某区块煤层气田井下作业因素分析

王 娟 (西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

王 涛 (塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000)

杨贤军 (延长油田青平川采油厂勘探开发研究所，陕西 延安 717200)

杨 敏，姬 江 (西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

某区块煤层气田井下作业因素分析

王 娟 (西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

王 涛 (塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000)

杨贤军 (延长油田青平川采油厂勘探开发研究所，陕西 延安 717200)

杨 敏，姬 江 (西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

随着煤层气井排采时间的增长，气井井况日趋变差，排采制度不合理及抽采设备等因素使煤层气井不能正常生产。为了恢复产能，井下作业显得越来越重要。分析某区块井下作业现状，总结出井下作业原因主要有3个方面：卡泵、抽油杆断脱及油管漏。对这3个方面进行综合分析，总结出导致煤层气井井下作业的3个主要因素：排采制度、管柱设计方案和地层水的腐蚀作用。最后针对这3个影响因素，从排采制度、管柱设计方案和管杆质量等方面提出了相应的改善措施。

井下作业；卡泵；抽油杆断脱；油管漏

井下作业严重的影响煤层气井的稳定、连续排采，同时增加了生产成本。据统计，研究区煤层气井的井下作业周期为13个月，分析井下作业原因，有利于预防井下事故，减少井下作业次数，保证连续排采，实现煤层气井的高效开发。

1 井下作业现状及原因分析

对研究区煤层气井井下作业情况进行统计分析，认为造成研究区井下作业的原因有多种，但主要的为卡泵、抽油杆断脱和油管漏3种。

1.1卡泵

分析研究区卡泵井主要表现为2种：一是当产水量过大时，煤粉被带入泵筒内，快速运动的柱塞与煤粉“接触”的几率增大，长时间导致柱塞运动速度减慢或卡死；二是产水量小引起的煤粉沉淀性卡泵，由于煤粉不易被外排水携带排出，在泵筒内沉淀，长时间导致固定凡尔被堵死或柱塞与煤粉“接触”引起杆柱上行遇阻而卡泵。

1.2抽油杆断脱

总结抽油杆断脱的原因主要有3个：疲劳断脱、机械磨损和地层水腐蚀作用。

1)疲劳破坏断脱 随抽油杆使用时间增长、排采冲次过大及抽油杆在足够大的交变载荷重复作用下，抽油杆外形突或表面刻痕等部位出现裂纹并被拉断的现象。分析X-1井起出抽油杆，其典型特征为断面平滑且轴面垂直，外壁无明显磨损现象[1]。现场反馈材料表明，抽油杆断裂明显发生在泵上0～400m位置，主要是因为下冲程时，抽油杆下端受向上的浮力和杆柱整体向下的力，收压后，迫使抽油杆失稳弯曲，增大了扭力和摩擦力。抽油杆下部在不对称的交变循环载荷作用下，抽油杆下部出现断裂的几率相对要高。

2)机械磨损 机械磨损指抽油杆上下运动过程中与油管接触磨损的现象(见图1)，在抽油杆接箍处和本体均可能发生。管柱结构不合理和井斜角偏大均是导致抽油杆偏磨的重要原因[2]。直井在上冲程时抽油杆管柱失稳晃动与油管产生摩擦，在下冲程时抽油杆底部受压弯曲，与油管之间产生偏磨。定向井在井斜较大的拐点处由于油管弯曲，较易在上下冲程运动时抽油杆接箍及抽油杆本体与油管产生机械磨损。

3)腐蚀的影响 水质矿化度的高低与其腐蚀性紧紧相关，地层水的矿化度越高，对抽油杆的腐蚀性就越强。水样分析化验表明，研究区内水矿化度介于10000～50000mg/L之间，属强矿化度水质。当抽油杆材质受到碰撞、敲击、弯曲后，防腐表层破坏，抽油杆上外露的基本金属被腐蚀形成蚀点，蚀点部位容易产生应力集中导致断裂。

1.3油管漏

全角变化率较大、管柱设计不合理及地层水腐蚀是造成研究区油管漏的主要因素。

1)全角变化率较大 全角变化率较大时，在油套管环空中，油管是弯曲的，抽油杆与油管相互接触是不可避免的。在“狗腿”处，抽油杆柱上下冲程运动时，在重力和柱塞液柱载荷的作用下抽油杆接箍与油管内壁产生摩擦，导致油管内壁变薄产生裂缝引起漏失[3]。

2)管柱设计不合理 管柱设计不合理也是导致油管短期内出现裂缝漏失的主要原因。在近井口井段，由于抽油杆柱重力的影响，一直处于受拉状态，因该井段与井口的同心度一般较好[4]，发生偏磨的几率较小。对于定向井，中部井段的造斜段井斜变化较大，易发生偏磨。

3)地层水腐蚀 强矿化度地层水会引起油管不同程度的腐蚀。腐蚀作用现已对部分井的管柱产生了严重影响，不仅缩短了煤层气井油管的使用寿命，同时增加了修井费用。

2 井下作业解决方法及防护措施

分析研究区井下作业原因，卡泵属于泵故障，与煤层产出煤粉和煤泥密切相关，可通过调整排采制度来减少和防止其煤粉产出；抽油杆断脱和油管漏属工艺范畴，可通过优化管柱设计来减少偏磨。

2.1排采因素

针对研究区卡泵井，可按产水量的大小将其分为2类以防止卡泵：大水量卡泵(日产液量大于10m3/d)和小水量卡泵(日产液量大于5m3/d)。可通过快慢抽结合制度，计算油管内水量彻底外排一次所用的时间，有效地进行快慢抽精细作业，将泵筒内煤粉、煤泥尽量排出地面。

