射流泵在延川南煤層氣田排采中的應(yīng)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(shù)、專業(yè)裝備影響，煤層氣資源開發(fā)仍處于初級(jí)階段，需分析如何合理開采煤層氣[1]。射流泵技術(shù)發(fā)展已有幾十年，其在油田開采中應(yīng)用廣泛，在井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、腐蝕嚴(yán)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(jié)合射流泵特點(diǎn)，分析如何利用射流泵合理落實(shí)煤層氣排采。

1 煤層氣田排采技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 工藝要求

煤層氣以吸附狀態(tài)位于煤層，其吸附為可逆的物理吸附，對(duì)煤層氣排采也是排水降壓的連續(xù)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(diǎn)如下。

（1）排液量小

煤層氣排采前期排液量較大，而后穩(wěn)產(chǎn)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(dǎo)致排采過程中煤粉沉降，長(zhǎng)時(shí)間如此易導(dǎo)致凡爾漏失或卡泵，致使檢泵作業(yè)[3]。

1.2 排采設(shè)備的問題

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

（2）經(jīng)計(jì)算Φ19mm的抽油桿桿與Φ73mm油管組合下能排出煤粉的最小日產(chǎn)液量為1.46m3，若產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由噴嘴、吸入管、喉管、擴(kuò)散管構(gòu)成。排采裝置為井下射流泵、動(dòng)力液管柱、混合液管柱、井口裝置、地面動(dòng)力裝置等構(gòu)成。

地面泵將高壓動(dòng)力液通過噴嘴形成動(dòng)能，將周圍井液吸入喉管，在喉管混合后進(jìn)入擴(kuò)散管，之后降低液體流速，將動(dòng)能轉(zhuǎn)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(yīng)用

延川南區(qū)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(qū)塊煤粉粒徑小于0.15mm的占比33 %，無法用防砂網(wǎng)阻止其進(jìn)入泵筒[4]，故提出以射流泵進(jìn)行無桿舉升排采。

3.1 大斜度煤層氣井中射流泵的適應(yīng)性

3.1.1 射流泵工作特性

煤層氣排采中，噴嘴、喉管和擴(kuò)散管位于井下，射流泵運(yùn)作時(shí)，動(dòng)液面逐漸下降，因此吸入口壓力處于不斷變化狀態(tài)，需調(diào)整噴嘴壓力，確保射流泵高效運(yùn)作。不同面積比下隨動(dòng)液面的變化確保泵效最高對(duì)應(yīng)的井口壓力如表1所示。

表1 不同面積比下隨動(dòng)液面的變化確保泵效最高對(duì)應(yīng)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(fā)實(shí)際情況，判定面積比為0.410、0.512、0.640時(shí)符合開發(fā)需求，此時(shí)泵效達(dá)到30%。

3.1.2 射流泵應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

采用射流泵進(jìn)行排采，排采不再受井斜角度影響，其井口、井下無運(yùn)動(dòng)部件，可滿足不同井斜角的生產(chǎn)井生產(chǎn)需求。同時(shí)，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(xiàn)象發(fā)生，其吸入口設(shè)置繞絲篩管，可對(duì)泵進(jìn)行保護(hù)，確保排水采氣生產(chǎn)穩(wěn)定。射流泵維護(hù)較為方便，可隨時(shí)更換井下泵，對(duì)應(yīng)的檢查周期較長(zhǎng)，撈泵周期可達(dá)14～15個(gè)月。此外，射流泵的工作參數(shù)調(diào)整較為方便，微調(diào)可調(diào)節(jié)變頻器頻率，控制好地面泵出口流量、壓力。

3.1.3 射流泵對(duì)井斜適應(yīng)性

射流泵井下工具所能適應(yīng)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(xiàng)數(shù)據(jù)符合表內(nèi)要求，則可確保井下工具穩(wěn)定起下。

表2 井下工具適應(yīng)井筒的實(shí)際最小曲率半徑和最大造斜角數(shù)據(jù)表

按照煤層氣排采質(zhì)量控制要求，定向井井斜應(yīng)為75°，全角變化在3.5°/30m以下。水平井斜控制在90°以內(nèi)，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(duì)煤粉的適應(yīng)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(shù)，可有效攜帶煤粉。

3.1.5 射流泵對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性

延川南區(qū)塊水質(zhì)高礦化突出，區(qū)塊內(nèi)煤層水樣全分析顯示萬寶山構(gòu)造帶水型為CaCl2型，總礦化度10～100g/L，其腐蝕性較強(qiáng)，長(zhǎng)期排采會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢，長(zhǎng)期運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致射流泵工作筒出現(xiàn)腐蝕。因此，在使用射流泵過程中，需做好防腐防垢保護(hù)。

3.2 射流泵工藝的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

以延川南煤層氣田特點(diǎn)，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(duì)原噴嘴及喉管配比優(yōu)化為2.06/3.49，地面以柱塞泵支持運(yùn)行。動(dòng)力液通過油管到達(dá)排砂裝置，地層水以尾管吸入噴嘴，在喉管和動(dòng)力液混合，增壓后的混合液沿油管到達(dá)地面。排采過程中，發(fā)現(xiàn)頻率發(fā)生自動(dòng)變化，將頻率調(diào)整到一定值之后，其仍存在0.1Hz波動(dòng)。相同頻率其產(chǎn)液量每班變化較大，若不采用回流，日產(chǎn)液為0.67m3，設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定。

針對(duì)頻率、注水壓力及日產(chǎn)液參數(shù)變化問題，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)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(dòng)調(diào)節(jié)，控制注入壓力穩(wěn)定。經(jīng)改進(jìn)后，發(fā)現(xiàn)射流泵舉升工藝滿足排采制度要求。

4 結(jié)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(shù)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(shí)現(xiàn)煤層氣規(guī)模化排采，確保排采的穩(wěn)定性和連續(xù)性。