高煤阶煤层气不正常井类型及治理技术

贾慧敏，胡秋嘉，祁空军

（中石油华北油田山西煤层气勘探开发分公司，山西 长治 046000）

目前我国煤层气呈现单井产量偏低、井间产量差异大的特征[1]。煤层气开发通过持续排水，将储层压力降至甲烷解吸压力以下，使甲烷通过解吸、扩撒、渗流产出井筒，排水降压是煤层气开发的基本方法[2]。因此，排采对煤层气井产量具有重要影响，目前对储层伤害及合理排采制度等研究较多[3]，但对排采保障技术研究较少。煤层气不正常井指所有受产能以外因素影响，不能连续有效排水，产量已经下降或将要下降的井。煤层气不正常井识别与治理是保障煤层气井排采，实现煤层气井产量稳定的重要保障技术。目前关于煤层气不正常井的研究较少，魏迎春等以韩城区块为例研究了煤粉产出机理及预防措施[4]；梁春红等从示功图角度研究了煤层气井异常类型及治理技术[5]；刘世奇等针对排采各个阶段，从排采机理角度研究煤层气井排采过程中的储层伤害[6]；程林峰研究了煤层气机械排采井生产中常见故障及处理措施[7]；张卫东等首次提出了排采惯性的概念，认为区块内煤层气井排采的非连续性严重制约煤层气井的产能[8]。上述研究对煤层气不正常井进行了不同程度的研究，但未能系统提出不正常井类型、识别方法及治理措施，没有形成完整的技术系列。通过沁水盆地南部1 000 余不正常井不正常前关键排采参数进行大数据分析，提出了煤层气不正常井定量识别指标体系，总结出3 类常见不正常井表现形式，并提出针对性治理对策，以期形成不正常井识别、治理技术系列。

1 煤层气不正常井识别指标

通过对沁水盆地南部1 000 余口不正常煤层气井在不正常前关键参数变化情况进行统计，建立了高煤阶煤层气不正常井识别指标体系，高煤阶煤层气不正常井识别指标体系见表1。

表1 高煤阶煤层气不正常井识别指标体系Table 1 Identification index system of abnormal well of high-rank CBM wells

日产气量、井底流压、套压为不正常井直接判断参数，可以通过单一参数指标判定不正常井；其余为间接判断参数，必须以2 个以上参数组合来判定。即如果煤层气单井日产气量、井底流压、套压变化满足表1 指标范围，则为不正常井。如果日产液量、动液面等其余参数中2 个以上参数满足表1 指标范围，则可以确定为不正常井。现场实践表明，表1 指标体系能够覆盖全部不正常井。

2 煤层气不正常井类型及治理

2.1 流压回升型不正常井

1）表现形式。流压回升型不正常井主要参数相互关系如图1。由图1（a）可知，套压和日产气量均快速下降，表明储层供气能力下降，这是因为流压回升导致已经解吸煤层气重新吸附，未解吸煤层气停止解吸，进而导致储层供气能力下降。数据统计表明，当单井套压下降速度大于0.04 MPa/d、日产气量下降100 m3以上时，90%以上井的流压处于回升状态，对于没有流压力计实时监测流压的井，应该首先核水量，如果由产水量明显降低或不产水，则可以确定流压回升；若产水量变化不大，则核实动液面位置，确定流压是否回升。由图1（b）可知，与流压快速回升井相比，最大的区别在于流压回升速度很慢导致套压、日产气量下降速度很慢，短期内通过日对比不易发现，需要通过长期对比才能发现，因此该类流压回升井隐蔽性更强，需要进行关键参数长期对比才能发现。

图1 流压回升型不正常井主要参数相互关系图Fig.1 Diagram of the relationship between the main parameters of the abnormal wells with bottom-hole pressure rising

2）流压回升原因及治理。排水降压是煤层气开发的基本原理，即通过持续排水将煤层气储层压力降至解吸压力以下，使甲烷通过解吸、渗流产出井筒，因此，流压回升会中断煤层气解吸并使已经解吸煤层气重新吸附，导致煤层气井产量下降或不产气，甚至会造成储层伤害[9]。煤层气井流压回升主要是由于煤层气井排水系统排水效率降低，导致排水量小于煤层向井筒供水量，进而导致井筒中动液面上升。因此，治理流压回升型不正常井的核心是提高排水系统的排水效率，治理措施依次为：提高排水设备（抽油机、射流泵等）运行频率，抽油泵碰泵、射流泵等洗泵，检泵作业。

