煤層氣井常規修井作業工藝

魏康強 劉廣景 王小東 馬歆寧 段靜 常風琛

(中聯煤層氣有限責任公司煤層氣研發中心，山西 太原 030000)

煤層氣作為一種新型潔凈能源，是常規天然氣的重要戰略補充[1]。在開采過程中，井下會出現一些故障與問題，如果不能及時發現并處理，會對煤層氣產能造成較大的影響[2]。因此，根據井暴露出來的問題合理地進行修井作業，對于確保煤層氣井正常運作、恢復產量有著重要的現實意義。

1 井下故障類型簡介

在前期的勘探，井位選擇，鉆井，射孔，壓裂，完井等一系列工作完成之后，便進入了煤層氣的排采階段。該階段通過抽排煤層中的承壓水，降低煤層壓力，使煤層中吸附的甲烷氣，即煤層氣釋放出來[3,4]。

在排采過程中，井下會出現各種各樣的問題，如出現負荷重、砂埋、套管出現問題，需要作業隊進行鉆、銑、套、磨，這種情況下通常會選擇大修。除此之外，會選擇小修即常規修井。對于煤層氣井來說，常規作業較為常見。筆者依據常規故障發生后是否產液將其分為兩類，分別是Ⅰ類和Ⅱ類，Ⅰ類故障的外在表現是不產液，主要包括斷脫，卡泵，煤粉包裹凡爾。斷脫意為井下的某一根抽油桿發生斷裂，致使泵停止工作；卡泵一般是煤粉或者煤顆粒進入泵內，把活塞卡死，使其不能工作；還有另外一種原因是煤粉將固定凡爾或者游動凡爾包裹，造成液體漏失，地表停止產液。

當出現Ⅰ類故障時，需要對卡泵、斷脫、煤粉包裹凡爾這三種情況進行區分。首先值得一提的是，卡泵特別明顯，外在表現便是驢頭停止上下運動。然而對于斷脫與煤粉包裹凡爾來說，則需要通過示功圖來進行區分。煤粉包裹凡爾包括三種情況：煤粉包裹游動凡爾、煤粉包裹固定凡爾，煤粉同時包裹游動凡爾與固定凡爾。

Ⅱ類故障的外在表現是產液，但仍需進行修井作業，主要包括泵效低與液面不降。一般來說，泵效的高低需要結合具體的井來分析，并不是泵效低于某個數值才將其稱為泵效低，例如：當一口井的液面已經降至煤層頂板，日產水0.1m3，泵效僅為1%，我們仍然認為該井正常運行；然而當一口井液柱幾十米，日產水0.2m3，泵效為4%，我們亦認為該井在低泵效運行。泵效低的原因有多種，包括：(1)泵本身密封不嚴，出現漏失；(2)泵掛位置較高，造成供液不足；(3)地層供液量減小，原來的泵不適應目前的排采制度；(4)沖次較小，不符合該井的排采制度。對于(4)來說，只需調高沖次即可；而對于(1)(2)(3)來說，則需要進行修井作業。同樣地，液面不降的原因也有多種，包括：(1)泵本身密封不嚴，出現漏失；(2)地層供液量增大，原來的泵不適應目前的排采制度。

2 泵型選擇

修井作業是煤層氣井排采過程中較為常見的一項措施，其中，確定泵的類型與泵掛深度是作業中的重中之重，兩者的選擇將直接影響后續的排采與產量。選泵時需考慮泵效，還要滿足降液需求，對同一口井來說，優先考慮大泵低沖次，目的是盡量延長泵的使用壽命，減少油套連通等故障的發生。泵掛深度通常根據排采時期確定。在排采初期，煤層含有大量的壓裂砂，為避免壓裂砂產出造成砂埋，作業時泵掛位置應位于煤層頂板以上。當進入煤層氣穩產階段，如已確定壓裂砂大部分都已產出，并都已全部清除，可以將泵掛位置放至煤層底板以下[5]。

一般來說，煤層氣井常用的是長柱塞管式泵、桿式泵與螺桿泵。長柱塞管式泵與桿式泵常用的型號均為38mm，44mm，56mm(數值代表柱塞直徑)。相同的是，兩者的柱塞均與抽油桿相連，依靠抽油機上下運動將煤層水抽至地表。長柱塞管式泵優點是結構簡單，價格便宜，排量大，缺點是檢泵作業較為繁瑣，需要將油管與抽油桿全部起出。相比之下，桿式泵作業要簡單一些，僅僅需要將抽油桿起出即可，但桿式泵的價格相對來說要高一些，排量也相對較小。

