王 娟 (西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

王 濤 (塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000)

楊賢軍 (延長油田青平川采油廠勘探開發(fā)研究所，陜西 延安 717200)

楊 敏，姬 江 (西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

某區(qū)塊煤層氣田井下作業(yè)因素分析

王 娟 (西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

王 濤 (塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000)

楊賢軍 (延長油田青平川采油廠勘探開發(fā)研究所，陜西 延安 717200)

楊 敏，姬 江 (西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

隨著煤層氣井排采時(shí)間的增長，氣井井況日趨變差，排采制度不合理及抽采設(shè)備等因素使煤層氣井不能正常生產(chǎn)。為了恢復(fù)產(chǎn)能，井下作業(yè)顯得越來越重要。分析某區(qū)塊井下作業(yè)現(xiàn)狀，總結(jié)出井下作業(yè)原因主要有3個(gè)方面：卡泵、抽油桿斷脫及油管漏。對(duì)這3個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，總結(jié)出導(dǎo)致煤層氣井井下作業(yè)的3個(gè)主要因素：排采制度、管柱設(shè)計(jì)方案和地層水的腐蝕作用。最后針對(duì)這3個(gè)影響因素，從排采制度、管柱設(shè)計(jì)方案和管桿質(zhì)量等方面提出了相應(yīng)的改善措施。

井下作業(yè)；卡泵；抽油桿斷脫；油管漏

井下作業(yè)嚴(yán)重的影響煤層氣井的穩(wěn)定、連續(xù)排采，同時(shí)增加了生產(chǎn)成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)煤層氣井的井下作業(yè)周期為13個(gè)月，分析井下作業(yè)原因，有利于預(yù)防井下事故，減少井下作業(yè)次數(shù)，保證連續(xù)排采，實(shí)現(xiàn)煤層氣井的高效開發(fā)。

1 井下作業(yè)現(xiàn)狀及原因分析

對(duì)研究區(qū)煤層氣井井下作業(yè)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為造成研究區(qū)井下作業(yè)的原因有多種，但主要的為卡泵、抽油桿斷脫和油管漏3種。

1.1卡泵

分析研究區(qū)卡泵井主要表現(xiàn)為2種：一是當(dāng)產(chǎn)水量過大時(shí)，煤粉被帶入泵筒內(nèi)，快速運(yùn)動(dòng)的柱塞與煤粉“接觸”的幾率增大，長時(shí)間導(dǎo)致柱塞運(yùn)動(dòng)速度減慢或卡死；二是產(chǎn)水量小引起的煤粉沉淀性卡泵，由于煤粉不易被外排水?dāng)y帶排出，在泵筒內(nèi)沉淀，長時(shí)間導(dǎo)致固定凡爾被堵死或柱塞與煤粉“接觸”引起桿柱上行遇阻而卡泵。

1.2抽油桿斷脫

總結(jié)抽油桿斷脫的原因主要有3個(gè)：疲勞斷脫、機(jī)械磨損和地層水腐蝕作用。

1)疲勞破壞斷脫 隨抽油桿使用時(shí)間增長、排采沖次過大及抽油桿在足夠大的交變載荷重復(fù)作用下，抽油桿外形突或表面刻痕等部位出現(xiàn)裂紋并被拉斷的現(xiàn)象。分析X-1井起出抽油桿，其典型特征為斷面平滑且軸面垂直，外壁無明顯磨損現(xiàn)象[1]?，F(xiàn)場(chǎng)反饋材料表明，抽油桿斷裂明顯發(fā)生在泵上0～400m位置，主要是因?yàn)橄聸_程時(shí)，抽油桿下端受向上的浮力和桿柱整體向下的力，收壓后，迫使抽油桿失穩(wěn)彎曲，增大了扭力和摩擦力。抽油桿下部在不對(duì)稱的交變循環(huán)載荷作用下，抽油桿下部出現(xiàn)斷裂的幾率相對(duì)要高。

2)機(jī)械磨損 機(jī)械磨損指抽油桿上下運(yùn)動(dòng)過程中與油管接觸磨損的現(xiàn)象(見圖1)，在抽油桿接箍處和本體均可能發(fā)生。管柱結(jié)構(gòu)不合理和井斜角偏大均是導(dǎo)致抽油桿偏磨的重要原因[2]。直井在上沖程時(shí)抽油桿管柱失穩(wěn)晃動(dòng)與油管產(chǎn)生摩擦，在下沖程時(shí)抽油桿底部受壓彎曲，與油管之間產(chǎn)生偏磨。定向井在井斜較大的拐點(diǎn)處由于油管彎曲，較易在上下沖程運(yùn)動(dòng)時(shí)抽油桿接箍及抽油桿本體與油管產(chǎn)生機(jī)械磨損。

3)腐蝕的影響 水質(zhì)礦化度的高低與其腐蝕性緊緊相關(guān)，地層水的礦化度越高，對(duì)抽油桿的腐蝕性就越強(qiáng)。水樣分析化驗(yàn)表明，研究區(qū)內(nèi)水礦化度介于10000～50000mg/L之間，屬強(qiáng)礦化度水質(zhì)。當(dāng)抽油桿材質(zhì)受到碰撞、敲擊、彎曲后，防腐表層破壞，抽油桿上外露的基本金屬被腐蝕形成蝕點(diǎn)，蝕點(diǎn)部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致斷裂。

1.3油管漏

全角變化率較大、管柱設(shè)計(jì)不合理及地層水腐蝕是造成研究區(qū)油管漏的主要因素。

1)全角變化率較大 全角變化率較大時(shí)，在油套管環(huán)空中，油管是彎曲的，抽油桿與油管相互接觸是不可避免的。在“狗腿”處，抽油桿柱上下沖程運(yùn)動(dòng)時(shí)，在重力和柱塞液柱載荷的作用下抽油桿接箍與油管內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致油管內(nèi)壁變薄產(chǎn)生裂縫引起漏失[3]。

2)管柱設(shè)計(jì)不合理 管柱設(shè)計(jì)不合理也是導(dǎo)致油管短期內(nèi)出現(xiàn)裂縫漏失的主要原因。在近井口井段，由于抽油桿柱重力的影響，一直處于受拉狀態(tài)，因該井段與井口的同心度一般較好[4]，發(fā)生偏磨的幾率較小。對(duì)于定向井，中部井段的造斜段井斜變化較大，易發(fā)生偏磨。

3)地層水腐蝕 強(qiáng)礦化度地層水會(huì)引起油管不同程度的腐蝕。腐蝕作用現(xiàn)已對(duì)部分井的管柱產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，不僅縮短了煤層氣井油管的使用壽命，同時(shí)增加了修井費(fèi)用。

2 井下作業(yè)解決方法及防護(hù)措施

分析研究區(qū)井下作業(yè)原因，卡泵屬于泵故障，與煤層產(chǎn)出煤粉和煤泥密切相關(guān)，可通過調(diào)整排采制度來減少和防止其煤粉產(chǎn)出；抽油桿斷脫和油管漏屬工藝范疇，可通過優(yōu)化管柱設(shè)計(jì)來減少偏磨。

2.1排采因素

針對(duì)研究區(qū)卡泵井，可按產(chǎn)水量的大小將其分為2類以防止卡泵：大水量卡泵(日產(chǎn)液量大于10m3/d)和小水量卡泵(日產(chǎn)液量大于5m3/d)?？赏ㄟ^快慢抽結(jié)合制度，計(jì)算油管內(nèi)水量徹底外排一次所用的時(shí)間，有效地進(jìn)行快慢抽精細(xì)作業(yè)，將泵筒內(nèi)煤粉、煤泥盡量排出地面。

1)產(chǎn)液量大于10m3/d 可每天定時(shí)定量安排慢抽，使泵筒、環(huán)套空間內(nèi)水中的煤粉沉淀和較大粒徑的煤粉顆粒難以進(jìn)入篩管和泵筒，降低了進(jìn)入篩管、泵筒水中煤粉的含量；恢復(fù)至之前產(chǎn)水量后，因慢抽滯留在泵筒或篩管外的煤粉將被正常大水量攜帶流出。如此反復(fù)抽排，一方面煤粉進(jìn)入泵筒的量得到了控制，另一方面泵筒內(nèi)煤粉被盡量排出地面，有效防止了卡泵作業(yè)的發(fā)生。如X-2井供液指數(shù)較強(qiáng)，該井容易出現(xiàn)泵效降低的現(xiàn)象，之前采取每天快抽和不定期碰泵的方法，但效果不明顯。從2012年2月14日，通過計(jì)算開始執(zhí)行每天上午以產(chǎn)水量11.89m3/d慢抽4h的排采制度，經(jīng)過1個(gè)月的試驗(yàn)觀察，泵效明顯提高(見圖2)，有效的防止了卡泵現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2)產(chǎn)液量小于5m3/d 定時(shí)進(jìn)行快抽，以防止因煤粉滯流而不能排出井筒；如果產(chǎn)水量過小可安裝回注，以保持油套環(huán)空中水循環(huán)，循環(huán)中水從井底抽汲出到再次返回到井底產(chǎn)生壓差，利用這個(gè)小壓差激動(dòng)地層，可起到防止煤粉沉淀和疏通地層的作用?；刈⒕毝〞r(shí)將出水管線閥門打開，使長期在油管和泵筒中沉積的煤粉排出，以防卡泵。以研究區(qū)X-3井為例(見圖3)，煤粉卡泵是該井修井的主要原因。該井于2011年12月6日安裝回注水裝置，每天定時(shí)將泵抽排的水完全外排。液面穩(wěn)定后以每天0.5m3/d逐漸加大泵抽排的水量，延長了修井周期，保證了排采的連續(xù)性。

