煤層氣井作業(yè)地質(zhì)施工設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

鄭 元 靜

(泰安市建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000)

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煤層氣井作業(yè)地質(zhì)施工設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

鄭 元 靜

(泰安市建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000)

介紹了煤層氣井下作業(yè)故障的原因，分析了沁水地區(qū)泵故障、煤層吐砂、抽油桿斷脫三種井下作業(yè)故障的周期與影響因素，并探討了對(duì)應(yīng)的解決方法，旨在延長(zhǎng)煤層氣井作業(yè)周期。

煤層氣井，井下作業(yè)，泵故障，抽油桿

為延長(zhǎng)煤層氣井作業(yè)周期，保證排采連續(xù)進(jìn)行，研究了井下作業(yè)的原因，并在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化井下作業(yè)地質(zhì)設(shè)計(jì)，有效指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)，并受到了較好的經(jīng)濟(jì)效益。以下就此問(wèn)題展開(kāi)詳細(xì)的論述。

1 作業(yè)原因分析

煤層氣井下作業(yè)原因有12種，分別是卡泵、砂埋、泵漏失、抽油桿斷脫、井口整改、灌水壓井、解堵、換泵、油管漏、壓力計(jì)維修、加深人工井底及套管變形[1-4]。

其中，泵故障(卡泵和泵漏失)、煤層吐砂、抽油桿斷脫是沁水地區(qū)井下作業(yè)的三大主要原因。本文分析了這三種井下故障周期長(zhǎng)短及其影響因素，并找到了延長(zhǎng)其周期相關(guān)辦法。

2 泵故障

泵故障導(dǎo)致的井下作業(yè)占43.8%，是沁水地區(qū)井下作業(yè)的第一大原因。泵問(wèn)題包括卡泵和泵效低兩種，其中卡泵指煤粉、煤泥或粉砂等固體物質(zhì)在泵筒內(nèi)沉淀，將柱塞卡死在泵筒里的現(xiàn)象；泵效低指泵漏失或繞絲篩管被埋導(dǎo)致實(shí)際出液量遠(yuǎn)小于理論出液量的現(xiàn)象，下面將分別對(duì)卡泵和泵漏失兩種井下故障進(jìn)行分析。

沁水地區(qū)2014年共卡泵184井次，其中斜井泵/自潔泵卡泵162井次，下面主要分析斜井泵/自潔泵卡泵周期及其影響因素。

開(kāi)發(fā)層系以單采11號(hào)煤為主，這一地區(qū)存在最大的問(wèn)題是煤層產(chǎn)液能力低，無(wú)法將進(jìn)入泵筒的煤粉等雜質(zhì)帶至井口，致使油管內(nèi)壁及抽油桿表面結(jié)垢十分嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了桿和油管的安全使用壽命。針對(duì)這一問(wèn)題，目前采取間抽的辦法，將部分煤粉攜帶至地面。但這一辦法無(wú)法從根本上解決油管和抽油桿結(jié)垢這一問(wèn)題。泵效低的原因有凡爾表面沾滿煤泥而封閉不嚴(yán)導(dǎo)致泵漏失、繞絲篩管被煤泥或砂等固體物質(zhì)埋住導(dǎo)致液體無(wú)法進(jìn)入泵及泵自身質(zhì)量問(wèn)題，其中凡爾封閉不嚴(yán)是導(dǎo)致泵效降低主要原因。泵效低井下故障主要出現(xiàn)在煤層大量出煤泥或吐砂的地區(qū)，薛峰北地區(qū)單采11號(hào)，煤層大量出煤泥，煤泥附著在凡爾表面，導(dǎo)致泵封閉不嚴(yán)，對(duì)于這一問(wèn)題，主要采用碰泵的方式將凡爾表面煤泥震動(dòng)掉，這一方法并不能從根本上解決泵效低這一現(xiàn)象。目前已要求泵廠家從泵材質(zhì)入手，使用特殊材料，使煤泥不能粘在凡爾上。對(duì)于那些因砂埋而泵效降低的，只能定期進(jìn)行撈砂作業(yè)，防止砂埋管柱這一現(xiàn)象。部分煤層氣井開(kāi)抽前停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致井筒內(nèi)雜質(zhì)沉淀到泵筒內(nèi)，開(kāi)抽后不久即出現(xiàn)卡泵現(xiàn)象。對(duì)于新投產(chǎn)的井，下泵前一定要將井清洗干凈，泵下井后要及時(shí)開(kāi)抽，防止煤粉及其他固體物質(zhì)沉淀。