2.2 套压回升型不正常井

1）表现形式。套压回升型不正常井主要参数相互关系如图2，流压随套压增加而增加，即流压和套压同时增加，且增加幅度基本一致，同时日产气量持续下降。该类井多发生于冬季气温较低的夜晚。由图2（b）可知，套压一般在 22：00 后开始回升，引起流压回升、日产气量下降；在11：00 后开始下降，引起流压下降、日产气量上升，如此往复循环，导致产量降低，甚至造成储层伤害。套压回升必然会导致流压回升，但本质上是因为套压回升导致的，为了便于治理，将这类井单独归类为套压回升型不正常井，该类井与流压回升型井的区别在于，这类井套压和流压同时回升，且增加的幅度基本一致。针形角阀结构及煤粉堵塞示意图如图3。煤层气井排采过程中，日产气量大小通过针形角阀调节，气体从P1口进入经过针形阀后从P3口产出，当顺时针调紧手柄时，弹簧压缩，推动阀杆、阀座带动针形阀向左移动，则阀门开大，产气量增加；反之，则产气量降低。针形角阀会产生节流效应，导致阀之前的压力大于阀门之后的压力，阀门之前压力等于套压，阀门之后压力等系统管压。针形阀节流会吸收大量热量，导致针型阀处温度骤降，将煤层气携带出的水蒸汽和煤粉冻结在针型阀处，堵塞产气通道，导致套压持续升高。

2）影响因素及治理方法。现场数据表明，套压回升井主要受单井套压和气温影响，套压回升井影响因素如图4。图4（a）表明：单井套压越高，套压回升井产量下降幅度越大，这主要是由于套压越高，针型阀节流效应越强，导致温度下降幅度越大，冻堵越严重；图4（b）表明：气温越低，套压回升井产量下降幅度越大，当气温低于-2 ℃时，冬季影响开始加剧。因此，该类井的治理方法有2 种，一是加强管线保温，在角阀处增加伴热带，提高角阀处温度；另一种是采用低恒套压排采控制方式，降低套压，降低节流降温影响。

图2 套压回升型不正常井主要参数相互关系Fig.2 Relationship between the main parameters of the abnormal wells with casing pressure rising

图3 针形角阀结构及煤粉堵塞示意图Fig.3 Schematic of the structure of needle angle valve and coal plug

2.3 间抽不正常井

1）表现形式。煤层气井排采后期，井筒中液柱降至煤层以下，大部分井日产液量小于0.2 m3/d，为了降低能耗和抽油机系统损耗，一般采取间抽制度。间抽机理为利用煤层底部至煤层气井井底之间井筒空间存储煤层产出水，通过起停抽油机控制动液面在煤层底部以下波动，保证动液面不回升至煤层以上，从而保正产量不受影响[10]。但由于长时间停井，煤层水中的煤粉容易沉积至泵筒中，尤其是凡尔处，导致泵效降低，或者抽油机系统排水量低于煤层供水量，二者关系不匹配都会导致间抽不正常井产生。间抽不正常井是指由于间抽制度不合理或间抽后煤粉沉积导致泵效降低，引起流压回升，进而造成气量下降的井。其本质为流压回升型井，但由于其成因和治理方法特殊，故将其单独作为一种不正常井类型。间抽不正常井主要参数相互关系如图5。开井后，套压和气量上升，停井一段时间后套压和气量下降。使用流压计监测，可明显发现：开井后，流压下降，套压上升，直至二者相等；关井后，流压回升、套压下降直至下一次开井。

图4 套压回升井影响因素Fig.4 Influencing factors of casing pressure recovery abnormal wells

2）原因及治理方法。这主要是由于冲次低、泵效降低或者开井时间短等因素，导致开井时排采系统排水量不足以将井筒中的液体充分排出，经过多次停井后，井筒中的液面逐渐上升至煤层以上，导致套压、气量下降。应增加抽油机冲次、延长开井时间或者提高泵效等方法治理。

3 煤层气不正常井预防

绝大多数煤层气不正常井形成会造成流压回升，治理过程甚至会长时间停井，必然会造成储层伤害。因此煤层气不正常井应该重在预防。

图5 间抽不正常井主要参数相互关系Fig.5 Relationship between main parameters of pumping abnormal wells

1）预防性碰泵。预防性碰泵就是根据单井煤粉产出及沉降规律，定期通过机械振动清除固定凡尔和游动凡尔处的煤粉，避免煤粉堵塞凡尔，从而保持泵效。但这种方法，不能完全清除煤粉，且长期机械振动对泵筒具有损伤。

2）预防性洗井。预防性洗井是指定期将清水注入泵筒，既能冲洗泵筒及凡尔，又能将井筒液体中的煤粉浓度稀释，并通过排采系统将携带煤粉的液体排出井筒，达到清除煤粉、保持泵效的目的。该方法成本低、操作方便、不会造成排采中断，现场实施后可以有效改善泵矿、提高泵效。

3）示功图连续监测。煤层气井泵效降低是渐变的过程，示功图能够有效反应抽油泵泵况变化，可连续监测煤层气井示功图，根据其形状变化，判定抽油泵泵况，采取相应的预防性措施。

4 结 论

1）流压回升型不正常井表现为套压和日产气量均快速或缓慢下降，治理措施为：提高排水设备运行频率，抽油泵碰泵、射流泵等洗泵，检泵作业。

2）套压回升型不正常井的表现为：流压和套压同时增加，且增幅度一致，同时日产气量持续下降。可通过加强管线保温、采用低恒套压排采控制方式来治理。

3）间抽不正常井表现为：开井后，流压下降，套压、气量上升；停井一段时间后，流压上升，套压和气量下降。可增加抽油机冲次、延长开井时间或提高泵效等方法治理。