煤层气井作业地质施工设计优化研究

郑 元 静

(泰安市建筑设计院有限责任公司，山东 泰安 271000)



煤层气井作业地质施工设计优化研究

郑 元 静

(泰安市建筑设计院有限责任公司，山东 泰安 271000)

介绍了煤层气井下作业故障的原因，分析了沁水地区泵故障、煤层吐砂、抽油杆断脱三种井下作业故障的周期与影响因素，并探讨了对应的解决方法，旨在延长煤层气井作业周期。

煤层气井，井下作业，泵故障，抽油杆

为延长煤层气井作业周期，保证排采连续进行，研究了井下作业的原因，并在此基础上，优化井下作业地质设计，有效指导了现场的生产，并受到了较好的经济效益。以下就此问题展开详细的论述。

1 作业原因分析

煤层气井下作业原因有12种，分别是卡泵、砂埋、泵漏失、抽油杆断脱、井口整改、灌水压井、解堵、换泵、油管漏、压力计维修、加深人工井底及套管变形[1-4]。

其中，泵故障(卡泵和泵漏失)、煤层吐砂、抽油杆断脱是沁水地区井下作业的三大主要原因。本文分析了这三种井下故障周期长短及其影响因素，并找到了延长其周期相关办法。

2 泵故障

泵故障导致的井下作业占43.8%，是沁水地区井下作业的第一大原因。泵问题包括卡泵和泵效低两种，其中卡泵指煤粉、煤泥或粉砂等固体物质在泵筒内沉淀，将柱塞卡死在泵筒里的现象；泵效低指泵漏失或绕丝筛管被埋导致实际出液量远小于理论出液量的现象，下面将分别对卡泵和泵漏失两种井下故障进行分析。

沁水地区2014年共卡泵184井次，其中斜井泵/自洁泵卡泵162井次，下面主要分析斜井泵/自洁泵卡泵周期及其影响因素。

开发层系以单采11号煤为主，这一地区存在最大的问题是煤层产液能力低，无法将进入泵筒的煤粉等杂质带至井口，致使油管内壁及抽油杆表面结垢十分严重，严重影响了杆和油管的安全使用寿命。针对这一问题，目前采取间抽的办法，将部分煤粉携带至地面。但这一办法无法从根本上解决油管和抽油杆结垢这一问题。泵效低的原因有凡尔表面沾满煤泥而封闭不严导致泵漏失、绕丝筛管被煤泥或砂等固体物质埋住导致液体无法进入泵及泵自身质量问题，其中凡尔封闭不严是导致泵效降低主要原因。泵效低井下故障主要出现在煤层大量出煤泥或吐砂的地区，薛峰北地区单采11号，煤层大量出煤泥，煤泥附着在凡尔表面，导致泵封闭不严，对于这一问题，主要采用碰泵的方式将凡尔表面煤泥震动掉，这一方法并不能从根本上解决泵效低这一现象。目前已要求泵厂家从泵材质入手，使用特殊材料，使煤泥不能粘在凡尔上。对于那些因砂埋而泵效降低的，只能定期进行捞砂作业，防止砂埋管柱这一现象。部分煤层气井开抽前停机时间过长，导致井筒内杂质沉淀到泵筒内，开抽后不久即出现卡泵现象。对于新投产的井，下泵前一定要将井清洗干净，泵下井后要及时开抽，防止煤粉及其他固体物质沉淀。

3 煤层吐砂

3.1 砂埋问题的严重性

砂埋指煤层压裂砂(或煤泥、粉)返吐，在井底堆积，砂面逐步上升，直至将沉砂管、绕丝筛管、泵甚至油管埋住的现象。62口井出现砂埋管柱现象，共123井次，其中砂埋1次的井36口，砂埋2次的井10口，砂埋3次的井7口，砂埋4次的井3口，砂埋5次的井4口，砂埋6次及8次的井各1口。

压裂砂渗透性较好，砂埋管柱初期，煤层气井产液与产气能力变化较小，难以发现。待煤层气井产液与产气明显变少时，砂埋管柱高度已经非常大，造成管柱上提非常困难，容易导致常规井下作业转变成大修，不仅增加了费用还严重损伤了煤层。

3.2 易吐砂井相关建议

1)加强排采管理，严格控制日产液与日产气变化量。对于产气井，日产气变化量要控制在50 m3以内，使煤层内流体流动状态保持稳定，从而降低煤层吐砂速度；

2)加强生产动态监测与分析，及早发现井下异常状态：定期测试功图，判断煤层供液情况，并结合日产液、日产气、套压、动液面四参数分析井下情况，尽早发现砂埋管柱现象；

3)依据煤层气井生产特点，建立正常的井下作业周期，定期作业。对于控制与限制排采阶段的煤层气井，适当缩短井下作业周期，以免砂埋管柱；

4)对于砂埋的井，作业过程中严格限制上提吨位，以免将油管或泵拔断。

4 抽油杆断

4.1 抽油杆断原因分析

抽油杆断脱的原因有疲劳断裂、机械磨损、电化学腐蚀与外力拉断，其中疲劳断裂与机械磨损是最主要原因。通过统计现场数据，发现导致抽油杆断的主要原因有杆柱设计不合理(10%)、杆管偏磨(73%)和化学腐蚀(17%)三种。

