摘 要：在新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層氣排采過程中，通過不同排采工藝應用數量出故障情況以及應用效果的對比，證實有桿泵排采工藝是最適合于新疆阜康白楊河示范區(qū)煤層氣井井身條件和生產狀況的排采工藝。

關鍵詞：煤層氣井；煤層氣開發(fā)；排采工藝；抽油機；無桿泵；電潛泵

中圖分類號：TE37 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0191-02

引 言

自20世紀80年代初，美國首先對煤層氣資源進行開采以來，世界各國競相開展煤層氣的勘探試驗和工業(yè)開發(fā)。目前以美國、加拿大、澳大利亞等國商業(yè)化生產最為成功。

對于排水采氣設備的設計與選型，美國普遍采用的方法是在生產工作制度中，選擇多種排采方式。例如：在產水量較低的煤層氣井中（日產水量<60m3），采用數控抽水機、變頻調速抽水機等，保證方便、快速調整生產制度，更好的控制液面穩(wěn)定降低；對于產水量大、且供液能力強的煤層氣井（日產水量>60m3），生產前期的主要任務是排水降壓，選擇電潛泵、大直徑管式泵或螺桿泵。

中國的煤層氣排采技術主要借鑒美國的開發(fā)技術，并借鑒和沿用了油氣行業(yè)的人工舉升設備，主要包括有桿泵、螺桿泵、電潛泵和射流泵等幾種舉升設備。各種不同工藝的技術特點及適應性分析如下：

1 不同工藝技術特點及適應性分析

1.1 抽油機有桿泵排采工藝

（1）工藝原理

抽油機有桿泵排采工藝俗稱三抽系統(tǒng)，地面為抽油機，井下為抽油泵，抽油桿連接地面和井下設備。抽油泵由泵筒和柱塞兩大部分組成。將抽油泵下入到井筒液面以下的適當深度，泵柱塞在抽油機的帶動下，在泵筒內作上下往復抽吸運動，從而達到從油管內抽吸排水、降低液柱對井底的回壓，從油套環(huán)形空間采出煤層氣的目的。

（2）技術特點

抽油機有桿泵排采工藝具有如下特點：

①技術成熟，適應性強，操作簡單，性能可靠，成本較低；

②在排采不同階段，根據產水量變化調整泵型，并可通過調速電機調頻，根據各井情況選擇適當的排采強度，因此它的工作深度和排量都能適應大部分煤層氣井的排液要求；

③其抽深和排量又能覆蓋大多數氣井，且通過調頻電機調節(jié)沖程和沖次，容易實現排量的任意調節(jié)。

1.2 螺桿泵排采工藝

（1）工藝原理

螺桿泵系統(tǒng)由地面驅動設備和井下螺桿泵組成，螺桿泵的核心是定子和轉子。生產時，不同時刻定子和轉子的接觸形式是不同的，兩點式接觸和接觸線呈弧線式交替出現，沿著螺桿泵的長度，定子和轉子之間會有多個密閉的空間。生產時，轉子轉動，它們形成的密閉的空間會隨著轉子的轉動不斷變換位置，逐漸沿著螺桿泵軸向方向推進，密閉空間內的液體也會隨著它向地面排出，而在下端不斷形成的密閉空間會陸續(xù)的帶著液體向上移動，如此循環(huán)，實現舉升。

（2）技術特點

螺桿泵排采工藝具有如下技術優(yōu)勢：

①地面設備結構簡單，占地面積小，非常適應復雜地形，排量和揚程也較適合煤層氣井的排水要求；

②投資費用和操作費用較低；

③受固體顆粒和氣體影響較??；

④負載穩(wěn)定，系統(tǒng)效率高。

同時也具有如下工藝缺點：

①定子壽命影響著螺桿泵系統(tǒng)的使用效果；

②在井下出粉出砂較多時，容易卡泵，造成桿柱扭斷、脫扣等，檢泵困難；

③泵下面萬向節(jié)不能很好消除偏心距造成的泵身振動，井內震動大；

④一般用于產量小的井或者后期地層供液能力不足時，摩擦產生熱量散失慢，致使泵體溫度升高，會發(fā)生“燒泵”現象。

1.3 電潛泵排采工藝

（1）工藝原理

電潛泵排采工藝是將電潛泵機組裝置通過油管下入井下，多級離心泵裝置進行高速旋轉將地層流體從泵口排出，井中流體就會從油管中排出。流體的排出，使得環(huán)空液面高度下降，煤層壓力也跟著下降，當煤層壓力下降到低于煤層氣的解吸壓力時，吸附在煤層中的甲烷就會解吸，擴散、滲流產出，進而完成油管排水，套管采氣。

