沁水煤層氣田L(fēng)型水平井防竄氣技術(shù)研究

田 江 霸 振 陳志鑫 王 碩 劉方成 李 城

(1.中國石油股份有限公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司， 山西 048000;2.河北華北石油天成實業(yè)集團(tuán)有限公司， 河北 062552)

1 引言

隨著煤層氣事業(yè)的發(fā)展，以往直井和定向井的井位布局已被舍棄，產(chǎn)生了大井場多口井臺的布井思路，形成了大斜度叢式井、U型井、L型等井型。

華北油田山西煤層氣勘探開發(fā)分公司(以下簡稱分公司)在沁水盆地煤層氣田投產(chǎn)的L型水平井，全部采用水力管式泵或同心管射流泵的無桿排采工藝；在排采初期，不同程度出現(xiàn)竄氣現(xiàn)象，通過安裝流量計測試，損失氣量瞬時值為24～40m3/h，折算氣量576～960m3/d；不僅影響了排采設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，而且降低了公司的商品總氣量。

2 L型水平井竄氣原因分析

2.1 L型水平井基本情況

分公司已投產(chǎn)的18口L型水平井中，7口井使用水力管式泵排采，累計日產(chǎn)氣約1.5萬m3，累計日產(chǎn)水7.9m3(表1)。

表1 水力管式泵排采基本情況

11口井使用同心管射流泵排采，累計日產(chǎn)氣約1.1萬m3，累計日產(chǎn)水99m3(表2)。

表2 同心管射流泵排采基本情況

2.2 竄氣原因分析

2.2.1 管柱結(jié)構(gòu)影響

L型井在鉆井完成后，全部采用底部開口的管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行排采，排采管柱最下端端吸入口位;于生產(chǎn)井垂深最深處的下傾井段，隨著排采時間的延長，當(dāng)煤層氣解析后，氣體會直接從吸入口進(jìn)入泵工作筒，見圖1，此時氣量越大，進(jìn)入泵筒的氣體越多，泵組受影響越大，同時排采泵組的抽吸作用也會加劇氣體的進(jìn)入量。

圖1 管柱結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 井底流壓的影響

隨著排采時間的繼續(xù)延長，井底流壓逐步減小，動液面也會隨之降低，當(dāng)生產(chǎn)井進(jìn)入控壓產(chǎn)氣階段，此時井底流壓已降低至與井口套壓接近或基本持平，此時井筒動液面位于排采管柱的進(jìn)液口位置，泵筒沉沒度為零，甚至為負(fù)值，氣體從進(jìn)液口進(jìn)入排采管柱，產(chǎn)生竄氣。

3 防竄氣措施研究

3.1 優(yōu)化井筒工藝

本著如下原則，優(yōu)化井筒工藝。首先，保證井筒內(nèi)有充足的安全空間，在管柱下放、上提過程中順暢，不遇阻；其次，保證順暢的氣液通道，避免井下壓力計等井下工具不受損壞。

優(yōu)化工藝如下：

(1)在排采管柱中，設(shè)計并下入氣液分離裝置，即在管柱結(jié)構(gòu)中加入插入式水平氣錨(圖2)。

①結(jié)構(gòu)組成

倒錐絲堵+尾管×20m+篩管×2m(D48mm小油管×9.5m置于篩管內(nèi))；

②篩管孔徑

射流泵：2mm繞絲篩管；

無桿管式泵：8mm圓孔篩管。

利用重力偏心旋轉(zhuǎn)的原理控制打孔部位的朝向，使中心管的進(jìn)液口始終朝下。

③進(jìn)液口位置

進(jìn)液口置于井斜小于90°的井段(87°～90°)，呈下傾狀態(tài)；小油管有8m長度位于尾管中，在井筒中進(jìn)液口和篩管垂深相差0.5～1m左右，利用垂深差(重力作用)達(dá)到較好的氣液分離效果。

圖2 插入式水平氣錨示意圖

(2)根據(jù)鉆井井眼軌跡和井斜角變化率，選擇較平滑的井段下泵，防止井斜變化較大導(dǎo)致管柱無法下放至指定位置，發(fā)生二次事故。

圖4 M12井排采曲線圖

4 現(xiàn)場應(yīng)用

插入式氣錨已在全部18口L型水平井中應(yīng)用，對于采用水力管式泵的L型水平井，同時精確設(shè)置洗井時間，水管線只有極少量氣泡，竄氣影響排采現(xiàn)象消失。

對于采用射流泵排采的L型水平井，同時優(yōu)化自動化控制程序后，竄氣問題也得到解決，例如M12井，排采曲線見圖4，通過水箱上加裝的氣體流量檢測儀測試，瞬時由24～40m3/h降為0m3/h,單井日產(chǎn)氣量從134m3到目前的1899m3，并且穩(wěn)步提升。

[1] 李景明,巢海燕,李小軍,等.中國煤層氣資源特點及開發(fā)對策[J].天然氣工業(yè),2009(04).

[2] 李文陽,等主編.中國煤層氣地質(zhì)評價與勘探技術(shù)新進(jìn)展[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.

[3] 張洪,何愛國,楊風(fēng)斌,等.“U”型井開發(fā)煤層氣適應(yīng)性研究[J].中外能源,2011(12).

[4] 郭大立,貢玉軍,李曙光,等.煤層氣排采工藝技術(shù)研究和展望[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012(02).

[5] 孟慶春,左銀卿,周叡,等.沁水盆地南部煤層氣水平井井型優(yōu)化及應(yīng)用[J].中國煤層氣,2010(06).