杆管偏磨是由于上下冲程中抽油杆与油管相互接触、摩擦导致物理磨损，主要形式有几何偏磨和失稳偏磨。几何偏磨，是由于井身轨迹的原因，如井斜、挠曲等，造成抽油杆与油管接触，相对运动造成偏磨。失稳偏磨，是抽油杆在下冲程运动时，由于底部受到阻力，抽油杆柱失稳弯曲，导致杆柱与油管接触，长时间摩擦，造成杆断，此类断杆约占73%。煤层水中通常含有H2S,Cl-,CO2以及细菌等，这些化学物质将对杆、管产生化学腐蚀，造成杆断脱，此类断杆约占17%。

疲劳断裂指抽油杆在交变载荷重复作用下出现裂纹并被拉断的现象，它一般发生在抽油杆本体处，其典型特征为断面平滑，且轴面垂直，外壁无明显磨损现象。疲劳断裂的主要影响因素有累计使用时间、载荷(井深)、冲次及抽油杆材质。

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，它在抽油杆接箍和本体处均可能发生。抽油杆发生机械磨损后，接箍变薄，本体变细，其抗拉强度降低，因而较易出现断裂现象。机械磨损主要受载荷(井深)、井身质量及冲次等因素影响。

油管内所充满的地层水不仅具有一定的矿化度，还含有较多的煤粉、煤泥及其他固体颗粒，因此易在抽油杆表面发生电化学反应，进而不断腐蚀抽油杆。此外，地层水溶解有一定量的H2S，形成酸性溶液，与抽油杆发生化学反应，从而腐蚀抽油杆。抽油杆被腐蚀后，表面会出现结垢现象。地层水电化学腐蚀能力取决于地层水矿化度、固体物质及酸性气体含量。

外力拉断抽油杆是指煤层气井出现卡泵故障时，作业队上活动解卡时拉力过大，将抽油杆拉断，它具有明显的缩径现象。抽油杆能够承受的拉力是一定的，要严格限制抽油杆上提时的拉力，坚决杜绝人为拉断抽油杆现象。

4.2 抽油杆断解决办法

1)加强井下作业管理，提高井下作业质量，这是延长抽油杆断脱周期的最根本途径。煤层气井活动解卡时，严格限制上提吨位，以免将抽油杆人为拉断或拉变形。管柱提出后，需逐根检查抽油杆磨损情况，对于磨损中等及严重的抽油杆必须予以更换。

2)严把管杆设计，不断提高设计水平。对于新投产的井，依据井身质量下注塑杆、杆间扶正器与滚轮扶正器；对于修井作业的井，要依据上提出来的抽油杆磨损情况完善设计。

3)建立煤层气井定期测试功图的制度，及时掌握煤层气井载荷变化情况。目前各排采队能够使用的功图仪数量较少，其使用较混乱，仅对部分重点井不定期测功图，这使得大部分煤层气井测试周期较长且无规律。因此需要依据煤层气井生产特点建立定期测试功图的制度，发现实际载荷的动态变化特点，从而准确判断煤层气井井下状态。

4)对于产水量大高冲次排采的煤层气井，要换大泵或将冲程调大，从而在不影响日产水量的前提下降低冲次。在抽油机载荷及发电机动力可以承受的前提下，将那些深井抽油杆全部换成19 mm抽油杆。

5 结论与建议

1)加强井下作业原因分析，依据煤层气井生产特点，建立正常的井下作业周期，定期作业，这是减少大修作业次数和降低井下作业对煤层伤害的最现实的手段；

2)加强井下作业监督，提高井下作业质量，这是延长井下作业周期的最直接方法；

3)加强排采管理，保证煤层气井连续、稳定排采作业，这是减少井下作业次数的最重要的方法；

4)严把设计关，结合井下作业过程中反映出的问题不断提高设计水平，杜绝因设计原因导致井下作业周期变短的现象；

5)加强物资管理，新设备尤其是泵在试用无问题前，严禁批量使用；

6)对于新设备、新技术和新技术试验，要提前选好井，待该井井下需作业时再进行试验。

[1] 李颖川.采油工程[M].北京：石油工业出版社,2002.

[2] 顾尚洪.抽油杆柱设计方法剖析[J].石油钻采工艺,1989(4)：5-6.

[3] 王海斌.抽油杆受力分析及优化管理[J].江汉石油学院学报,2004,26(4)：103-104.

[4] 张兆顺,崔桂香.流体力学[M].北京：清华大学出版社,1999.

On optimal design for geological construction of coal-bed gas well

Zheng Yuanjing

(ArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd,ofTai’anCity,Tai’an271000,China)

The paper introduces the reasons for the default at the construction of the coal-bed gas well, analyzes the cycle for the default and influential factors from the pump default in Qinshui Area, sand from coal-bed, and disconnect of sucker rod, and explores the respective solutions, so as to prolong the construction period of the coal-bed gas well.

coal-bed gas well, construction under well, pump default, sucker rod

1009-6825(2017)13-0075-03

2017-02-27

郑元静(1981- )，男，工程师

TD163

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