2.2管柱結(jié)構(gòu)

管柱的設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)不同井類型、井段以及管桿受力情況等特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：①注塑桿下放遵循上疏下密原則；②在井軌跡拐點(diǎn)處配合使用滾輪扶正器、抽油桿短節(jié)及桿間扶正器，以有效的緩解抽油桿柱下部受壓產(chǎn)生的彎曲變形，減少油桿偏磨斷裂；③對(duì)大沉沒度井上提泵掛、加大抽油桿與油管之間環(huán)空面積、采用高強(qiáng)度抽油桿和簡(jiǎn)化管柱等綜合性措施。④根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)偏磨情況大致判斷出受力中和點(diǎn)的位置，在進(jìn)行管桿設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)?shù)販p少中和點(diǎn)以上位置扶正器的使用[5]，具體的管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則應(yīng)根據(jù)井的實(shí)際軌跡狀況而定。

圖2 X-2井排采曲線圖 圖3 X-3井排采曲線圖

以X-1井為例加以說明。X-1井井修井前設(shè)計(jì)為井深0～100m：使用?19mm抽油桿，其余井段使用?16mm抽油桿；100～399m：在226、280、343、399m處各加一個(gè)滾輪扶正器，226m滾輪扶正器上部加防脫器；399～843m：每10根抽油桿加一根注塑桿。

根據(jù)該井現(xiàn)場(chǎng)的偏磨情況與管桿設(shè)計(jì)原則對(duì)該井的管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，因?yàn)樵摼?～250m為直井段，觀察現(xiàn)場(chǎng)偏磨情況，約從160m處開始有偏磨的現(xiàn)象，因此只在144m、200m和248m處分別加1根注塑桿；250～380m之間為造斜段，分別在292、332、372m處各加1個(gè)滾輪扶正器，即造斜始點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)處，該井造斜段較平緩，因此只在滾輪兩端加1根4m短節(jié)，其余井段均用8m抽油桿，在短節(jié)兩頭各加1個(gè)桿間扶正器，目的是增加扶正器的作用范圍同時(shí)防止短節(jié)接箍偏磨；380～830m之間為穩(wěn)斜段，因下部井段會(huì)因抽油桿與油管彎曲接觸發(fā)生偏磨，且越往下偏磨越嚴(yán)重，所以結(jié)合該井井身軌跡在下半井段每40m加1根注塑桿，往下依次加密。這樣不僅減緩了抽油桿偏磨和油管漏造成的井下作業(yè)，也有效延長了檢泵周期。

2.3防腐措施

井下管桿腐蝕是可以控制的，根據(jù)氣井的腐蝕特征和生產(chǎn)狀況，選取防腐性油管、抽油桿，并結(jié)合加入防腐劑等防腐措施。

3 結(jié)論及建議

1)卡泵井可按其產(chǎn)水量大小，利用快慢抽時(shí)間公式計(jì)算出合理的水量，制定合理的排采制度以防止卡泵作業(yè)。

2)管桿偏磨是造成油管漏的主要原因，管桿偏磨受多種因素的影響，包括井軌跡影響及管柱結(jié)構(gòu)等。

3)通過對(duì)桿柱系統(tǒng)進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能較大程度降低成本，有效地延長抽油桿壽命和油管因偏磨漏的修井周期。同時(shí)應(yīng)積極開展油管腐蝕評(píng)價(jià)工作，積累更多不同類型氣井油管的實(shí)際腐蝕調(diào)查資料，從中歸納總結(jié)出正確的認(rèn)識(shí)，更好地為防腐措施的制定和調(diào)整服務(wù)，使防腐工作更科學(xué)。

[1]王顯豐,佟雪松.抽油桿斷脫的原因及預(yù)防措施[J].化學(xué)工程與裝備,2009(9)：75-76.

[2] 蔡俊杰.抽油桿斷脫原因分析[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),2004(1) ：75-78.

[3] 楊芳麗,侯紅武.油管漏失機(jī)理分析及對(duì)策[J].內(nèi)江科技,2010(4)：74-75.

[4] 張雄文.井下油管漏失原因分析及對(duì)策[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010(8) ：67-68.

[5] 孫國峰,馬金春，張保民，等.抽油桿斷脫原因剖析及防治措施探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2011(11):101-108.

2012-10-26

王娟(1984-)，女，碩士生，現(xiàn)主要從事天然氣地質(zhì)與開發(fā)方面的研究工作。

TE933

A

1673-1409(2013)02-0102-03

[編輯] 洪云飛