射流泵在延川南煤層氣田排采中的應用

馮 展

（中石化重慶頁巖氣有限公司，重慶南川 408400）

我國煤層氣資源豐富，但受排水采氣工藝技術、專業裝備影響，煤層氣資源開發仍處于初級階段，需分析如何合理開采煤層氣[1]。射流泵技術發展已有幾十年，其在油田開采中應用廣泛，在井身結構復雜、腐蝕嚴重的情況下射流泵仍可正常排采。本文分析了煤層氣排采的特殊性，結合射流泵特點，分析如何利用射流泵合理落實煤層氣排采。

1 煤層氣田排采技術現狀

1.1 工藝要求

煤層氣以吸附狀態位于煤層，其吸附為可逆的物理吸附，對煤層氣排采也是排水降壓的連續過程[2]。煤層氣排采需人工舉升，排出煤層中壓裂液及地層水，降低井底流壓。該工藝的特點如下。

（1）排液量小

煤層氣排采前期排液量較大，而后穩產及遞減期排液量多在1m3/d以下。

（2）出煤粉

沉沒壓力、排液量都影響液體流速，若排液量較小，其無法攜帶煤粉上升，將導致排采過程中煤粉沉降，長時間如此易導致凡爾漏失或卡泵，致使檢泵作業[3]。

1.2 排采設備的問題

（1）現有煤層氣田排采設備多為有桿泵。煤層氣井受地勢影響多為定向井，斜度大，易因管桿偏磨導致桿斷或油管磨穿，且管式泵的游動閥和固定閥因煤粉黏附凡爾更易發生漏失。

（2）經計算Φ19mm的抽油桿桿與Φ73mm油管組合下能排出煤粉的最小日產液量為1.46m3，若產液量過低，則不能有效攜帶煤粉，易堵塞泵筒。

2 射流泵排采原理

射流泵為特殊水力泵，其結構簡單，由噴嘴、吸入管、喉管、擴散管構成。排采裝置為井下射流泵、動力液管柱、混合液管柱、井口裝置、地面動力裝置等構成。

地面泵將高壓動力液通過噴嘴形成動能，將周圍井液吸入喉管，在喉管混合后進入擴散管，之后降低液體流速，將動能轉為壓能，將混合液送至地面。

3 射流泵在延川南煤層氣田排采中的應用

延川南區塊位于呂梁山脈的南麓，山巒起伏，溝壑縱橫，其煤層氣田排采定向井井斜比較大，井斜一般在20°～70°。延川南區塊煤粉粒徑小于0.15mm的占比33 %，無法用防砂網阻止其進入泵筒[4]，故提出以射流泵進行無桿舉升排采。

3.1 大斜度煤層氣井中射流泵的適應性

3.1.1 射流泵工作特性

煤層氣排采中，噴嘴、喉管和擴散管位于井下，射流泵運作時，動液面逐漸下降，因此吸入口壓力處于不斷變化狀態，需調整噴嘴壓力，確保射流泵高效運作。不同面積比下隨動液面的變化確保泵效最高對應的井口壓力如表1所示。

表1 不同面積比下隨動液面的變化確保泵效最高對應的井口壓力

延川南煤層氣田排采井口最大承壓25MPa，考慮到開發實際情況，判定面積比為0.410、0.512、0.640時符合開發需求，此時泵效達到30%。

3.1.2 射流泵應用優勢

采用射流泵進行排采，排采不再受井斜角度影響，其井口、井下無運動部件，可滿足不同井斜角的生產井生產需求。同時，射流泵自身排砂能力突出，地層含砂量在10%以下，且砂粒粒徑在2mm以下的情況均可有效排采。通過射流泵排采，可減少卡泵現象發生，其吸入口設置繞絲篩管，可對泵進行保護，確保排水采氣生產穩定。射流泵維護較為方便，可隨時更換井下泵，對應的檢查周期較長，撈泵周期可達14～15個月。此外，射流泵的工作參數調整較為方便，微調可調節變頻器頻率，控制好地面泵出口流量、壓力。

3.1.3 射流泵對井斜適應性

射流泵井下工具所能適應的井筒最小曲率半徑和最大全角方位變化率如表2所示，若井筒各項數據符合表內要求，則可確保井下工具穩定起下。

表2 井下工具適應井筒的實際最小曲率半徑和最大造斜角數據表

按照煤層氣排采質量控制要求，定向井井斜應為75°，全角變化在3.5°/30m以下。水平井斜控制在90°以內，全角變化率控制10°/30m以下。因此，井下筒、泵芯都可在定向井投撈，也可在水平井投撈。

3.1.4 射流泵對煤粉的適應性

射流泵正常注入量為1～2.0m3/h，日注入量24～48m3，可攜帶粒徑在3.02mm以下的煤粉。而延川南煤層氣井其煤粉粒徑多在2.0mm以下，通過射流泵排采技術，可有效攜帶煤粉。

3.1.5 射流泵對水質的適應性

延川南區塊水質高礦化突出，區塊內煤層水樣全分析顯示萬寶山構造帶水型為CaCl2型，總礦化度10～100g/L，其腐蝕性較強，長期排采會導致設備出現嚴重的結垢，長期運行可能會導致射流泵工作筒出現腐蝕。因此，在使用射流泵過程中，需做好防腐防垢保護。

3.2 射流泵工藝的現場應用

以延川南煤層氣田特點，選擇Φ48mm的油管，回水管線為Φ73mm油管，噴嘴及喉管配比1.18/1.60。為增加射流泵舉升能力，提出對原噴嘴及喉管配比優化為2.06/3.49，地面以柱塞泵支持運行。動力液通過油管到達排砂裝置，地層水以尾管吸入噴嘴，在喉管和動力液混合，增壓后的混合液沿油管到達地面。排采過程中，發現頻率發生自動變化，將頻率調整到一定值之后，其仍存在0.1Hz波動。相同頻率其產液量每班變化較大，若不采用回流，日產液為0.67m3，設備整體運行穩定。

針對頻率、注水壓力及日產液參數變化問題，對其進行優化，以注入壓力反饋控制，注入壓力表反饋壓力，傳遞給變頻器，變頻器自動調節，控制注入壓力穩定。經改進后，發現射流泵舉升工藝滿足排采制度要求。

4 結束語

綜上所述，射流泵工藝為延川南煤層氣田排采提供技術支持，采用此工藝可有效解決煤層氣開采中的偏磨及卡泵問題，還可實現煤層氣規?；挪?，確保排采的穩定性和連續性。