對于產液量大、液柱降低較難的井，螺桿泵是一種較為理想的選擇。它的主要組成部分是螺桿(轉子)與襯套(定子)。煤層氣行業中常用的是單螺桿泵，然而對于產液量小的井不建議使用，原因是螺桿泵需在供液量充足的井中使用，如果在沒有液體的情況下干磨，會對泵本身造成傷害。

3 修井作業過程

在確定井下故障類型之后，便可以編寫修井方案了，之后作業隊依據該方案進行修井作業。在作業之前，作業隊需將井場布置妥當，即做標準化作業井場，包括拉好警戒線，作業車位置停放得當(輪胎式作業車較為常用，履帶式作業車較為少見)[6]，地錨深度達到要求，搭建油管橋，作業工具準備齊全(包括管鉗、扳手、吊卡、吊環、滑輪車等等)并認真檢查，避免出現不合格工具[7]。前期工作完成之后，需由專人驗收(通常是監理工程師)，驗收合格之后方可開工，如不合格，需要繼續進行整改。

開工之后，先開始卸下驢頭，起原井桿柱，之后進行探砂面，如有砂，確定砂面位置與砂高，匯報甲方后決定是否要撈砂。如要撈砂，便要起出原井管柱，下撈砂泵與撈砂鏟，在下之前，需要檢查撈砂泵底閥活門靈活性砂泵活塞是否好用凡爾密封性等，若有問題不得入井[8]。當撈砂至人工井底后，侯沉1h 后復探砂面，當誤差小于±0.05m 為合格。

此外，清除井內沉砂還有另外一種方式，即沖砂。沖砂分為三種，分別是正沖砂(油管進液套管返液)，反沖砂(套管進液油管返液)，正反沖砂(采用正沖砂的方式沖散砂堵，并使沙粒呈懸浮狀態，然后，迅速改用反沖洗，將泥砂全部帶到地面)。正沖砂沖刺力大，但攜砂能力較弱；反沖砂攜砂能力強，上返速度快，但沖刺力小；正反沖砂集中了正沖砂、反沖砂的優點。

對于沖砂，還要特別說明一點，排采期間的沖砂易對煤層造成傷害。煤層氣井的降壓產氣特征本身就存在應力的傷害，而煤巖在外力作用下易發生變形和碎裂，外來流體極易對煤層的深部造成復合傷害，固相顆粒更易與煤巖發生相互鑲嵌作用，降低煤層的有效滲透率。常規的油管沖砂將打破煤層前期已存在的降壓特征，動液面恢復后重新排采，外來流體對煤層氣的解吸產生附加的外力作用，直接影響煤層氣井的產量和生產有效期。綜上所述，清理井筒沉砂，撈砂是首選。

接下來的工序便是下完井管柱，順序依次是絲堵、沉砂管、篩管、尾管、泵筒、油管、回音標，然后是抽油桿與光桿。之后便要下抽油桿，待所有抽油桿下完之后，碰泵三次，每次探得的深度相同且與泵筒深度相符方為合格，最后再上提合適的防沖距，通常情況下，抽油機井的防沖距為千分之零點七(即1000m 井深上提幅度為70cm)，螺桿泵井的防沖距為千分之一(即1000m 井深上提幅度為1m)。

上提防沖距之后安裝驢頭，連接管線，恢復作業前的標準化井場。至此，整個修井作業全部結束。隨后的幾天里，一般保持低沖次運行，逐步恢復到該井合理的排采制度[9.10]。

4 結語

依據是否產液，將故障井分為Ⅰ類故障和Ⅱ類故障。Ⅰ類包括斷脫，卡泵，煤粉包裹凡爾，卡泵特別容易辨認出來，而斷脫與煤粉包裹凡爾則需要通過示功圖的形狀判斷。煤粉包裹凡爾也包括三種情況：煤粉包裹固定凡爾，煤粉包裹固定凡爾，煤粉同時包裹固定凡爾與游動凡爾。Ⅱ類包括泵效低與液面不降，這兩個問題需要回顧排采歷史，分析具體的排采數據才能得出。

作業前要合理編寫修井方案，布置標準化作業井場，配齊所需工具，并由專人(一般為監理工程師)驗收，作業時要嚴格按照方案和規范進行。

如井下砂面位置較高，除砂時優先考慮撈砂，其次是沖砂。作業后恢復標準化排采井場，低沖次運行，逐步恢復到合理的排采制度。