（2）技術特點

電潛泵排采工藝具有如下技術優(yōu)勢：

①排量大、揚程高，無脈沖，運轉平穩(wěn)；

②可形成較大的生產壓差，理論上可將氣井采至枯竭；

③設備結構簡單，易損件少，運轉周期長，操作和維修工作量小；

④調節(jié)性能好，運轉可靠；

⑤適合斜井、水平井等井斜角大的情況。

電潛泵工藝同時也具有如下缺點：

①電潛離心泵系統(tǒng)成本相對較高，一次性投入費用大；

②容易燒泵。由于液面低，電機無法散熱，導致燒泵情況發(fā)生；

③氣體含量高時，將會引起氣體干擾或氣鎖；

④腐蝕、砂、垢等對機組壽命影響較大；

⑤對供電系統(tǒng)要求高。

1.4 射流泵排采工藝

（1）工藝原理

射流泵是水力泵的一種類型，它沒有運動件，工作時由地面柱塞泵提供高壓水作為動力液，通過內管進入射流泵泵芯，由泵芯的噴嘴噴出，在噴嘴和喉管之間產生負壓，將地層流體吸入泵筒，通過動力液和采出液之間的能量轉換將地層流體舉升至井口。

（2）技術特點射流泵排采工藝具有如下優(yōu)點：

①沒有運動部件，不存在偏磨；

②防卡、攜煤粉能力強，可正向洗井解堵，方便快捷；

③采用地面投撈修泵換泵，維修簡單，時間短，費用低；

④叢式井組可共用一套地面系統(tǒng)，能節(jié)約投資費用。

該工藝的缺點如下：

①舉升效率較低，通常小于25%，造成能耗大；

②地面系統(tǒng)復雜，設備龐大，建設周期長，維護費用較高；

③防氣效果相對較差，為防止氣蝕，射流泵排水采氣要求較高的吸入壓力和較高的沉沒度。

2 阜康示范區(qū)排采工藝現狀

截止2017年12月30日，阜康示范區(qū)共有排采井51口，投入排采的有50口井，目前所使用的排采工藝全部為抽油機有桿泵，期間零星使用過螺桿泵、水力無桿泵和電潛泵。經過使用對比，為了方便管理、降低排采維護人員，降低排采成本，后全部棄用。

由于本示范區(qū)產水差異較大，各井產水量從小于1m3/d到最大344m3/d，在有桿泵的泵徑選擇方面，根據實際生產的需要，選擇了44mm、56mm、70mm、83mm、95mm等不同型號的有桿泵，不同泵徑使用數量分布情況可見圖1。

由于泵徑的變大，抽油機的載荷也相應增加，故示范區(qū)的抽油機包括了4型、5型、6型等不同型號。目前各機型使用情況是4型20臺，5型16臺，6型16臺，不同抽油機使用情況可見圖2。

3 阜康白楊河排采工藝適應性分析

阜康白楊河礦區(qū)具有總體地質構造簡單（基本呈南傾單斜構造），地層傾角大，煤層多、厚度大等特點。根據示范區(qū)的地形條件和煤層特點，以及考慮到通過示范工程試驗新工藝、新技術進行技術儲備的需要，示范工程總體設計采用了以叢式井為主的開發(fā)井型，并試驗U型井和順煤層L型井；考慮到示范區(qū)煤層多，層間距大，為了控制靶點井距，叢式井采用了直井、三段制定向井和五段制定向井等不同的井身結構；另外，在完井方式上主要采用下套管射孔完井的方式，并在U型井和順煤層L型井試驗篩管完井的方式。

