煤层气井标准示功图应用效果评价

崔建斌 吴春升 樊 彬 杜慧让 刘 斌 屈丽彬

(中国石油华北油田分公司山西煤层气有限公司，山西046000)

煤层气井开发在排采工艺上借鉴了常规油气成功的开发模式，在排采过程中起到了一定的指导意义，解决了排采过程中的问题。但是由于其排采特点与常规油气有较大的不同，井下泵组在排采中出现的问题也与常规油气有一定的区别。

煤层气井井下泵组的运行状态和排采介质上与常规油气有较大区别，因此造成井下泵组故障的原因也与常规油气有区别，对应的故障原因分析也不同。煤层气井与常规油气排采介质不同，在示功图的应用中应考虑煤粉等固体颗粒、气体等因素对井下泵组的影响，在示功图判断上应考虑体形状、充满度以及线段平滑程度等方面来进行故障判断。

而目前没有适用于煤层气井排采应用的标准示功图，在故障判断上仍沿用常规油气井标准示功图，在对井下泵组运行状态分析及措施调整上存在误差，易造成无效的优化，甚至会加重井下泵组故障，缩短检泵周期。

为了提高示功图在煤层气井的使用，达到示功图进行井下泵组故障判断的目的，建立了适用于煤层气井的煤层气井标准示功图库，并在分公司应用后取得了效果，达到了预期的目标。

1 煤层气井标准示功图库

1.1 煤层气理论示功图

首先煤层气井理论示功图与常规油气井示功图原理一致，均为默认光杆只承受抽油杆柱与活塞截面积以上液柱的静载荷时，在理论上所得到的示功图。需满足以下5个假设条件方可应用。

(1)井下泵组质量合格，工作正常。

(2)不考虑活塞在上、下冲程中，抽油杆柱所受到的摩擦力、惯性力、震动载荷与冲击载荷等的影响，假设力在抽油杆柱中的传递是瞬间的，凡尔的起落也是瞬间的。

(3)泵组在工作中，不受煤粉、气等因素的影响，认为进入泵内的液体不可压缩。

(4)煤层气井没有连抽带喷现象。

(5)煤层供液能力充足，泵能够完全充满。

1.2 煤层气实测示功图

煤层气井理论示功图，图形是规则的平行四边形。而实测示功图，经常因同时受各种不同的因素起作用(如压裂砂、煤颗粒、气、水等)而使示功图形状变得复杂化。

因此，在分析过程中，需要根据示功图进行全面分析，找到影响示功图的主要因素。

煤层气井实测示功图分为三大类：正常示功图，故障示功图和不合格示功图。

(1)正常示功图

煤层气井根据排采阶段不同，正常功图会发生一定的变化。在煤层气井排采初期，沉没度较高，泵上有足够的沉没度，正常示功图表现为近似于平行四边形，如图1所示为类型一(泵充满)。此类情况示功图形状及特点与常规油气一致。

图1 正常示功图(类型一)

由于煤层气井是一个降压排采的过程，随着排采进行，沉没度会越来越低，只有5m甚至更低，产液量也大幅下降，低沉没度和低产液对井下泵组运行有较大的影响，但是由于地层产出液均被携带至地面，未对单井生产造成影响，此类情况下单井生产仍处于稳定排采阶段，认为井下泵组工作正常。

在此生产条件下，泵组虽处于供液不足状态，但是就单井排采过程本身来说，未出现异常。因此，该情况下的井下泵组工作为正常，如图2所示也为正常示功图。

图2 正常示功图(类型二)

(2)故障示功图

故障示功图是相对于正常示功图而言，是在正常示功图的基础上演变而来，正常示功图有两种类型，所以故障示功图对应的也存在两种类型。

煤层气井生产过程中常见功图主要有以下10中，其中以杆、管断脱、凡尔漏失和受气体、杂质影响较常见(表1)。

表1 煤层气井故障示功图种类

所有上述故障均会在类型一和类型二的正常示功图下演变而来。

(3)不合格示功图

不合格示功图主要是由于人员操作不当和设备仪器故障等原因造成，该类示功图无法用于判断井下泵组运行情况。不合格示功图主要包括以下几种(图3)：

图3 不合格示功图

①功图显示为交叉的曲线(除碰泵位置)

②加载线与减载线重叠或交叉。

③加减载没有位移的。

④图形混乱无法识别的。

2 煤层气井标准示功应方法介绍

煤层气井标准示功图应用与常规示功图一致，均需要遵守示功图判断条件和依据，是用实测示功图与理论示功图进行比对，按照实测示功图图形的变化位置和程度与生产情况相结合，完成示功图的分析判断。

