摘要：頁巖氣井對(duì)比天然氣井電泵排水采氣應(yīng)用，有著液體排量低，GLR指數(shù)高;井筒尺寸小，揚(yáng)程高，井斜大;一般無腐蝕，常伴隨出砂的特點(diǎn)?，F(xiàn)對(duì)頁巖氣井人工舉升排采工藝及螺桿泵人工舉升排采工藝進(jìn)行對(duì)比和分析。

關(guān)鍵詞：頁巖氣井;螺桿泵;人工舉升

1 ? ?背景技術(shù)

隨著石油工業(yè)不斷發(fā)展，石油開采技術(shù)的進(jìn)步，無論是海上還是陸地，近年來越來越多的高含氣油田、頁巖氣田等非常規(guī)油氣田項(xiàng)目投入開發(fā)。另外，伴隨我國“煤改氣”政策的出臺(tái)，天然氣需求量逐年增加，傳統(tǒng)天然氣田也面臨著越來越重的增儲(chǔ)上產(chǎn)壓力，頁巖油在油氣開采中所占的比重不斷增加。

利用電潛離心泵或螺桿泵進(jìn)行高含氣油井開采或者氣井排水采氣，其最重要的一個(gè)核心技術(shù)參數(shù)為“進(jìn)泵氣體體積含量”，即經(jīng)過井下自然分離、人工機(jī)械分離（如電潛泵分離器分離）以后，在井下泵吸入口位置的壓力和溫度條件下，進(jìn)入泵的氣體體積含量。該項(xiàng)指標(biāo)直接決定了電潛離心泵或螺桿泵在油氣井中應(yīng)用時(shí)所能承受的氣液比（GLR）上限。目前，行業(yè)內(nèi)這兩種人工舉升工藝技術(shù)對(duì)應(yīng)的上限指標(biāo)分別為：電潛離心泵（多相流泵技術(shù)）<70%，螺桿泵<40%。高于這個(gè)參數(shù)電泵將出現(xiàn)氣鎖，螺桿泵將出現(xiàn)干磨。因此，能否控制好進(jìn)泵氣體體積含量，是高含氣井人工舉升排采工藝技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容。

2 ? ?頁巖氣井人工舉升排采工藝

頁巖氣井對(duì)比天然氣井電泵排水采氣應(yīng)用，其主要區(qū)別在于如下兩點(diǎn)：

2.1 ? ?液體排量非常低，GLR異常高

和天然氣井一樣，頁巖氣井的排采也分為早、中、后三期，不同的是，頁巖氣井初期和中期排液的水都是壓裂液，后期生產(chǎn)時(shí)幾乎沒有水。以我國西南地區(qū)的井況為例，隨著壓裂液的排出，頁巖氣井產(chǎn)氣量上升非?？欤话闩乓?～2天后就能見到明顯效果。因此，頁巖氣井初期排液時(shí)間很短，一般1～2天，有的甚至幾個(gè)小時(shí)就進(jìn)入到生產(chǎn)中期。生產(chǎn)中期持續(xù)時(shí)間一般幾天到半個(gè)月不等，這時(shí)GLR已經(jīng)非常高，一般達(dá)1 000 m3/d以上，而產(chǎn)液量下降明顯，一般不到50 m3/d。頁巖氣井在進(jìn)入生產(chǎn)后期（穩(wěn)定期）以后，產(chǎn)液量會(huì)非常低，一般1～2 m3/d，產(chǎn)氣一般5～10萬m3/d，甚至出現(xiàn)間歇自噴。這種井況給電泵運(yùn)行帶來了嚴(yán)重挑戰(zhàn)：

（1）排量太小，電泵無法連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)電機(jī)的散熱也不好。

（2）氣量對(duì)于流壓特別敏感：與天然氣井產(chǎn)氣量同流壓呈線性關(guān)系所不同，頁巖氣的產(chǎn)氣量和井底流壓更趨近于一種閾值關(guān)系，從而使得要滿足頁巖氣產(chