回注水裝置在煤層氣井排采作業(yè)中的應(yīng)用

杜厚余，王鳳琴 （西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710065）

楊 苗 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢）資源學(xué)院，湖北 武漢430074）

武鐵嶺 （中石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安710021）

我國(guó)的煤儲(chǔ)層煤層構(gòu)造復(fù)雜，多強(qiáng)烈變形，煤層中碎粒狀及糜棱狀結(jié)構(gòu)常見，而且煤儲(chǔ)層呈 “三低一高”的特征：煤層壓力較低 （壓力系數(shù)＜0．8）、低滲透率 （＜1×10-3μm2）、低含氣飽和度 （平均含氣飽和度45%）、煤的變質(zhì)程度偏高［1］，這使得我國(guó)煤層氣在開采方面存在許多問題。在XX研究區(qū)煤層氣開發(fā)過程中，針對(duì)其煤層滲透性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、煤層易出煤粉、易吐砂的特點(diǎn)，筆者對(duì)回注水裝置在煤層氣井排采作業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 XX研究區(qū)煤層氣井排采作業(yè)中存在的問題

在XX研究區(qū)煤層氣的開發(fā)過程中，由于研究區(qū)內(nèi)煤儲(chǔ)層的滲透率較低，地層供液能力較差，為了維持動(dòng)液面穩(wěn)定，控制井底壓力下降速度，大多數(shù)投產(chǎn)井產(chǎn)液量小于0．2m3／d，平均單井產(chǎn)液量為0．15m3／d。現(xiàn)有的抽排設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)如此低的產(chǎn)液量，以泵徑38mm的有桿泵和V型1．8m沖程抽油機(jī)組合為例，假設(shè)泵效70%，只有當(dāng)沖次調(diào)為0．08次／min時(shí)，才能將排水量控制在0．15m3／d，但當(dāng)沖次降低到0．5次／min以下時(shí)，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱而影響使用壽命。此外，由于XX研究區(qū)煤層較軟，煤巖機(jī)械強(qiáng)度低，煤層氣井在見氣后產(chǎn)出煤粉較多，以粒徑介于0．05～2mm之間的細(xì)粒煤粉為主［2］。煤粉進(jìn)入泵筒后，隨著柱塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)入管桿環(huán)空中，管桿環(huán)空中流體的流動(dòng)速度要大于煤粉的沉降速度才能保證煤粉順利排出［3］，但由于煤層氣井日產(chǎn)水量不足，使部分煤粉沉降形成煤泥，很容易造成卡泵和泵漏失等問題，最終導(dǎo)致煤層氣井修井率上升。

2 回注水裝置及工作原理

在XX研究區(qū)煤層氣開發(fā)過程中，對(duì)井口出液中含煤粉較多、地層供液能力較差、產(chǎn)液量少于0．2m3／d、液面波動(dòng)幅度較大的煤層氣井加裝回注水裝置 （見圖1）。煤層氣井在加裝回注裝置后，從煤儲(chǔ)層流入井筒內(nèi)含煤粉的水在泵的抽吸作用下經(jīng)吸液口 （篩管）A處進(jìn)入管桿環(huán)空被提升至地面出液口，在出液口前端B處分流，一部分經(jīng)B1（回注設(shè)備的排液口）排出地面，另一部分經(jīng)B2（回注設(shè)備的進(jìn)液口）井入回注設(shè)備，通過測(cè)試閥門進(jìn)入油套環(huán)空，最終到達(dá)井底完成一次循環(huán)；通過控制B1的出水閥門，根據(jù)需要調(diào)節(jié)該井的實(shí)際外排水量 （見圖2）。

雖然煤層氣井加裝回注水裝置可以達(dá)到穩(wěn)控液面的目的，但是排采過程中產(chǎn)出的煤粉仍然存在，為此需要在該裝置上加裝過濾設(shè)備來(lái)去除煤粉。圖3所示為過濾設(shè)備示意圖。當(dāng)井筒內(nèi)抽吸上來(lái)的含煤粉水通過進(jìn)液口進(jìn)入過濾設(shè)備后，由于進(jìn)液口位于該設(shè)備上方，因而可以防止煤粉回流；含煤粉的水通過過濾網(wǎng)后，大部分煤粉被過濾而沉降在該設(shè)備下部；過濾后的水通過出液口和測(cè)試閥門進(jìn)入到油套環(huán)空并最終到達(dá)井底。此外，在過濾網(wǎng)的上方預(yù)留一個(gè)防堵孔能起到防止過濾設(shè)備堵塞，從而使煤層氣井能夠進(jìn)行正常排采作業(yè)。

圖1 X2井口回注水裝置圖

3 回注水裝置使用效果分析

3．1 有效控制動(dòng)液面，實(shí)現(xiàn)煤層氣井的穩(wěn)定排采

該研究區(qū)煤儲(chǔ)層的滲透率較低，地層供液能力較差，特別是煤層氣井見氣以后，水相滲透率急劇下降，產(chǎn)液能力降低，控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致液面降幅過快。加裝回注水裝置后，可以方便進(jìn)行地層水的定量外排，避免了液面的大幅度波動(dòng)，從而達(dá)到穩(wěn)控液面的目的；在地層供液能力過低的情況下，煤儲(chǔ)層中的煤粉無(wú)法通過水的流動(dòng)排出，堵塞了煤層裂縫和微孔隙，這嚴(yán)重影響煤層氣井的后續(xù)產(chǎn)能［4］。加裝回注水裝置可以通過加速地層水的流動(dòng)疏通地層，使煤層氣井的壓降漏斗向遠(yuǎn)端擴(kuò)展，保證了煤層氣井 “連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定”的排采。表1所示為XX研究區(qū)7口井液面降速對(duì)比表。從表1可以看出，煤層氣井在加裝過回注水裝置之前，液面降速一般大于1．0m／d，其中S1井液面降速甚至達(dá)到了7．49m／d，這種大幅度的波動(dòng)不利于煤層氣井穩(wěn)定生產(chǎn)。加裝回注水裝置后，各井動(dòng)液面得到了有效的控制，液面降速一般小于1．0m／d，通過定量控制日產(chǎn)水，達(dá)到了穩(wěn)控液面、穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

圖2 煤層氣井水流方向示意圖

3．2 減少因煤粉沉降導(dǎo)致的修井作業(yè)，保證排采工藝的連續(xù)性

圖3 過濾設(shè)備示意圖

研究區(qū)內(nèi)煤層氣井在未加裝回注水裝置前，日產(chǎn)水量達(dá)不到理論排液量，加裝回注水裝置可以提高日產(chǎn)水量，從而加快管桿環(huán)空內(nèi)流體的流速，減少了因煤粉沉降造成的修井，保證了煤層氣井排采工藝的連續(xù)性。XX研究區(qū)X5井于2009年11月投產(chǎn)，由于排采初期即產(chǎn)氣，動(dòng)液面下降過快，產(chǎn)氣量一直不穩(wěn)，在投產(chǎn)一年后由于地層供液能力降低，產(chǎn)水量小于1m3／d，煤層氣井產(chǎn)水中含煤粉，在穩(wěn)產(chǎn)階段因連續(xù)3次卡泵導(dǎo)致修井，并在泵筒內(nèi)和井底打撈出大量煤泥；該井于2011年12月加裝回注水裝置，配合快抽排采制度，此后該井在排采過程中沒有出現(xiàn)因煤粉沉降導(dǎo)致的修井作業(yè)，延長(zhǎng)了檢泵周期。

3．3 延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命

在日產(chǎn)水量較低的情況下，加裝回注水裝置可以提高抽油機(jī)的沖次。圖4所示為XX研究區(qū)5口煤層氣井沖次對(duì)比圖。從圖4可以看出，未加裝回注水裝置時(shí)抽油機(jī)的沖次普遍低于1．0次／min，有的甚至低于0．5次／min，導(dǎo)致許多電機(jī)因長(zhǎng)時(shí)間低轉(zhuǎn)速過載運(yùn)行而損壞。加裝回注水裝置后，抽油機(jī)的沖次提高到2．0次／min以上，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，解決了電機(jī)過載運(yùn)轉(zhuǎn)、電機(jī)發(fā)熱等問題。由于電機(jī)故障減少，提高了煤層氣井排采作業(yè)的穩(wěn)定性。

表1 XX區(qū)塊7口煤層氣井加裝回注水裝置前后液面降速對(duì)比表

圖4 XX區(qū)塊5口煤層氣井加裝回注水裝置前后沖次對(duì)比圖

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)XX研究區(qū)煤層氣井排采作業(yè)中存在的問題，提出在煤層氣井井口加裝回注水裝置的措施。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)表明，采取上述措施后取得了明顯成效：有效控制動(dòng)液面并減少因煤粉沉降導(dǎo)致的修井作業(yè)，實(shí)現(xiàn)煤層氣井的穩(wěn)定排采；延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。因此，在煤層氣井井口加裝回注水裝置的措施具有可行性，能夠在煤層氣開發(fā)區(qū)推廣應(yīng)用。

［1］蔚遠(yuǎn)江，楊起，劉大錳，等 ．我國(guó)煤層氣儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ［J］．地質(zhì)科技情報(bào)，2001，20（1）：57-58．

［2］劉升貴，賀小黑，李惠芳 ．煤層氣水平井煤粉產(chǎn)生機(jī)理及控制措施 ［J］．遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科版），2011，30（4）：513-515．

［3］晏海武 ．煤層氣井桿管環(huán)空中煤粉排出條件的研究 ［D］．青島：中國(guó)石油大學(xué)，2010．

［4］陳振宏，王一兵，孫平 ．煤粉產(chǎn)出對(duì)高煤階煤層氣井產(chǎn)能的影響及其控制 ［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2009，34（2）：230-232．