不同井型和不同的完井方式對于排采工藝的要求也不一樣。阜康示范工程建設過程中，采用了以有桿泵為主的排采工藝，并試驗了螺桿泵、水力無桿泵和電潛泵等不同工藝。不同排采工藝應用及試驗效果情況如下：

（1）有桿泵

有桿泵工藝是煤層氣常用的排采工藝之一，具有技術成熟，使用可靠等優(yōu)點。本次示范工程前后共有51口井采用該工藝技術，應用的井型包括叢式井、順煤層L型井和U型井，完井方式包括了套管射孔完井和篩管完井。在叢式井中應用的井身結構包括了直井、三段制和五段制定向井。有桿泵應用情況見表1。

從目前排采情況看，使用有桿泵的井生產穩(wěn)定，設備運行狀況良好。從修井情況看（見圖3），盡管有些井出現了卡泵和不出水等情況造成修井，修井率為51%；但總的來說要遠低于螺桿泵，檢泵周期也明顯較螺桿泵的檢泵周期長很多。另外，從設備運行的穩(wěn)定性、可靠性方面看，也不會出現因某種故障造成無法滿足排采制度要求的情況。

總體來看，有桿泵排采工藝基本能滿足本區(qū)不同井型、不同井身質量情況、不同產水量井的排采需要，穩(wěn)定可靠，適用性好。

（2）螺桿泵

螺桿泵排采工藝前后試驗了10口井，因頻繁出現卡泵、脫泵問題，檢泵周期短，平均檢泵周期僅41.1d，對排采連續(xù)性的影響較大，后將螺桿泵全部更換為有桿泵的排采方式，修井檢泵情況明顯減少，排采連續(xù)性得到改善，排采效果也逐漸顯現。通過試驗證實螺桿泵排采工藝在示范工程區(qū)適應性較差。

（3）水力無桿泵

水力無桿泵是一種新型的排采設備，其最大的優(yōu)點是沒有運動部件，不存在偏磨問題。而FSL-X井是示范工程試驗的1口順煤層L型井，采用篩管完井的方式。該井井斜角大，煤粉多，為了防止偏磨造成頻繁卡泵，在該井試驗了水力無桿泵排采工藝。在前期使用的105d左右設備運行較穩(wěn)定，基本滿足排采要求，后期由于設備本身故障造成運行不穩(wěn)定，造成流壓波動大，不能滿足井的正常排采降壓要求?？傮w看，該排采工藝雖然能解決定向井或大斜度井桿管偏磨的問題，但是由于該工藝是近年剛研發(fā)的新工藝，還存在運行不穩(wěn)定，易出故障等問題，不能很好滿足煤層氣井“連續(xù)、穩(wěn)定、緩慢”的排采要求，不能很好地適應本示范工程煤層氣井排采的需要。

（4）電潛泵

電潛泵具有排量大、不存在桿管偏磨問題等優(yōu)點，特別適合于排量大的井。示范區(qū)的FS-XX井處于地層轉折部位，產水量異常大，采用常規(guī)的抽油機+有桿泵的方式，換大泵后最大排水量約100m3/d，但仍不能滿足正常的排采降液要求，因此在該井試驗了電潛泵排采工藝。該工藝于2015年7月9日投入使用，日產水量最高達到344m3/d。使用該工藝排采后，FS-XX井流壓能夠按照排采制度要求緩慢下降，排采初期效果較好，但逐漸無法滿足排采要求，至2016年6月4日，電潛泵無法正常啟動，檢泵作業(yè)，發(fā)現油管大量結垢（見圖4），排采效果一般。

4 結 論

通過不同排采工藝應用數量、出故障情況以及應用效果的對比，證實有桿泵排采工藝是最適合于新疆阜康白楊河示范區(qū)煤層氣井井身條件和生產狀況的；對于極少數產水量異常大的井，電潛泵排采工藝可以作為一個備選方案，但是需要考慮井下結垢問題對電潛泵正常使用的影響。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-15