1)产液量大于10m3/d 可每天定时定量安排慢抽，使泵筒、环套空间内水中的煤粉沉淀和较大粒径的煤粉颗粒难以进入筛管和泵筒，降低了进入筛管、泵筒水中煤粉的含量；恢复至之前产水量后，因慢抽滞留在泵筒或筛管外的煤粉将被正常大水量携带流出。如此反复抽排，一方面煤粉进入泵筒的量得到了控制，另一方面泵筒内煤粉被尽量排出地面，有效防止了卡泵作业的发生。如X-2井供液指数较强，该井容易出现泵效降低的现象，之前采取每天快抽和不定期碰泵的方法，但效果不明显。从2012年2月14日，通过计算开始执行每天上午以产水量11.89m3/d慢抽4h的排采制度，经过1个月的试验观察，泵效明显提高(见图2)，有效的防止了卡泵现象的产生。

2)产液量小于5m3/d 定时进行快抽，以防止因煤粉滞流而不能排出井筒；如果产水量过小可安装回注，以保持油套环空中水循环，循环中水从井底抽汲出到再次返回到井底产生压差，利用这个小压差激动地层，可起到防止煤粉沉淀和疏通地层的作用。回注井须定时将出水管线阀门打开，使长期在油管和泵筒中沉积的煤粉排出，以防卡泵。以研究区X-3井为例(见图3)，煤粉卡泵是该井修井的主要原因。该井于2011年12月6日安装回注水装置，每天定时将泵抽排的水完全外排。液面稳定后以每天0.5m3/d逐渐加大泵抽排的水量，延长了修井周期，保证了排采的连续性。

2.2管柱结构

管柱的设计应针对不同井类型、井段以及管杆受力情况等特点进行设计，具体设计应遵循以下原则：①注塑杆下放遵循上疏下密原则；②在井轨迹拐点处配合使用滚轮扶正器、抽油杆短节及杆间扶正器，以有效的缓解抽油杆柱下部受压产生的弯曲变形，减少油杆偏磨断裂；③对大沉没度井上提泵挂、加大抽油杆与油管之间环空面积、采用高强度抽油杆和简化管柱等综合性措施。④根据现场偏磨情况大致判断出受力中和点的位置，在进行管杆设计时适当地减少中和点以上位置扶正器的使用[5]，具体的管柱结构设计则应根据井的实际轨迹状况而定。

图2 X-2井排采曲线图 图3 X-3井排采曲线图

以X-1井为例加以说明。X-1井井修井前设计为井深0～100m：使用∅19mm抽油杆，其余井段使用∅16mm抽油杆；100～399m：在226、280、343、399m处各加一个滚轮扶正器，226m滚轮扶正器上部加防脱器；399～843m：每10根抽油杆加一根注塑杆。

根据该井现场的偏磨情况与管杆设计原则对该井的管柱结构进行重新设计，因为该井0～250m为直井段，观察现场偏磨情况，约从160m处开始有偏磨的现象，因此只在144m、200m和248m处分别加1根注塑杆；250～380m之间为造斜段，分别在292、332、372m处各加1个滚轮扶正器，即造斜始点、中点和终点处，该井造斜段较平缓，因此只在滚轮两端加1根4m短节，其余井段均用8m抽油杆，在短节两头各加1个杆间扶正器，目的是增加扶正器的作用范围同时防止短节接箍偏磨；380～830m之间为稳斜段，因下部井段会因抽油杆与油管弯曲接触发生偏磨，且越往下偏磨越严重，所以结合该井井身轨迹在下半井段每40m加1根注塑杆，往下依次加密。这样不仅减缓了抽油杆偏磨和油管漏造成的井下作业，也有效延长了检泵周期。

2.3防腐措施

井下管杆腐蚀是可以控制的，根据气井的腐蚀特征和生产状况，选取防腐性油管、抽油杆，并结合加入防腐剂等防腐措施。

3 结论及建议

1)卡泵井可按其产水量大小，利用快慢抽时间公式计算出合理的水量，制定合理的排采制度以防止卡泵作业。

2)管杆偏磨是造成油管漏的主要原因，管杆偏磨受多种因素的影响，包括井轨迹影响及管柱结构等。

3)通过对杆柱系统进行合理的优化设计，能较大程度降低成本，有效地延长抽油杆寿命和油管因偏磨漏的修井周期。同时应积极开展油管腐蚀评价工作，积累更多不同类型气井油管的实际腐蚀调查资料，从中归纳总结出正确的认识，更好地为防腐措施的制定和调整服务，使防腐工作更科学。

[1]王显丰,佟雪松.抽油杆断脱的原因及预防措施[J].化学工程与装备,2009(9)：75-76.

[2] 蔡俊杰.抽油杆断脱原因分析[J].西南石油学院学报,2004(1) ：75-78.

[3] 杨芳丽,侯红武.油管漏失机理分析及对策[J].内江科技,2010(4)：74-75.

[4] 张雄文.井下油管漏失原因分析及对策[J].内蒙古石油化工,2010(8) ：67-68.

[5] 孙国峰,马金春，张保民，等.抽油杆断脱原因剖析及防治措施探讨[J].中国高新技术企业,2011(11):101-108.

2012-10-26

王娟(1984-)，女，硕士生，现主要从事天然气地质与开发方面的研究工作。

TE933

A

1673-1409(2013)02-0102-03

[编辑] 洪云飞