煤層氣L型水平井氮氣泡沫洗井解堵技術

關鍵詞/主題詞：沁水盆地；煤層氣；氮氣泡沫；L型水平井；洗井；解堵；工藝；裝置

0引言

中國煤層氣儲層具有低含氣飽和度、低滲透率、低儲層壓力以及多構造煤的“三低一多”特性，氣井產量低和穩(wěn)產能力差一直是煤層氣開發(fā)面臨的常見問題［1］。早期煤層氣開發(fā)以直井為主，僅沁水盆地南部樊莊、潘莊等高滲區(qū)塊實現(xiàn)了效益開發(fā)［2］。該類水平井在煤層中鉆進，能夠增加井眼與煤層的接觸長度，增加井控資源量，并通過套管壓裂實現(xiàn)體積改造，在煤層中形成人工縫網，增加煤層氣的流動通道，降低氣體流動運移阻力，單井產量大幅提升，在沁水盆地中深層煤層氣儲層如鄭莊區(qū)塊中北部、安澤區(qū)塊，鄂爾多斯盆地東緣深部煤儲層大寧-吉縣、臨興區(qū)塊實現(xiàn)效益開發(fā)，單井日產氣0.8×104～10×104m3［3］。然而，與砂巖、頁巖相比，煤儲層低彈性模量、高泊松比、強非均質性的特征導致井筒周圍的應力狀態(tài)具有較大的不確定性［4］。使得在水力壓裂改造過程中，煤儲層易在強應力條件作用下被粉碎成塊狀［5］、顆粒狀［6］，導致水平井排采過程中，增加了儲層出砂、煤顆粒和煤粉的程度。井筒被堵塞后產量快速下降，影響氣井產能釋放［7］。因此，如何高效清理井筒堵塞、提升水平井排采穩(wěn)定性，已成為目前煤層氣田開發(fā)的研究難點。

目前常規(guī)的清理井筒堵塞的方法有四種。循環(huán)洗井工藝通過泵送清水、鹽水等工作液來清除井筒內的雜質、泥漿殘留物、煤粉顆粒等堵塞物，達到恢復或增強井滲透性和導氣能力的效果，多用于新井完井作業(yè)［8］。常規(guī)機械撈砂是采用專門的撈砂工具，利用油管或鋼絲繩將撈砂工具下入井筒內，通過物理方式收集并帶出井筒內的砂粒，主要針對大顆粒煤塊、砂石等［9］。水力沖砂洗井工藝通過向井筒內泵送高壓液體，利用水流的強大沖擊力將聚集在井筒和井底的煤粒、砂粒等沖刷出來，但高壓水流可能對井壁較軟或已受損的區(qū)域造成進一步侵蝕，對于低壓地層存在漏失率高、洗井液無法返排的問題［10］。常規(guī)洗井作業(yè)在一定程度上，可達到清理井筒、解除堵塞的目的，但隨著地層壓力的下降，常規(guī)洗井技術濾失性增高、托壓現(xiàn)象加重［11］，導致洗井效果下降，明確影響洗井效果的因素、尋求新型解堵增產技術成為煤層氣井穩(wěn)定高效生產的熱點問題之一。

通過深入調研，行業(yè)內普遍認為影響洗井效果的主要因素有洗井液的漏失率、洗井液攜砂能力、洗井進尺。洗井工藝通過泵車將洗井液打入井筒建立循環(huán)，利用洗井液的攜砂性，將堵塞井筒的污染物帶出井筒，達到洗井目的。洗井液漏失性大，會導致無法建立洗井循環(huán)，井底堵塞物無法被帶出地面，洗井效果變差。洗井液攜砂性能越好，越容易將井筒堵塞物帶出井筒。L型套管壓裂水平井水平段長1000m左右，煤粉、石英砂等堵塞物容易在水平段的任意位置堆積堵塞井筒，洗井未洗至人工井底，容易造成未洗井段達不到被清除堵塞物的目的，此外先前洗井洗出的堵塞物可能會在未洗井井段發(fā)生二次堆積，降低洗井效果，因此洗井進尺也是影響洗井效果的重要因素。

基于氮氣泡沫對儲層傷害小、流體攜砂能力強、攜帶固體顆粒粒徑范圍廣的特點，氮氣泡沫洗井工藝成為一種適用性強、應用廣泛的優(yōu)質洗井工藝。該工藝通過向水平井井眼內注入氮氣泡沫增加井筒能量，從而沖開堵塞的井眼，恢復氣液通道；在返排過程中，利用氮氣泡沫高返排性能及強攜砂能力，快速將井筒內的堵塞物由井筒攜帶至地面，從而達到清洗井筒，釋放氣井產能的效果。程宏杰等針對油井常規(guī)氮氣泡沫在地層消泡后難以再次起泡的問題，通過巖心驅替實驗研制了一種氮氣泡沫驅油配方體系，可提高油井產量及采收率［12］。季曉紅等通過優(yōu)化氮氣泡沫液性能，增強了該洗井技術在常規(guī)油氣高溫儲層的適應性，在塔里木氣田取得良好應用效果［13］。張虎平等通過現(xiàn)場實驗發(fā)現(xiàn)洗井液的用液量、氮氣基液的配比是影響氮氣泡沫清洗油井的重要因素［14］。章志軒等通過室內實驗及現(xiàn)場實驗，提高了氮氣泡沫沖砂工藝在澀北氣田疏松砂巖氣田的適用性［15］。孫鵬霄等研制了一套特高含水開發(fā)油藏的氮氣泡沫選擇性控水技術［16］。王鵬等研究發(fā)現(xiàn)裂縫的存在會降低氮氣泡沫吞吐增油效果，通過提高注入壓力，發(fā)揮氮氣泡沫補充地層能量的作用，同時采用封堵材料對裂縫進行封堵，可提高增油效果［17］。這些研究內容主要針對氮氣泡沫洗井技術在常規(guī)油氣井中的適用性。

近些年，部分學者探討了氮氣泡沫洗井在非常規(guī)油氣煤層氣井的適用性并進行了小規(guī)模試驗。曹運興等對高壓氮氣悶井工藝在煤層氣低產井增產作用機理及應用進行了研究，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)在氮氣泵注階段，高壓氮氣在煤儲層中具有區(qū)域性面狀穿透擴展和造縫現(xiàn)象，可達到解除儲層堵塞的目的［18］。張康衛(wèi)等對氮氣泡沫流體在井筒內流動的溫度、壓力分布數(shù)學模型進行了研究，但實際操作中存在不借助專業(yè)計算軟件計算難度大、現(xiàn)場可實操性弱的問題［19］。劉長雄等對氮氣泡沫質量、黏度、穩(wěn)定性、流變性進行了室內研究，同時對氮氣泡沫解堵可行性進行了分析［20］。梅永貴等提出了針對多分支水平井進行氮氣洗井的選井原則，指出解堵液基液采用活性水對儲層的傷害最小，增加液氮用液量可提升下傾井或井筒遠端的洗井效果［21］。胡秋嘉等對氮氣泡沫解堵技術在樊莊區(qū)塊多分支水平井上的應用效果進行了研究，發(fā)現(xiàn)側鉆點集中的井段，井夾壁變薄，易造成長垮塌段，導致洗井難度加大，洗井效果變差［22］。趙武鵬等研究發(fā)現(xiàn)隨儲層滲透率下降，氮氣泡沫洗井工藝對裸眼多分支水平井的洗井效果變差［23］。李宗源等研發(fā)了一種氮氣負壓洗井疏通工藝，針對篩管水平井通過多次提高施工排量至施工壓力，接近地層破裂壓力后穩(wěn)壓一段時間，快速放壓，反復激動3～5次后，進行氮氣或清水洗井可消除近井地帶鉆井泥漿污染，提高井筒生產時的導流能力［24］。目前關于氮氣泡沫洗井工藝在煤層氣中的應用主要集中在多分支水平井及篩管水平井，關于在L型套管壓裂水平井中的應用鮮有報道。

華北油田2019年以來采用氮氣泡沫洗井技術對L型套管壓裂水平井進行了解堵作業(yè)，洗井漏失率較常規(guī)機械撈砂、水力沖砂洗井工藝有所降低，平均降低30.2%。但受煤儲層特殊性影響，部分井施工過程中仍存在工藝管柱遇阻、泡沫失返、水平段砂堵等問題，提升氮氣泡沫洗井工藝性能成為當前開發(fā)亟需解決的難題之一。

1方法過程

通過理論計算、工具加工、設備升級、施工流程優(yōu)化，對常規(guī)氮氣泡沫洗井工藝進行了優(yōu)化，并在現(xiàn)場得到了成功應用，為煤層氣資源的高效合理開發(fā)提供一定的技術支持和借鑒。

1.1室內研究

1.1.1氮氣解堵能力研究

流體流速、井筒傾斜角均會影響流體的攜砂能力，0.3m/s流速下氮氣泡沫、水對不同傾角井筒內不同粒徑石英砂的攜帶能力室內實驗結果，如圖1所示。

從圖1中可以看出，氮氣泡沫流體具有高視黏度特性，在0°～90°傾角范圍內的井筒內對不同粒徑的石英砂均具有較好攜砂能力。0.3m/s流速下氮氣泡沫對0.2mm石英砂的攜砂率分布在91%～95%，對0.5mm石英砂的攜砂率分布在86%～91%。水的攜砂能力受井筒傾角、石英砂粒徑影響大。在75°～90°的傾角范圍內，水對實驗采用兩種粒徑的石英砂具有較好的攜帶能力，對0.2mm石英砂的攜砂率分布在80%～98%，對0.5mm石英砂的攜砂率分布在65%～95%。隨著井筒傾角降低，攜砂性顯著下降。以0.2mm石英砂為例，當傾角降低至0°時，水的攜砂率下降至50%。隨石英砂粒徑增大，水的攜砂能力顯著降低，傾角為0°～60°時，水對0.2mm石英砂的攜砂能力是0.5mm石英砂的6倍。井筒傾角小于75°情況下，泡沫流體的攜砂性能遠大于水的攜砂性能。綜上研究，泡沫流體更易將水平段井筒內的雜質攜帶至地面，對水平井井筒清理適用性更強。研究結果與李賓飛等［25］基于數(shù)值模擬研究得到的氮氣泡沫流體在同心環(huán)空管道和偏心環(huán)空管道中的攜砂能力規(guī)律一致。

在實驗室內將起泡劑加入清水基液中，再加入氮氣，通過簡單攪拌即可產生氮氣泡沫流體，也可稱為自由發(fā)泡。室內攪拌產生的泡沫流體顯微鏡下特征，如圖2所示。

從圖2可以看出，顯微鏡下觀察到這些氣泡呈現(xiàn)大小不一的非均勻分布，并且部分基液未與氣體接觸而形成泡沫。總體看無法形成大小均勻、排列整齊的穩(wěn)定泡沫流。這種不穩(wěn)定的泡沫流體在進入水平井水平段之后會快速濾失到地層中，從而會加劇儲層傷害的程度，同時增加洗井基液的使用量。因此，需要采用適合技術形成均勻氮氣泡沫。

氮氣泡沫質量可由氮氣泡沫特征值表征。氮氣泡沫特征值指泡沫中氣體體積對泡沫總體積的比值，計算方法，見式（1）。

前人對不同粒徑石英砂在氮氣泡沫液中的沉降速度與氮氣泡沫特征值的關系進行了研究。不同粒徑石英砂沉降速度隨氮氣泡沫質量（氮氣泡沫特征值）的變化具有相似性。氮氣泡沫特征值在小于0.845時，隨特征值的增大，石英砂在氮氣泡沫液中的沉降速度降低；氮氣泡沫特征值在大于0.845時，隨特征值的增大，石英砂在氮氣泡沫液中的沉降速度降增大。氮氣泡沫特征值為0.77～0.87時，石英砂沉降速度分布在較低的范圍內，以直徑為0.5mm的石英砂為例，氮氣泡沫特征為0.77～0.87時沉降速率普遍小于0.00036m/s，氮氣泡沫液攜砂性能最好。然而現(xiàn)場實際施工過程中，氮氣泡沫質量控制難度大，泡沫質量的不穩(wěn)定影響清砂效果。

一定溫度、壓力條件下氮氣泡沫液的體積表達式，見式（2）。

1.1.2施工工具改進

為了解決洗井管柱易被堵塞問題，對破煤筆進行了優(yōu)化，形成旋轉破煤筆尖，如圖3所示。

從圖3中可以看出，改進前的破煤筆尖裝置外壁形成供煤粉、石英砂通過的空間，如圖3a，洗井過程中筆尖通過上接頭與洗井管柱連接，與洗井管柱一同下放至井底進行洗井，洗井過程中，煤粉、煤塊、石英砂等堵塞物先通過筆尖頭進入筆尖裝置內壁形成的空間，在洗井液的攜帶下，通過上接頭連接的洗井油管被清洗到地面。隨著煤塊粒徑增大，攜帶難度和管柱堵塞風險增大。為解決該問題，在改進前的筆尖內部增加了可轉動的螺旋狀鋼制刀片，如圖3b。洗井過程中，螺旋狀鋼制刀片可以將大粒徑煤塊粉碎。

為解決管柱托壓問題，設計了可以解決因管柱摩阻較大造成的下深不夠問題的管柱加壓裝置，如圖4所示。

從圖4可以看出，管柱加壓裝置由上接頭、彈簧、膠筒、下接頭組成，如圖4a。使用過程中，上下接頭分別連接洗井油管，安裝在直井段。洗井過程中，當管柱遇阻不動時，管柱受到的阻力增加，位于加壓裝置中部的可壓縮性膠筒，外徑向外擴張，如圖4b，氮氣泡沫與膠筒的接觸面積增加，此時高泵壓可向擴張后的膠筒提供一種向下的推力，使管柱繼續(xù)向下運行。

為解決泡沫質量控制不佳和泡沫不均勻的問題，設計一種高壓氮氣泡沫調節(jié)器，如圖5所示。

從圖5可以看出，高壓氮氣泡沫調節(jié)器由進氣管、第一旋塞閥、單向閥、螺旋槳、螺旋攪拌塊、耐高壓母管、泡沫流體排出管、第二旋塞閥、進液管、第三旋塞閥、備用出液口、密度傳感器組成。氮氣與水基液混合后通過螺旋槳、螺旋攪拌塊充分攪拌，可以實現(xiàn)泡沫大小均勻輸出，提升攜砂效果。設備后端安裝了密度傳感器，施工過程中通過傳感器實時監(jiān)測氮氣泡沫密度，通過實時調整氮氣排量、水的排量，確保了泡沫發(fā)生器排出的氮氣泡沫密度處于最優(yōu)狀態(tài)。本裝置實現(xiàn)了泡沫密度監(jiān)控和泡沫均勻輸出，提高了氮氣泡沫質量。

1.1.3施工流程優(yōu)化

優(yōu)化后的氮氣泡沫洗井工藝洗井流程主要包括4個步驟。

1）確定洗井參數(shù)。將儲層溫度及施工壓力帶入式（5）計算最優(yōu)氮氣泡沫洗井施工密度。

2）下洗井管柱。洗井管柱結構如圖6所示。

從圖6可以看出，洗井管柱結構一般包括高壓軟管、彎頭、放噴管線、污水收集罐、加壓裝置、油管旋塞閥、油管、旋轉破煤筆尖。為保證充分清洗井筒，通常將洗井管柱下放至井筒遇阻位置，套管壓裂水平井一般不超過第一個壓裂點。

3）清洗井筒。通過控制氮氣排量和基液排量，將氮氣泡沫施工密度控制在之前合理的計算結果范圍內。將氮氣及基液在泡沫發(fā)生器充分混合達到質量要求后進行井筒反循環(huán)沖洗。建立循環(huán)后，接單根油管緩慢下入沖砂，邊沖邊下（每根油管加旋塞閥一個），對于套管壓裂水平井，每沖至一個壓裂點要充分洗井2～3周以上至出口返液干凈無砂，在井眼低洼處考慮適當延長洗井時間，增加氮氣泡沫用液量，沖至人工井底結束施工，施工全程要記錄進出口返液情況及施工壓力和排量變化，及時調整施工參數(shù)，保證洗井效果。

4）取出洗井管柱，重新下排采設備進行排采生產。洗井至人工井底后，立即從油管敞開放噴，待無噴、無溢流等異常情況后起出施工管柱，重新下泵進行排采。

1.2現(xiàn)場試驗

改進后的氮氣泡沫洗井工藝在沁水盆地南部樊莊、鄭莊區(qū)塊共進行了25井次現(xiàn)場試驗，措施見效率較常規(guī)氮氣泡沫洗井工藝提升31%。煤層氣L型水平井實施優(yōu)化后的氮氣泡沫洗井后，洗井完成程度分布在24%～100%，平均值為84%，洗出物體積分布0.27～1.65m3，平均值為0.88m3，日增氣量分布在180～1200m3/d，平均值為5144m3/d。

鄭莊區(qū)塊位于沁水盆地南部寺河斷層下降盤，15號煤埋深400～1400m，厚度為2～5.5m，以發(fā)育原生—碎裂結構煤為主，壓力系數(shù)分布在0.6～0.9，滲透率普遍低于1mD，含氣飽和度為60%～90%，含氣量為15～31.4m3/t，屬于“低壓、低滲、低飽和、高含氣”高煤階煤層氣藏。煤儲層通過壓裂改造才能獲得高產。

井10是鄭莊區(qū)塊一口15號煤套管壓裂L型水平井，完鉆井深1712m，著陸點煤層垂深757.21m，水平段進尺800m，純煤進尺740m，煤層鉆遇率92.5%，壓裂段數(shù)9段，平均單段使用壓裂液640m3，石英砂35m3，平均施工排量7～8m3/min。

井10，2022年2月投產，解吸壓力為3.2MPa，穩(wěn)產氣量13000m3/d。受儲層出砂嚴重影響，2022年6月氣量開始下降。2022年9月至2023年5月先后實施水力機械撈砂、沖砂洗井措施作業(yè)，洗井液漏失率為65%，洗出石英砂、煤粒0.015～0.13m3，施工過程中未撈砂、沖砂至人工井底，作業(yè)后氣量未恢復至作業(yè)前水平，效果不及預期。分析認為此時氣井儲層壓力低，井底可能存在大粒徑煤塊堆積堵塞產氣通道，常規(guī)洗井、撈砂工藝漏失大、托壓嚴重，無法有效清理井筒。2023年6月實施氮氣泡沫洗井作業(yè)，洗井流程如下。

1）確定洗井參數(shù)。井10儲層溫度為31℃，即Tbh=304.15K。氮氣泡沫洗井施工壓力為3～5MPa，帶入式（5），得到氮氣泡沫洗井密度為178～255kg/m3。

2）下洗井管柱。起出原管柱結構后，將由高壓軟管、彎頭、放噴管線、污水收集罐、加壓裝置、油管旋塞閥、油管、旋轉破煤筆尖組成的洗井管柱下放至遇阻位置1387m處，進行試壓，地面進口管線試壓至15MPa，穩(wěn)壓5min，壓力不降。試壓合格后，進行氮氣泡沫洗井。

3）清洗井筒。采用清水泵車組、液氮泵車組將清水、液氮、起泡劑在氮氣泡沫發(fā)生器中進行充分攪拌混合。其中，清水泵車組泵壓6.0～7.0MPa，排量317～386L/min，泵送清水；液氮泵車組采用排量2050～3860Nm3/h，泵送氮氣。當?shù)獨馀菽l(fā)生器安裝的密度監(jiān)測儀器測量到的氮氣泡沫密度達到178～255kg/m3后，進行反循環(huán)洗井。建立循環(huán)后，接單根油管緩慢下入沖砂，邊沖邊下，沖洗至壓裂點964m、1030m、1108m、1201m、1300m、1378m、1490m、1580m和1668m等處時，適當增加洗井時間。洗井至人工井底2223.78m，反循環(huán)洗井2周以后，出口返液變干凈，停止洗井，油管放噴。

（4）取出洗井管柱，重新下排采設備進行排采生產。

井10氮氣泡沫洗井過程中洗井至人工井底，洗井完成程度為100%；洗井液漏失率僅34%，與早期的沖砂洗井、撈砂作業(yè)相比降低了31%；洗出石英砂、煤粒1.65m3，重新投產后氣量恢復至10000m3/d，穩(wěn)產能力提高。本井前兩次水力機械撈砂、沖砂洗井作業(yè)洗出石英砂、煤粉0.14m3，改進后的氮氣泡沫洗井作業(yè)洗出物是前兩次水力機械撈砂、沖砂洗井作業(yè)洗出物的11.8倍。

2結果現(xiàn)象討論

洗井液漏失率、洗井液攜砂能力、洗井完成程度（洗井進尺/水平段進尺）是影響洗井效果的主要因素。

2.1洗井液漏失率討論

沁水盆地南部樊莊-鄭莊區(qū)塊100口L型套管壓裂水平井常規(guī)水力洗井沖砂作業(yè)的漏失率分布在32%～81.3%，平均值為75.2%。常規(guī)氮氣泡沫洗井作業(yè)的漏失率分布在37.9%～74.9%，平均值為59.4%。優(yōu)化后的氮氣泡沫洗井工藝的漏失率分布在42.5%～69.3%，平均值為50.2%。現(xiàn)場應用成果表明，施工過程中優(yōu)化后的氮氣泡沫洗井工藝洗井液的漏失率較清水降低25%，較常規(guī)氮氣泡沫洗井工藝降低9.2%。

煤層氣井經過排水降壓后，井筒附近的地層壓力普遍小于0.5MPa，常規(guī)清水洗井、撈砂作業(yè)過程中井筒內清水靜液柱壓力普遍比地層壓力高，導致常規(guī)清水洗井、撈砂作業(yè)過程中洗井液漏失現(xiàn)象頻發(fā)，無法建立有效循環(huán)。清水洗井液漏失，一方面造成施工難度加大、周期變長、費用增高、洗井效果變差；另一方面洗井液進入地層后，會造成水鎖現(xiàn)象，堵塞氣水產出通道，無法起到清洗井筒，疏通產氣通道的目的。氮氣泡沫的密度遠低于清水的密度，常規(guī)氮氣泡沫洗井可以達到降低洗井液濾失率的效果，然而常規(guī)氮氣泡沫洗井存在氮氣泡沫質量不穩(wěn)定，泡沫不均勻的情況，入井后發(fā)生氣液分離現(xiàn)象，降低濾失效果減弱。

改進后的氮氣泡沫洗井工藝，是基于根據(jù)不同井的地層溫度、壓力特征，通過理論計算，得到不同施工壓力下，氮氣泡沫最優(yōu)密度，然后通過氮氣泡沫調節(jié)器對氮氣泡沫進行密度監(jiān)測和充分攪拌，將氮氣泡沫壓力與井筒附近的地層壓力差值控制在較小的范圍內，使得入井的氮氣泡沫較常規(guī)氮氣泡沫更均勻穩(wěn)定，從而達到降低洗井液漏失的目的。

2.2洗井液攜砂能力討論

常規(guī)氮氣泡沫洗井工藝每次洗井洗出的堵塞物量分布在0～1.5m3之間，平均值為0.3m3。優(yōu)化后的氮氣泡沫洗井工藝每次作業(yè)洗出的堵塞物量分布在0.003～2.1m3之間，平均值為0.6m3，平均洗出物量為常規(guī)氮氣泡沫洗井工藝的2倍。

氮氣泡沫質量決定氮氣泡沫洗井液的攜砂能力。研究表明氮氣泡沫特征值分布在0.77～0.87之間時，氮氣泡沫質量最高，攜砂能力最強。現(xiàn)場直接測得氮氣泡沫特征值難度大。現(xiàn)場更容易通過密度傳感器對氮氣泡沫密度進行監(jiān)測。式（5）揭示了氮氣泡沫密度與氮氣泡沫特征值、施工溫度、壓力的關系。通過控制氮氣泡沫密度在最優(yōu)范圍內，可控制氮氣泡沫特征值。氮氣泡沫特征值一定時，氮氣泡沫密度是溫度和壓力的函數(shù)，氮氣泡沫密度隨溫度的升高而降低，隨壓力的升高而增大。

氮氣泡沫密度隨溫度的變化速表達式，見式（6）。

在溫度20～60℃范圍內，氮氣泡沫密度隨壓力升高增大的速率為8.6～9.8kg（m3·MPa）。實際現(xiàn)場施工中，氮氣泡沫密度的變化主要受壓力的影響。改進后的氮氣泡沫洗井工藝，通過理論計算可得到不同施工壓力下的理論最優(yōu)氮氣泡沫密度，通過高壓氮氣泡沫調節(jié)器可精確控制入井氮氣泡沫密度，從而提高氮氣泡沫質量，高泡沫質量的洗井液可攜帶顆粒物的粒徑范圍增大。粒徑0.1～1mm的煤粉、直徑大于20mm的煤塊均可被氮氣泡沫攜帶出井筒。其中石英砂、煤塊、煤顆粒主要以分散的顆粒狀被清洗出井筒，煤粉清洗過程中與洗井液充分混合，以糊狀被清洗出井筒。

