山西长治区块煤层气集水系统优化

丁涵 宋沛航 米光伟 童建新 黄茜 刘晓杰

（1.中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司；2.中国石油天然气股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司；3.华港燃气集团有限公司）

排采水作为煤层气井生产的副产物，其拉运处理工作在生产运行中占一定比例，山西煤层气田目前老区块采用水罐车拉运方式处理排采水，每年排采水的拉运处理费用近百万元，如遇雨雪天气，影响道路通行，排采水不能及时拉运，造成部分煤层气井不能正常生产。因此，2017年，长治区块新投产的39口井建设了集水系统，但是在前期生产运行过程中，该集水系统频繁出现管道堵塞、盘根刺水问题，需要优化。

1 集水系统存在问题

长治区块39口新井位于丘陵地带，其气、水管道依地势同沟敷设，39口新井共敷设集水管道6.78 km，新建蓄水池1座。该区域集水管网走向和管道连接如图1和图2所示。

新井投产后，发现集水系统存在两个主要问题：

一是管道堵塞，长治区块39口新井投产后，一个月内发生 3口井、5井次堵塞，生产单位多次组织抢险。

图1 集水管网走向

二是盘根刺水，除新建的39口井外，沁南—夏店区块原有煤层气井的排采水都是直接排放到各井场已建的排采沉淀池中。敷设集水管道后，新建39口井井口会形成一定的回压（通常在0.2 MPa以内）。如果井口密封效果较差就会造成盘根刺水，致使井场内泥泞不堪，引发安全环保问题，影响集水系统运行效率和巡检班人员正常的巡检工作。

图2 集水管道连接示意

2 原因分析

2.1 管道堵塞原因

绝大部分煤层气是以吸附的方式储存在煤基质中，需要降低地层压力才能使煤层气井解吸产气。在煤层气井的排采过程中，煤粉产出伴随着气井生产全过程。部分煤粉经排采泵吸入，提升至地表，通过集水管网排放。通过计量排出煤粉量，同时根据煤层气井排采现场煤粉颗粒的粒径取样测试，可以将产出煤粉颗粒粒径的变化分为三个阶段。各排采阶段煤粉产出规律如下：

第一阶段为初期产气阶段，以中、细颗粒煤粉为主，颗粒粒径 1～5 mm，煤粉质量分数高，部分井煤粉质量分数达到8%，细颗粒煤粉以悬浮液形式排出井筒，进入集水管道。

第二阶段为产气高峰期，以细颗粒煤粉为主，颗粒粒径小于2 mm，煤粉质量分数较低，多数井质量分数低于 0.5%，部分煤粉以悬浮液形式排出井筒，该阶段煤层气井井底压力接近于零，仅少量产水。

第三阶段为产气后期，以微细颗粒为主，颗粒粒径小于1 mm，可随气体以粉尘形式排出，该阶段煤层气井井底压力为0，基本不产水。

新井投产初期产气阶段，以中、细颗粒煤粉为主。大量的中、细颗粒煤粉在管道的拐点、低洼处聚集，是造成集水系统管道堵塞的主要原因，也证实了前期试验一个月内发生了5井次管道堵塞、随后集水系统运行相对平稳的状况。因此，如何防止大颗粒煤粉进入集水系统是解决集水管道堵塞问题的重点。

2.2 盘根刺水原因

一是集水系统建成后，采用管输方式将排采水集中到新建蓄水池，会对井口造成一定回压，压力值约为 0.1～0.2 MPa，高于就地排放到排采沉淀池时的管道压力，因此，对井口的密封效果要求更高。目前，沁南—夏店区块抽油机井井口密封装置为普通盘根盒+橡胶盘根［1］，难以满足煤层气井口承压的要求。

二是井口偏磨严重，煤层气井投产运行几个月后，由于管道形变、抽油机基础下沉，会不同程度地存在井口偏磨情况。井口不对中，光杆与盘根盒出现偏磨，导致光杆与盘根盒受损，造成盘根刺水，能耗增加，污染环境。

3 改进措施

为防止集水管道堵塞，在井口工艺安装的设计中，加入堵塞物沉淀“口袋”（见图3），该设计结构简单，操作方便。依靠重力作用使大颗粒煤粉聚集、沉淀在“口袋”中。“口袋”下方安装管帽，用于排放沉淀在“口袋”中的煤粉煤屑。投用以后集水系统运行平稳，各作业区定期排放管道“口袋”中的沉积物，此后再未出现管道堵塞问题。

图3 井口工艺优化安装示意

针对井口偏磨情况严重问题，生产单位调研、试验了多种盘根盒、盘根后，优选了适合煤层气井的防偏磨盘根盒与石墨夹线橡胶盘根。通过实施上述措施已经能够满足井口0.2 MPa的回压要求。

4 结束语

集水系统建设首次应用于长治区块39口新井，是对煤层气田排采水集输方式的一种探索。投产初期，多次发生管道堵塞问题，部分井场盘根刺水严重，但是实施改进措施以来，再未发生上述问题，系统运行良好。集水系统的建设解决了部分煤层气井排采水集中拉运处理难的问题，为后期新井投产建设集水管网提供了经验。