沁水煤层气田L型水平井防窜气技术研究

田 江 霸 振 陈志鑫 王 硕 刘方成 李 城

(1.中国石油股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司， 山西 048000;2.河北华北石油天成实业集团有限公司， 河北 062552)

1 引言

随着煤层气事业的发展，以往直井和定向井的井位布局已被舍弃，产生了大井场多口井台的布井思路，形成了大斜度丛式井、U型井、L型等井型。

华北油田山西煤层气勘探开发分公司(以下简称分公司)在沁水盆地煤层气田投产的L型水平井，全部采用水力管式泵或同心管射流泵的无杆排采工艺；在排采初期，不同程度出现窜气现象，通过安装流量计测试，损失气量瞬时值为24～40m3/h，折算气量576～960m3/d；不仅影响了排采设备的正常运转，而且降低了公司的商品总气量。

2 L型水平井窜气原因分析

2.1 L型水平井基本情况

分公司已投产的18口L型水平井中，7口井使用水力管式泵排采，累计日产气约1.5万m3，累计日产水7.9m3(表1)。

表1 水力管式泵排采基本情况

11口井使用同心管射流泵排采，累计日产气约1.1万m3，累计日产水99m3(表2)。

表2 同心管射流泵排采基本情况

2.2 窜气原因分析

2.2.1 管柱结构影响

L型井在钻井完成后，全部采用底部开口的管柱结构进行排采，排采管柱最下端端吸入口位;于生产井垂深最深处的下倾井段，随着排采时间的延长，当煤层气解析后，气体会直接从吸入口进入泵工作筒，见图1，此时气量越大，进入泵筒的气体越多，泵组受影响越大，同时排采泵组的抽吸作用也会加剧气体的进入量。

图1 管柱结构示意图

2.2.2 井底流压的影响

随着排采时间的继续延长，井底流压逐步减小，动液面也会随之降低，当生产井进入控压产气阶段，此时井底流压已降低至与井口套压接近或基本持平，此时井筒动液面位于排采管柱的进液口位置，泵筒沉没度为零，甚至为负值，气体从进液口进入排采管柱，产生窜气。

3 防窜气措施研究

3.1 优化井筒工艺

本着如下原则，优化井筒工艺。首先，保证井筒内有充足的安全空间，在管柱下放、上提过程中顺畅，不遇阻；其次，保证顺畅的气液通道，避免井下压力计等井下工具不受损坏。

优化工艺如下：

(1)在排采管柱中，设计并下入气液分离装置，即在管柱结构中加入插入式水平气锚(图2)。

①结构组成

倒锥丝堵+尾管×20m+筛管×2m(D48mm小油管×9.5m置于筛管内)；

②筛管孔径

射流泵：2mm绕丝筛管；

无杆管式泵：8mm圆孔筛管。

利用重力偏心旋转的原理控制打孔部位的朝向，使中心管的进液口始终朝下。

③进液口位置

进液口置于井斜小于90°的井段(87°～90°)，呈下倾状态；小油管有8m长度位于尾管中，在井筒中进液口和筛管垂深相差0.5～1m左右，利用垂深差(重力作用)达到较好的气液分离效果。

图2 插入式水平气锚示意图

(2)根据钻井井眼轨迹和井斜角变化率，选择较平滑的井段下泵，防止井斜变化较大导致管柱无法下放至指定位置，发生二次事故。

图4 M12井排采曲线图

4 现场应用

插入式气锚已在全部18口L型水平井中应用，对于采用水力管式泵的L型水平井，同时精确设置洗井时间，水管线只有极少量气泡，窜气影响排采现象消失。

对于采用射流泵排采的L型水平井，同时优化自动化控制程序后，窜气问题也得到解决，例如M12井，排采曲线见图4，通过水箱上加装的气体流量检测仪测试，瞬时由24～40m3/h降为0m3/h,单井日产气量从134m3到目前的1899m3，并且稳步提升。

[1] 李景明,巢海燕,李小军,等.中国煤层气资源特点及开发对策[J].天然气工业,2009(04).

[2] 李文阳,等主编.中国煤层气地质评价与勘探技术新进展[M].中国矿业大学出版社,2001.

[3] 张洪,何爱国,杨风斌,等.“U”型井开发煤层气适应性研究[J].中外能源,2011(12).

[4] 郭大立,贡玉军,李曙光,等.煤层气排采工艺技术研究和展望[J].西南石油大学学报(自然科学版),2012(02).

[5] 孟庆春,左银卿,周叡,等.沁水盆地南部煤层气水平井井型优化及应用[J].中国煤层气,2010(06).