延川南煤层气田修井原因分析及对策

张文洪

(临汾煤层气分公司，山西 042100)

截止2017年12月，延川南煤层气田共有920口生产井，统计2016～2017两年的修井原因发现，对于延川南煤层气井而言，修井原因最多的是泵堵塞和卡泵，最少的是抽油杆断脱(见表1)。

表1 延川南煤层气田2016～2017年修井原因统计

1 煤层气井修井作业原因分析

1.1 泵堵塞及卡泵

不同于油井，煤层气井产液为煤粉和水的混合物，由于延川南煤层气田低产液的特点(图1)，井筒中液体流速较低，导致粒径较大的煤粉无法被有效携带至地面，从而造成煤粉在井筒中堆积，使煤粉堵塞抽油泵泵筒或煤粉卡泵。统计发现，2016～2017两年时间里因泵堵塞及卡泵造成修井累计占比63%，煤粉是造成煤层气井修井的首要因素。

图1 延川南煤层气田各阶次产液量对应井数

1.2 油管漏失

造成油管漏失的原因有两个，机械偏磨和化学腐蚀。机械偏磨的原因主要是由于井斜及狗腿度的影响，抽油杆柱在油管中并不是直上直下，在上下行程过程中容易和油管相互偏磨，若偏磨长期集中在同一位置，则容易造成油管因机械磨损而产生裂缝。化学腐蚀的原因主要是由于地层水中的氢离子、溶解氧等无机盐离子与油管形成原电池，原电池产生的电化学反应使油管中的铁变成铁离子，使油管上的铁逐渐剥离进而导致油管漏失。

1.3 泵漏失

泵漏失是凡尔本体和球座密封不严所致，分为游动凡尔漏失和固定凡尔漏失，从2016～2017两年修井统计情况来看，游动凡尔漏失出现的情况较少，主要还是固定凡尔漏失。造成漏失的原因主要是因为地层流体腐蚀凡尔和球座，致使上面出现凹点，从而导致其无法密封，液体无法举升至地面。

1.4 抽油杆断脱

造成抽油杆断脱的原因有三个，一是机械磨损，抽油杆在上下行程过程中和油管不断摩擦，造成抽油杆偏磨断脱；二是疲劳破坏，由于修井过程中过多重复使用抽油杆或者参数设计不合理，抽油杆的使用超过其疲劳极限；三是腐蚀破坏，如果井下流体和气体具有较强的腐蚀性，抽油杆容易发生腐蚀断裂。统计发现，煤层气井因抽油杆断脱而修井的井数最少,两年间仅有22井次,这是因为延川南气田的煤层气井的冲次普遍较低(图2)，冲次在0.1～1.0之间的占据了60%，根据抽油杆的最大工作应力计算公式，随着冲次的减少，抽油杆的最大工作应力也会随之减少，从而能够大大降低因疲劳破坏对抽油杆造成的损伤。

图2 延川南煤层气田各阶次冲次占比

2 延长延川南煤层气井免修期的对策

由以上分析可知，煤粉是造成固定凡尔堵塞和卡泵的重要原因，腐蚀是造成凡尔漏失的重要原因，腐蚀和偏磨是造成管漏及抽油杆断脱的重要原因。对延川南煤层气田而言，煤粉的影响最大，其次是腐蚀和偏磨，因此做好防煤粉、防腐蚀及防偏磨措施，能够大大减少年维护率，节约修井成本,减少对煤层气井生产的影响。

2.1 防煤粉

2.1.1 加入煤粉悬浮剂

煤粉悬浮剂能够吸附在煤层表面，降低两种互不相融的物质(煤和水)之间的作用力，并能够有效悬浮煤粉。因此加入煤粉悬浮剂的作用主要是增加煤层水携带煤粉的能力,从而使一部分原本无法携带至地面的煤粉被携带至地面，减少煤粉在井筒中的沉降。

2.1.2 带压洗井

对于出煤粉较为严重的井，延川南煤层气田自制了带压洗井装置，可以在不放套压的情况下对煤层气井进行洗井作业，在洗井的过程中同时通过变频器加快抽油机冲次，保证洗进液量等于抽油机抽出液量，这样可以使煤层气井的流压在洗井过程中保持稳定，同时快冲次大液量机抽也可以使井底煤粉被携带出地面，从而达到清洗井筒的目的。

2.1.3 优化机抽管柱

延川南煤层气田经过摸索，通过优化井下工具及管柱设计，总结出了一套有效的防煤粉完井工艺。主要有以下几项：

图3 防煤粉泵结构示意图

(1)对于出煤粉比较严重的井，将普通泵更换为防煤粉泵(图3)。相较于普通泵而言，防煤粉泵中不再配置固定阀，在泵筒中部开侧向进油口，泵在上行程过程中抽一段真空，柱塞上升至进油口位置以上后，油液从侧向高速流入。由于泵中不存在固定阀，所以从根本上避免了煤粉埋固定阀的问题，另油液高速进入泵筒，产生激流，使其快速从游动阀排出，避免了煤粉在真空腔内的沉积。

(2)采用防砂气锚

在气锚的进液通道处缠上滤砂网，携带砂子(煤粉)的液体经过气锚的滤砂网时，直径较大的砂子(煤粉)颗粒被直接过滤。防砂气锚外缠的滤网孔眼直径为0.15mm，因此能够有效过滤粒径大于0.15mm的煤粉。

(3)减少管杆环空面积，使用小泵生产

在需要日产水量一定的情况下，环空里的液体越少，需要的流速越大，煤粉就越容易带至地面，因此在满足生产要求的前提下，可以通过减少油管内径，使用小泵生产来促使煤粉更加容易排出。

2.2 防腐蚀

(1)加入阴极保护器。其工作原理是牺牲阳极保护法，即在正在作用的腐蚀电池体系中接入一个比铁的还原性更强的电极作为保护极，与铁重新构成原电池，还原性较强的金属作为阳极发生氧化反应而不断消耗，被保护的铁作为正极就可以避免腐蚀。

(2)对于腐蚀严重的井，可以针对油管的腐蚀环境适当注入缓蚀剂或者在油管表层镀一层锌，减缓油管的腐蚀。

2.3 防偏磨

偏磨严重是造成管漏及抽油杆断脱的重要原因。防偏磨主要有以下几个措施：一是在偏磨井段抽油杆加装扶正器；二是在偏磨井段抽油杆普通接箍更换为镀钨接箍并配套内衬油管，这样能有效提高油管和抽油杆接箍的耐磨性；三是在抽油杆尾部使用加重杆，这样能有效减轻下部抽油杆柱受压应作用发生的变形；四是使用油管锚,油管锚定在套管上，能够有效防止抽油杆上下行程过程油管蠕动或弯曲造成的偏磨，而且还能够减少冲程损失，提高泵的有效冲程，从而提高泵效。

3 结论

(1)对延川南煤层气田而言，造成修井的原因主要是煤粉、腐蚀和偏磨，其中煤粉的影响最大，其次是腐蚀和偏磨，因此做好防煤粉、防腐蚀及防偏磨措施，能够大大减少年维护率，节约修井成本。

(2)加入煤粉悬浮剂、带压洗井、使用防煤粉泵和防砂气锚、减少管杆环空面积及使用小泵生产是防煤粉的有效措施；加入阴极保护器、定期向井筒注入缓蚀剂或者在油管表层镀一层锌可以防止井下工具腐蚀；偏磨井段加装扶正器、使用油管锚、偏磨井段抽油杆普通接箍更换为镀钨接箍并配套内衬油管、抽油杆尾部使用加重杆可以减少偏磨情况的发生。

参 考 文 献

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