3 煤層吐砂

3.1 砂埋問(wèn)題的嚴(yán)重性

砂埋指煤層壓裂砂(或煤泥、粉)返吐，在井底堆積，砂面逐步上升，直至將沉砂管、繞絲篩管、泵甚至油管埋住的現(xiàn)象。62口井出現(xiàn)砂埋管柱現(xiàn)象，共123井次，其中砂埋1次的井36口，砂埋2次的井10口，砂埋3次的井7口，砂埋4次的井3口，砂埋5次的井4口，砂埋6次及8次的井各1口。

壓裂砂滲透性較好，砂埋管柱初期，煤層氣井產(chǎn)液與產(chǎn)氣能力變化較小，難以發(fā)現(xiàn)。待煤層氣井產(chǎn)液與產(chǎn)氣明顯變少時(shí)，砂埋管柱高度已經(jīng)非常大，造成管柱上提非常困難，容易導(dǎo)致常規(guī)井下作業(yè)轉(zhuǎn)變成大修，不僅增加了費(fèi)用還嚴(yán)重?fù)p傷了煤層。

3.2 易吐砂井相關(guān)建議

1)加強(qiáng)排采管理，嚴(yán)格控制日產(chǎn)液與日產(chǎn)氣變化量。對(duì)于產(chǎn)氣井，日產(chǎn)氣變化量要控制在50 m3以內(nèi)，使煤層內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)保持穩(wěn)定，從而降低煤層吐砂速度；

2)加強(qiáng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析，及早發(fā)現(xiàn)井下異常狀態(tài)：定期測(cè)試功圖，判斷煤層供液情況，并結(jié)合日產(chǎn)液、日產(chǎn)氣、套壓、動(dòng)液面四參數(shù)分析井下情況，盡早發(fā)現(xiàn)砂埋管柱現(xiàn)象；

3)依據(jù)煤層氣井生產(chǎn)特點(diǎn)，建立正常的井下作業(yè)周期，定期作業(yè)。對(duì)于控制與限制排采階段的煤層氣井，適當(dāng)縮短井下作業(yè)周期，以免砂埋管柱；

4)對(duì)于砂埋的井，作業(yè)過(guò)程中嚴(yán)格限制上提噸位，以免將油管或泵拔斷。

4 抽油桿斷

4.1 抽油桿斷原因分析

抽油桿斷脫的原因有疲勞斷裂、機(jī)械磨損、電化學(xué)腐蝕與外力拉斷，其中疲勞斷裂與機(jī)械磨損是最主要原因。通過(guò)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致抽油桿斷的主要原因有桿柱設(shè)計(jì)不合理(10%)、桿管偏磨(73%)和化學(xué)腐蝕(17%)三種。

桿管偏磨是由于上下沖程中抽油桿與油管相互接觸、摩擦導(dǎo)致物理磨損，主要形式有幾何偏磨和失穩(wěn)偏磨。幾何偏磨，是由于井身軌跡的原因，如井斜、撓曲等，造成抽油桿與油管接觸，相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成偏磨。失穩(wěn)偏磨，是抽油桿在下沖程運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于底部受到阻力，抽油桿柱失穩(wěn)彎曲，導(dǎo)致桿柱與油管接觸，長(zhǎng)時(shí)間摩擦，造成桿斷，此類斷桿約占73%。煤層水中通常含有H2S,Cl-,CO2以及細(xì)菌等，這些化學(xué)物質(zhì)將對(duì)桿、管產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，造成桿斷脫，此類斷桿約占17%。

疲勞斷裂指抽油桿在交變載荷重復(fù)作用下出現(xiàn)裂紋并被拉斷的現(xiàn)象，它一般發(fā)生在抽油桿本體處，其典型特征為斷面平滑，且軸面垂直，外壁無(wú)明顯磨損現(xiàn)象。疲勞斷裂的主要影響因素有累計(jì)使用時(shí)間、載荷(井深)、沖次及抽油桿材質(zhì)。

機(jī)械磨損指抽油桿上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與油管接觸磨損的現(xiàn)象，它在抽油桿接箍和本體處均可能發(fā)生。抽油桿發(fā)生機(jī)械磨損后，接箍變薄，本體變細(xì)，其抗拉強(qiáng)度降低，因而較易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。機(jī)械磨損主要受載荷(井深)、井身質(zhì)量及沖次等因素影響。

油管內(nèi)所充滿的地層水不僅具有一定的礦化度，還含有較多的煤粉、煤泥及其他固體顆粒，因此易在抽油桿表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而不斷腐蝕抽油桿。此外，地層水溶解有一定量的H2S，形成酸性溶液，與抽油桿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而腐蝕抽油桿。抽油桿被腐蝕后，表面會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。地層水電化學(xué)腐蝕能力取決于地層水礦化度、固體物質(zhì)及酸性氣體含量。

