煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

崔建斌 吳春升 樊 彬 杜慧讓 劉 斌 屈麗彬

(中國石油華北油田分公司山西煤層氣有限公司，山西046000)

煤層氣井開發(fā)在排采工藝上借鑒了常規(guī)油氣成功的開發(fā)模式，在排采過程中起到了一定的指導(dǎo)意義，解決了排采過程中的問題。但是由于其排采特點(diǎn)與常規(guī)油氣有較大的不同，井下泵組在排采中出現(xiàn)的問題也與常規(guī)油氣有一定的區(qū)別。

煤層氣井井下泵組的運(yùn)行狀態(tài)和排采介質(zhì)上與常規(guī)油氣有較大區(qū)別，因此造成井下泵組故障的原因也與常規(guī)油氣有區(qū)別，對(duì)應(yīng)的故障原因分析也不同。煤層氣井與常規(guī)油氣排采介質(zhì)不同，在示功圖的應(yīng)用中應(yīng)考慮煤粉等固體顆粒、氣體等因素對(duì)井下泵組的影響，在示功圖判斷上應(yīng)考慮體形狀、充滿度以及線段平滑程度等方面來進(jìn)行故障判斷。

而目前沒有適用于煤層氣井排采應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)示功圖，在故障判斷上仍沿用常規(guī)油氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖，在對(duì)井下泵組運(yùn)行狀態(tài)分析及措施調(diào)整上存在誤差，易造成無效的優(yōu)化，甚至?xí)又鼐卤媒M故障，縮短檢泵周期。

為了提高示功圖在煤層氣井的使用，達(dá)到示功圖進(jìn)行井下泵組故障判斷的目的，建立了適用于煤層氣井的煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖庫，并在分公司應(yīng)用后取得了效果，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

1 煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖庫

1.1 煤層氣理論示功圖

首先煤層氣井理論示功圖與常規(guī)油氣井示功圖原理一致，均為默認(rèn)光桿只承受抽油桿柱與活塞截面積以上液柱的靜載荷時(shí)，在理論上所得到的示功圖。需滿足以下5個(gè)假設(shè)條件方可應(yīng)用。

(1)井下泵組質(zhì)量合格，工作正常。

(2)不考慮活塞在上、下沖程中，抽油桿柱所受到的摩擦力、慣性力、震動(dòng)載荷與沖擊載荷等的影響，假設(shè)力在抽油桿柱中的傳遞是瞬間的，凡爾的起落也是瞬間的。

(3)泵組在工作中，不受煤粉、氣等因素的影響，認(rèn)為進(jìn)入泵內(nèi)的液體不可壓縮。

(4)煤層氣井沒有連抽帶噴現(xiàn)象。

(5)煤層供液能力充足，泵能夠完全充滿。

1.2 煤層氣實(shí)測示功圖

煤層氣井理論示功圖，圖形是規(guī)則的平行四邊形。而實(shí)測示功圖，經(jīng)常因同時(shí)受各種不同的因素起作用(如壓裂砂、煤顆粒、氣、水等)而使示功圖形狀變得復(fù)雜化。

因此，在分析過程中，需要根據(jù)示功圖進(jìn)行全面分析，找到影響示功圖的主要因素。

煤層氣井實(shí)測示功圖分為三大類：正常示功圖，故障示功圖和不合格示功圖。

(1)正常示功圖

煤層氣井根據(jù)排采階段不同，正常功圖會(huì)發(fā)生一定的變化。在煤層氣井排采初期，沉沒度較高，泵上有足夠的沉沒度，正常示功圖表現(xiàn)為近似于平行四邊形，如圖1所示為類型一(泵充滿)。此類情況示功圖形狀及特點(diǎn)與常規(guī)油氣一致。

圖1 正常示功圖(類型一)