2.3洗井完成程度討論

洗井完成程度（洗井進尺/水平進尺）主要受洗井進尺的影響。在沁水盆地南部樊莊-鄭莊區(qū)塊共對46口煤層氣水平井實施了氮氣泡沫洗井，其中優(yōu)化后的氮氣泡沫洗井工藝25井次，改進后的氮氣泡沫洗井工藝洗井完成程度由早期的58.5%提升至94.1%。

水平段長、井軌跡復雜，井筒內石英砂、煤塊多，管柱摩擦力增加會導致托壓現(xiàn)象，致使洗井管柱無法清洗至人工井底。管柱加壓裝置和旋轉破煤筆尖可有效降低托壓現(xiàn)象對洗井的影響。在氮氣泡沫洗井管柱直井段安裝管柱加壓裝置。洗井管柱下放過程中管柱加壓裝置開始受到拉應力，膠筒呈拉張狀態(tài)，當?shù)獨庀淳苤袎鹤柰：螅訅貉b置會由拉伸狀態(tài)變?yōu)槭軌嚎s狀態(tài)，膠筒被壓縮后外徑擴張開，膨脹至外徑115mm左右，加壓裝置與套管環(huán)空間空隙變小，井口注入氮氣泡沫的泵壓會升高，高泵壓會對擴張后膠筒提供一種向下的推力，使管柱繼續(xù)向下運行，一定程度上解決管柱托壓問題，使洗井管柱更容易下放至人工井底，實現(xiàn)全井段徹底清洗。水力噴砂射孔是煤層氣水平井壓裂改造常用射孔方式，在套管上噴射形成的孔眼較大，直徑5～10cm不等，造成排采過程中大粒徑煤塊易返出煤儲層進入井筒堆積。大煤塊在井筒內堆積，增加了下放洗井管柱過程中管柱受到的摩擦力。目前煤層氣井常用的洗井管柱結構，自下而上為：筆尖+若干油管+旋塞閥+油管+旋塞閥+若干油管+油管掛。該管柱結構內部最小通徑處為38mm，大煤塊進入洗井管柱后，易造成管柱堵塞。管柱堵塞后需將所有管柱取出至地面，徹底疏通管柱后，再次下放管柱進行洗井作業(yè)，增大管柱托壓風險的同時，延長施工周期，洗井液侵入地層污染儲層的概率增大。旋轉破煤筆尖在筆尖內部增加了可轉動的螺旋狀的鋼制刀片，洗井過程中，高速流體可帶動鋼制刀片快速轉動，當大煤塊通過筆尖頭進入筆尖內部時，會撞擊到螺旋狀的鋼制刀片上，被粉碎成小粒徑煤粒后，被洗井液攜帶至洗井管柱內，被清洗到地面，起到防止堵塞管柱的作用。旋轉破煤筆尖可有效解決大煤塊造成的下管柱摩擦力增大、堵塞洗井管柱的問題。

3結論

（1）通過理論計算設計了一種泡沫調節(jié)器，通過實時監(jiān)測氮氣泡沫密度，調節(jié)液氮排量及基液排量，可將氮氣泡沫質量控制在最優(yōu)范圍內實現(xiàn)氮氣泡沫充分攪拌，提升洗井效果。

（2）旋轉破煤筆尖解決了L型套管壓裂水平井排采過程中大粒徑煤塊難清洗的難題；管柱加壓裝置解決了煤層氣水平井洗井過程中管柱托壓問題。

（3）氮氣泡沫洗井在沁水盆地南部樊莊-鄭莊區(qū)塊取得較好增產效果，在實際生產中，施工壓力、地層含水性、地層濾失性等也會影響氮氣泡沫質量；氮氣泡沫密度隨溫度、壓力的變化過程中，未考慮氮氣的壓縮性，可能導致研究結果存在誤差，下步仍需加強不同施工條件下地層含水性、氣體壓縮性對氮氣泡沫質量的影響相關研究。