井下泵组的工作原理为通过柱塞的上下行，使固定凡尔和游动凡尔打开、闭合，使油套环形空间内的液体进入泵腔体后再由泵腔体进入油管内，最终运移至地面。

图4是理论示功图,AB是增载线,A点为上冲程开始,至B点加载完毕,管柱全部载荷由光杆承受，井下泵组游动凡尔关闭固定凡尔打开，液体通过泵下固定凡尔进入泵筒，油管内的液体部分提升到地面；C点为上冲程结束下冲程开始，CD是卸载线,到D点卸载完毕,部分载荷由油管承受,此过程游动凡尔打开固定凡尔关闭,泵中的液体通过游动凡尔进人游动凡尔的上部，BC段为上行线，DA段为下行线。

图4 理论示功图

从密封角度分析,固定凡尔在BC段一直处于打开状态,其密封程度对示功图BC段的形状无任何影响。换句话说,固定凡尔故障反映在ABCD的形状上。

同理,ABCD的形状代表游动凡尔的工作状态。在实际生产过程中,抽油杆会发生一定程度的振动。上、下行程线有明显的振动波浪,一般不会影响泵效；由于柱塞磨擦、液体粘滞力、接箍硬磨擦等附加动载荷的影响,因而示功图的上、下行程线并不是水平的,而是与水平线有一个夹角,但二者基本平行。

实测示功图因同时有各种不同的因素起作用，需要结合实测示功图和生产资料进行全面分析，才能更好地使用示功图来了解煤层气井的工作状态。

3 煤层气井标准示功应用情况

在未使用煤层气井标准示功图之前，故障分析符合率较低，出现类型二的故障示功图后，无法有效判断井下故障类型，导致未采取措施或措施有效率低，下面将以两口井为例进行说明。

①华北08井

该井实测示功图如图5所示。如未按照煤层气标准示功图进行分析判断，则该示功图故障类型为供液不足。结合生产曲线判断，该示功图为正常示功图，无需采取措施。

图5 华北08井实测示功图

而采用了煤层气井标准示功图库后，按照煤层气井示功图判断标准，图5所示示功图为类型二的正常示功图下演变而来，所以适用于类型二的示功图判断标准。由图6可以看出，按照类型二示功图判断标准，示功图显示上冲程无明显变化，下部分呈现缺失，符合类型二示功图特征。且A′点上移至A″点，D′点上移至D″点，通过示功图判断为固定凡尔漏失，需要采取碰泵等措施。

图6 类型二固定凡尔漏失

事实证明，通过采取了检泵作业更换新泵后，该井短期恢复产水，产量下降趋势被抑制，并有小幅回升，如图7所示。通过合理的应用煤层气井示功图，可以提高措施成功率和有效地降低气量损失，甚至提高产气量。

图7 华北08井生产曲线

②华北111井

该井实测示功图如图8所示。如未按照煤层气标准示功图进行分析判断，则该示功图故障类型为抽油杆断脱。根据示功图反映的故障类型，考虑该井存在偏磨，需要进行防偏磨工艺的优化治理。

图8 华北111井实测示功图

采用了煤层气井标准示功图库后，按照煤层气井示功图判断标准，图8所示示功图为类型二的正常示功图下演变而来，所以适用于类型二的示功图判断标准。由图8可以看出，该示功图呈现为一条直线，但是载荷在该抽油机最大载荷附近，按照煤层气井标准示功图分析(图9)，则故障类型为固定凡尔堵塞，需要进行检泵，清理井筒杂质。

图9 类型二固定凡尔堵塞

结合该井的生产数据和检泵结果，该井水质较差，含有大量煤粉。在检泵过程中未见断脱抽油杆，且起出井下泵组后，固定凡尔被煤泥糊死，与示功图完全对应。

4 结语

通过采用不同的示功图判断标准，判断的结果不同，而故障类型不同，后期措施类型也会不同，但是只有正确的措施才可以解决井下泵组故障，恢复正常生产。因此，采用合适的标准是判断井下泵组运行状况的前提和有效的依据。

分公司首创煤层气井标准示功图，并在现场应用指导生产，取得了有效的成果，提高了单井措施成功率，并且在计划检泵井选井上应用，大幅提高了计划检泵井成功率，降低了无效检泵费用，节约了成本，缩短了无效占井时间，达到了煤层气井稳定排采的目的，在煤层气井故障判断上具有指导意义及推广价值。