由于煤層氣井是一個(gè)降壓排采的過程，隨著排采進(jìn)行，沉沒度會(huì)越來越低，只有5m甚至更低，產(chǎn)液量也大幅下降，低沉沒度和低產(chǎn)液對(duì)井下泵組運(yùn)行有較大的影響，但是由于地層產(chǎn)出液均被攜帶至地面，未對(duì)單井生產(chǎn)造成影響，此類情況下單井生產(chǎn)仍處于穩(wěn)定排采階段，認(rèn)為井下泵組工作正常。

在此生產(chǎn)條件下，泵組雖處于供液不足狀態(tài)，但是就單井排采過程本身來說，未出現(xiàn)異常。因此，該情況下的井下泵組工作為正常，如圖2所示也為正常示功圖。

圖2 正常示功圖(類型二)

(2)故障示功圖

故障示功圖是相對(duì)于正常示功圖而言，是在正常示功圖的基礎(chǔ)上演變而來，正常示功圖有兩種類型，所以故障示功圖對(duì)應(yīng)的也存在兩種類型。

煤層氣井生產(chǎn)過程中常見功圖主要有以下10中，其中以桿、管斷脫、凡爾漏失和受氣體、雜質(zhì)影響較常見(表1)。

表1 煤層氣井故障示功圖種類

所有上述故障均會(huì)在類型一和類型二的正常示功圖下演變而來。

(3)不合格示功圖

不合格示功圖主要是由于人員操作不當(dāng)和設(shè)備儀器故障等原因造成，該類示功圖無法用于判斷井下泵組運(yùn)行情況。不合格示功圖主要包括以下幾種(圖3)：

圖3 不合格示功圖

①功圖顯示為交叉的曲線(除碰泵位置)

②加載線與減載線重疊或交叉。

③加減載沒有位移的。

④圖形混亂無法識(shí)別的。

2 煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功應(yīng)方法介紹

煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖應(yīng)用與常規(guī)示功圖一致，均需要遵守示功圖判斷條件和依據(jù)，是用實(shí)測示功圖與理論示功圖進(jìn)行比對(duì)，按照實(shí)測示功圖圖形的變化位置和程度與生產(chǎn)情況相結(jié)合，完成示功圖的分析判斷。

井下泵組的工作原理為通過柱塞的上下行，使固定凡爾和游動(dòng)凡爾打開、閉合，使油套環(huán)形空間內(nèi)的液體進(jìn)入泵腔體后再由泵腔體進(jìn)入油管內(nèi)，最終運(yùn)移至地面。

圖4是理論示功圖,AB是增載線,A點(diǎn)為上沖程開始,至B點(diǎn)加載完畢,管柱全部載荷由光桿承受，井下泵組游動(dòng)凡爾關(guān)閉固定凡爾打開，液體通過泵下固定凡爾進(jìn)入泵筒，油管內(nèi)的液體部分提升到地面；C點(diǎn)為上沖程結(jié)束下沖程開始，CD是卸載線,到D點(diǎn)卸載完畢,部分載荷由油管承受,此過程游動(dòng)凡爾打開固定凡爾關(guān)閉,泵中的液體通過游動(dòng)凡爾進(jìn)人游動(dòng)凡爾的上部，BC段為上行線，DA段為下行線。

圖4 理論示功圖

從密封角度分析,固定凡爾在BC段一直處于打開狀態(tài),其密封程度對(duì)示功圖BC段的形狀無任何影響。換句話說,固定凡爾故障反映在ABCD的形狀上。

同理,ABCD的形狀代表游動(dòng)凡爾的工作狀態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,抽油桿會(huì)發(fā)生一定程度的振動(dòng)。上、下行程線有明顯的振動(dòng)波浪,一般不會(huì)影響泵效；由于柱塞磨擦、液體粘滯力、接箍硬磨擦等附加動(dòng)載荷的影響,因而示功圖的上、下行程線并不是水平的,而是與水平線有一個(gè)夾角,但二者基本平行。

實(shí)測示功圖因同時(shí)有各種不同的因素起作用，需要結(jié)合實(shí)測示功圖和生產(chǎn)資料進(jìn)行全面分析，才能更好地使用示功圖來了解煤層氣井的工作狀態(tài)。

