵守“連續、緩慢、穩定、長期”的原則。①連續：排采過程中盡量避免工作設備的停機和頻繁更換，保證井底流壓是連續下降的過程；②緩慢：由于煤層本身易出煤粉加之儲層改造加入的細砂、粉砂，要求排采過程必須緩慢，盡量減少煤粉運移，避免砂子運移；③穩定：頻繁的工作制度調整會導致煤儲層內物質發生無規律轉移，甚至使已穩定的通道發生坍塌和堵塞，導致滲透率下降；④長期：煤儲層壓降漏斗的擴大是長期排水壓降的結果，排水時間越長，排水量越多，壓降范圍越大，理論上產氣量就越大。

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，決定了排采過程中煤儲層的供液能力弱，產水量低，尤其對貴州地區來說，在排采中后期，隨著煤層氣產量的增大，煤儲層供液量越來越低，甚至遠低于排采設備最小工作制度下的產水量，此時排出水多為油套環空中的液量，導致油套環空液面快速下降，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則運移，降低滲透率；也不利于壓降漏斗的擴展，只有井筒附近小范圍內壓力得到釋放，產生少部分煤層氣。

由于煤層本身易出煤粉，煤粉對氣井的傷害較大，煤粉進入井筒后，若單井產水量較小，達不到帶出井筒中煤粉的流速，煤粉就容易在井筒內逐漸下降沉積、并粘結成塊，極易堵塞泵筒，嚴重時造成泵漏失，甚至卡泵，一旦卡泵，需要進行檢泵作業，期間耗時較長，違背了“連續”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氣量恢復到檢泵之前。

為了適應較低的儲層供液量，要求排采設備工作制度盡量的小，其實就是要求設備的工作速度盡量的低，但設備的長時間低速運轉，會導致電機的發熱嚴重，為了保護電機，設備會經常性的自動停轉，不利于設備的使用壽命，也違背了“連續”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、穩定”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泵經井口三通向油套環空內注水，同時，調整抽油機沖次提高氣井排液量，通過提高油管內排采水的流速，帶動油管內、泵筒內沉積的煤粉排出地面，達到降低井筒內煤粉濃度，延長檢泵周期的目的；此外，也可以單純的向井筒注液，以穩定和恢復液面。該工藝設備簡單，操作方便，能有效節約人力成本和作業時間。具體工作流程見圖1所示。

圖1 帶壓洗泵設備工作流程圖

3.2 效果分析

（1）減少卡泵風險，延長檢泵周期，實現連續排采

煤層氣排采過程中，當有卡泵征兆或者不出液的的情況發生時，可使用該帶壓洗泵設備，通過邊注水邊快抽的注采平衡方式，加快桿管環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險；定期使用該設備對井筒進行清洗，能有效減少卡泵、延長檢泵周期，實現煤層氣的連續排采。

（2）有效穩定液面，控制流壓降幅，實現緩慢、穩定排采

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，使用帶壓洗泵設備，可以人為向油套環空注水，補充地層供液的不足，使環空中液面穩定下降或者不降，同時也有效控制了井底流壓的下降速度，實現煤層氣緩慢、穩定排采。

4 現場應用

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，進入臨界解吸階段，由于氣體的作用，液體產出量減小，平均0.56 m3/d，由于氣水兩相流的作用，對煤儲層擾動較大，致使產出煤粉嚴重，且該井管柱設計不合理，預留口袋只有4.3 m，產出的煤粉沒有足夠的空間沉積，進入泵筒，而低產水量不足以把進入泵筒內煤粉帶出井口，導致卡泵，在放氣生產僅僅兩周之后，即進行檢泵作業，耗時13天，既消耗了人力財力，又違背了連續排采的原則，檢泵后產氣效果并不理想。

2016年10月30日泵效降低至不出液的現象，通過測示功圖顯示泵筒內存在有固相物，這些固相物的存在引起了砂卡現象發生。當時的產水量僅0.25～0.3 m3/d，液體在油管內向上的流速太低，不能將進入泵筒內的固相物帶出到地面，為了避免再次檢泵施工，因此試驗進行了帶壓洗泵作業。

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；

（2）排量控制—產出水量=注入水量+儲層產水量

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

（3）總量控制—該井桿管環空體積的3倍以上

泵深663.17 m，桿直徑為22 mm，環空容積約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井洗泵前后參數表

洗泵之后，氣井產水量得到有效提高，且不出液現象沒有再出現，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小（0.12 m3/d），即使抽油機最小工作制度（沖程 0.9 m，沖次 0.28 r/min）下，泵效70%，日抽水量0.17 m3/d，為了避免環空液面下降過快，特通過該洗泵設備每日定時定量注液0.05 m，以彌補地層供液的不足，保證液面穩定維持在煤層以上。從產氣及液面下降情況看，使用該設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，穩定產氣量1 000 m3/d左右，且到目前近9個月了，未再發生卡泵修井作業，效果良好。

5 結 論

（1）理論分析，帶壓洗泵設備工藝設備簡單，操作方便，具有延長檢泵周期、穩定液面降幅的效果，能實現煤層氣“連續、緩慢、穩定”排采原則。

（2）針對F2井預留口袋淺，儲層供液能力低，易出煤粉的特點，通過現場實踐應用該帶壓洗泵設備進行洗泵作業，有效控制了流壓降幅，降低了煤粉卡泵風險，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，利用帶壓洗泵設備每日回注水彌補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，穩定產氣量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，延長檢泵周期；針對產液量低，液面和流壓下降較快的氣井，建議使用該設備進行回注水操作，以穩定液面和井底流壓。

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