頁巖氣井人工舉升排采工藝及螺桿泵人工舉升排采工藝介紹

摘要：頁巖氣井對比天然氣井電泵排水采氣應用，有著液體排量低，GLR指數高;井筒尺寸小，揚程高，井斜大;一般無腐蝕，常伴隨出砂的特點?，F對頁巖氣井人工舉升排采工藝及螺桿泵人工舉升排采工藝進行對比和分析。

關鍵詞：頁巖氣井;螺桿泵;人工舉升

1 ? ?背景技術

隨著石油工業不斷發展，石油開采技術的進步，無論是海上還是陸地，近年來越來越多的高含氣油田、頁巖氣田等非常規油氣田項目投入開發。另外，伴隨我國“煤改氣”政策的出臺，天然氣需求量逐年增加，傳統天然氣田也面臨著越來越重的增儲上產壓力，頁巖油在油氣開采中所占的比重不斷增加。

利用電潛離心泵或螺桿泵進行高含氣油井開采或者氣井排水采氣，其最重要的一個核心技術參數為“進泵氣體體積含量”，即經過井下自然分離、人工機械分離（如電潛泵分離器分離）以后，在井下泵吸入口位置的壓力和溫度條件下，進入泵的氣體體積含量。該項指標直接決定了電潛離心泵或螺桿泵在油氣井中應用時所能承受的氣液比（GLR）上限。目前，行業內這兩種人工舉升工藝技術對應的上限指標分別為：電潛離心泵（多相流泵技術）<70%，螺桿泵<40%。高于這個參數電泵將出現氣鎖，螺桿泵將出現干磨。因此，能否控制好進泵氣體體積含量，是高含氣井人工舉升排采工藝技術的關鍵內容。

2 ? ?頁巖氣井人工舉升排采工藝

頁巖氣井對比天然氣井電泵排水采氣應用，其主要區別在于如下兩點：

2.1 ? ?液體排量非常低，GLR異常高

和天然氣井一樣，頁巖氣井的排采也分為早、中、后三期，不同的是，頁巖氣井初期和中期排液的水都是壓裂液，后期生產時幾乎沒有水。以我國西南地區的井況為例，隨著壓裂液的排出，頁巖氣井產氣量上升非常快，一般排液1～2天后就能見到明顯效果。因此，頁巖氣井初期排液時間很短，一般1～2天，有的甚至幾個小時就進入到生產中期。生產中期持續時間一般幾天到半個月不等，這時GLR已經非常高，一般達1 000 m3/d以上，而產液量下降明顯，一般不到50 m3/d。頁巖氣井在進入生產后期（穩定期）以后，產液量會非常低，一般1～2 m3/d，產氣一般5～10萬m3/d，甚至出現間歇自噴。這種井況給電泵運行帶來了嚴重挑戰：

（1）排量太小，電泵無法連續穩定運行，同時電機的散熱也不好。

（2）氣量對于流壓特別敏感：與天然氣井產氣量同流壓呈線性關系所不同，頁巖氣的產氣量和井底流壓更趨近于一種閾值關系，從而使得要滿足頁巖氣產氣的需要，電泵需不停地啟停，多的一天需要啟停7～8次。反復開機，對電機壽命造成了不小的沖擊。

2.2 ? ?井筒尺寸小、揚程高、井斜大

出于經濟性考慮，同時也由于壓裂開發的需要，一般使用高磅級5.5寸套管，導致套管內徑一般只有112 mm，常規的400系列電潛泵已經無法下入，只能使用375系列的小直徑電泵。而小直徑電泵帶來的主要應用技術限制為分離器分離能力有限;同時，出于經濟性的考慮，頁巖氣井一般要求電泵吸入口下盡量靠近A靶點位置，以滿足最大限度擴大生產壓差的需要。因此，泵掛位置一般較深（3 000 m），揚程要求較高，對于小直徑電泵，3 000 m揚程已經接近極限。