3 煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功應(yīng)用情況

在未使用煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖之前，故障分析符合率較低，出現(xiàn)類型二的故障示功圖后，無法有效判斷井下故障類型，導(dǎo)致未采取措施或措施有效率低，下面將以兩口井為例進(jìn)行說明。

①華北08井

該井實(shí)測示功圖如圖5所示。如未按照煤層氣標(biāo)準(zhǔn)示功圖進(jìn)行分析判斷，則該示功圖故障類型為供液不足。結(jié)合生產(chǎn)曲線判斷，該示功圖為正常示功圖，無需采取措施。

圖5 華北08井實(shí)測示功圖

而采用了煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖庫后，按照煤層氣井示功圖判斷標(biāo)準(zhǔn)，圖5所示示功圖為類型二的正常示功圖下演變而來，所以適用于類型二的示功圖判斷標(biāo)準(zhǔn)。由圖6可以看出，按照類型二示功圖判斷標(biāo)準(zhǔn)，示功圖顯示上沖程無明顯變化，下部分呈現(xiàn)缺失，符合類型二示功圖特征。且A′點(diǎn)上移至A″點(diǎn)，D′點(diǎn)上移至D″點(diǎn)，通過示功圖判斷為固定凡爾漏失，需要采取碰泵等措施。

圖6 類型二固定凡爾漏失

事實(shí)證明，通過采取了檢泵作業(yè)更換新泵后，該井短期恢復(fù)產(chǎn)水，產(chǎn)量下降趨勢被抑制，并有小幅回升，如圖7所示。通過合理的應(yīng)用煤層氣井示功圖，可以提高措施成功率和有效地降低氣量損失，甚至提高產(chǎn)氣量。

圖7 華北08井生產(chǎn)曲線

②華北111井

該井實(shí)測示功圖如圖8所示。如未按照煤層氣標(biāo)準(zhǔn)示功圖進(jìn)行分析判斷，則該示功圖故障類型為抽油桿斷脫。根據(jù)示功圖反映的故障類型，考慮該井存在偏磨，需要進(jìn)行防偏磨工藝的優(yōu)化治理。

圖8 華北111井實(shí)測示功圖

采用了煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖庫后，按照煤層氣井示功圖判斷標(biāo)準(zhǔn)，圖8所示示功圖為類型二的正常示功圖下演變而來，所以適用于類型二的示功圖判斷標(biāo)準(zhǔn)。由圖8可以看出，該示功圖呈現(xiàn)為一條直線，但是載荷在該抽油機(jī)最大載荷附近，按照煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖分析(圖9)，則故障類型為固定凡爾堵塞，需要進(jìn)行檢泵，清理井筒雜質(zhì)。

圖9 類型二固定凡爾堵塞

結(jié)合該井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和檢泵結(jié)果，該井水質(zhì)較差，含有大量煤粉。在檢泵過程中未見斷脫抽油桿，且起出井下泵組后，固定凡爾被煤泥糊死，與示功圖完全對(duì)應(yīng)。

4 結(jié)語

通過采用不同的示功圖判斷標(biāo)準(zhǔn)，判斷的結(jié)果不同，而故障類型不同，后期措施類型也會(huì)不同，但是只有正確的措施才可以解決井下泵組故障，恢復(fù)正常生產(chǎn)。因此，采用合適的標(biāo)準(zhǔn)是判斷井下泵組運(yùn)行狀況的前提和有效的依據(jù)。

分公司首創(chuàng)煤層氣井標(biāo)準(zhǔn)示功圖，并在現(xiàn)場應(yīng)用指導(dǎo)生產(chǎn)，取得了有效的成果，提高了單井措施成功率，并且在計(jì)劃檢泵井選井上應(yīng)用，大幅提高了計(jì)劃檢泵井成功率，降低了無效檢泵費(fèi)用，節(jié)約了成本，縮短了無效占井時(shí)間，達(dá)到了煤層氣井穩(wěn)定排采的目的，在煤層氣井故障判斷上具有指導(dǎo)意義及推廣價(jià)值。