外力拉斷抽油桿是指煤層氣井出現(xiàn)卡泵故障時(shí)，作業(yè)隊(duì)上活動(dòng)解卡時(shí)拉力過(guò)大，將抽油桿拉斷，它具有明顯的縮徑現(xiàn)象。抽油桿能夠承受的拉力是一定的，要嚴(yán)格限制抽油桿上提時(shí)的拉力，堅(jiān)決杜絕人為拉斷抽油桿現(xiàn)象。

4.2 抽油桿斷解決辦法

1)加強(qiáng)井下作業(yè)管理，提高井下作業(yè)質(zhì)量，這是延長(zhǎng)抽油桿斷脫周期的最根本途徑。煤層氣井活動(dòng)解卡時(shí)，嚴(yán)格限制上提噸位，以免將抽油桿人為拉斷或拉變形。管柱提出后，需逐根檢查抽油桿磨損情況，對(duì)于磨損中等及嚴(yán)重的抽油桿必須予以更換。

2)嚴(yán)把管桿設(shè)計(jì)，不斷提高設(shè)計(jì)水平。對(duì)于新投產(chǎn)的井，依據(jù)井身質(zhì)量下注塑桿、桿間扶正器與滾輪扶正器；對(duì)于修井作業(yè)的井，要依據(jù)上提出來(lái)的抽油桿磨損情況完善設(shè)計(jì)。

3)建立煤層氣井定期測(cè)試功圖的制度，及時(shí)掌握煤層氣井載荷變化情況。目前各排采隊(duì)能夠使用的功圖儀數(shù)量較少，其使用較混亂，僅對(duì)部分重點(diǎn)井不定期測(cè)功圖，這使得大部分煤層氣井測(cè)試周期較長(zhǎng)且無(wú)規(guī)律。因此需要依據(jù)煤層氣井生產(chǎn)特點(diǎn)建立定期測(cè)試功圖的制度，發(fā)現(xiàn)實(shí)際載荷的動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，從而準(zhǔn)確判斷煤層氣井井下?tīng)顟B(tài)。

4)對(duì)于產(chǎn)水量大高沖次排采的煤層氣井，要換大泵或?qū)_程調(diào)大，從而在不影響日產(chǎn)水量的前提下降低沖次。在抽油機(jī)載荷及發(fā)電機(jī)動(dòng)力可以承受的前提下，將那些深井抽油桿全部換成19 mm抽油桿。

5 結(jié)論與建議

1)加強(qiáng)井下作業(yè)原因分析，依據(jù)煤層氣井生產(chǎn)特點(diǎn)，建立正常的井下作業(yè)周期，定期作業(yè)，這是減少大修作業(yè)次數(shù)和降低井下作業(yè)對(duì)煤層傷害的最現(xiàn)實(shí)的手段；

2)加強(qiáng)井下作業(yè)監(jiān)督，提高井下作業(yè)質(zhì)量，這是延長(zhǎng)井下作業(yè)周期的最直接方法；

3)加強(qiáng)排采管理，保證煤層氣井連續(xù)、穩(wěn)定排采作業(yè)，這是減少井下作業(yè)次數(shù)的最重要的方法；

4)嚴(yán)把設(shè)計(jì)關(guān)，結(jié)合井下作業(yè)過(guò)程中反映出的問(wèn)題不斷提高設(shè)計(jì)水平，杜絕因設(shè)計(jì)原因?qū)е戮伦鳂I(yè)周期變短的現(xiàn)象；

5)加強(qiáng)物資管理，新設(shè)備尤其是泵在試用無(wú)問(wèn)題前，嚴(yán)禁批量使用；

6)對(duì)于新設(shè)備、新技術(shù)和新技術(shù)試驗(yàn)，要提前選好井，待該井井下需作業(yè)時(shí)再進(jìn)行試驗(yàn)。

[1] 李穎川.采油工程[M].北京：石油工業(yè)出版社,2002.

[2] 顧尚洪.抽油桿柱設(shè)計(jì)方法剖析[J].石油鉆采工藝,1989(4)：5-6.

[3] 王海斌.抽油桿受力分析及優(yōu)化管理[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào),2004,26(4)：103-104.

[4] 張兆順,崔桂香.流體力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社,1999.

On optimal design for geological construction of coal-bed gas well

Zheng Yuanjing

(ArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd,ofTai’anCity,Tai’an271000,China)

The paper introduces the reasons for the default at the construction of the coal-bed gas well, analyzes the cycle for the default and influential factors from the pump default in Qinshui Area, sand from coal-bed, and disconnect of sucker rod, and explores the respective solutions, so as to prolong the construction period of the coal-bed gas well.

coal-bed gas well, construction under well, pump default, sucker rod

1009-6825(2017)13-0075-03

2017-02-27

鄭元靜(1981- )，男，工程師

TD163

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