另外，由于靠近A靶點，泵掛位置的井斜一般較大。當井斜大于70°時，旋轉分離器的分離效果將大大下降，這時需要使用新的避氣裝置——避氣處理器進行氣液分離。該避氣處理工藝如圖1所示，其基本原理是在泵吸入口上加裝活動蓋板，蓋板在重力作用下始終保持吸入口上部關閉、下部開啟，氣液在近水平狀態分層流動時，氣體經上部蓋板滑過，而液體從下部打開的吸入口進泵。

2.3 ? ?一般無腐蝕，伴隨出砂

一般采用寬幅泵，通用混相流葉輪更寬的流道，以加強對于固相顆粒的適應性。

綜上，在頁巖氣排水采氣應用上，目前并沒有一種特別好的手段可以完全滿足其苛刻的井況要求。目前業內主要趨勢是希望發展“高速永磁電機+高速離心泵技術”，利用其電機發熱小、泵對于超小排量的調節適應能力，進一步拓展電泵在頁巖氣排水采氣領域的應用范圍。

3 ? ?螺桿泵人工舉升排采工藝

3.1 ? ?螺桿泵在高含氣井中的適用條件

螺桿泵相較于電潛泵，其最大優勢就是對于固相顆粒的適應性從電潛泵的0.5%提高到了3%，但螺桿泵對于高揚程、大排量場景的應用卻不如電潛泵，因此其主要在煤層氣排采領域應用。螺桿泵的特性較好地滿足了煤層氣排水采氣應用的各種井況要求：

（1）小排量：初期不到100 m3/d，后期<1 m3/d;

（2）低揚程、淺泵掛：一般不超過800 m;

（3）出煤粉。

3.2 ? ?螺桿泵的避氣工藝

電潛螺桿泵較桿驅螺桿泵最大的優勢在于受井斜限制小，泵掛位置可盡量靠近A靶點，從而最大化生產壓差。但電潛螺桿泵井下設備較桿驅螺桿泵更為復雜，且吸入口同電潛離心泵類似，都在機組中段側面，因此無法加裝桿驅螺桿泵用的氣錨，同時由于轉速原因，也無法加裝旋轉分離裝置。

電潛螺桿泵在排水采氣應用中所使用的是一種名為“倒置導流罩”的避氣裝置，其基本原理與氣錨類似，即利用氣液的重力差，液體在流入泵吸入口時進行一次拐彎，從而實現氣液分離的目的。圖2為倒置導流罩原理示意圖。

倒置導流罩除了進行重力氣液分離以外，還有一個作用就是儲水。因為在煤層氣生產后期，產液量不到1 m3/d，而螺桿泵本身又特別怕干磨，因此倒置導流罩中儲存的水為防止泵抽空給出了2～6 h的緩沖時間。

另外，需要特別說明的是，倒置導流罩的長度可以根據儲水量的需要以及吸入口深度的需要進行調節。但是倒置導流罩要發揮氣液分離的作用，其垂直長度（井斜狀態的垂直投影）必須>2 m。

4 ? ?結語

頁巖氣井對比天然氣井電泵排水采氣應用，有著液體排量低，GLR指數高;井筒尺寸小，揚程高，井斜大;一般無腐蝕，常伴隨出砂的特點。利用電潛離心泵或螺桿泵進行高含氣油井開采或氣井排水采氣，其最重要的一個核心技術參數為“進泵氣體體積含量”，該項指標直接決定了電潛離心泵或螺桿泵在油氣井中應用時所能承受的氣液比上限。本文詳細介紹了頁巖氣井人工舉升排采工藝及螺桿泵人工舉升排采工藝，對相關油氣井的開發具有指導借鑒意義。

[參考文獻]

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[2] 段玉超.石油工程中新型采油技術的應用研究[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（24）：164-165.

收稿日期：2020-07-23

作者簡介：何超（1983—），男，四川自貢人，工程師，從事人工舉升應用技術與銷售相關工作。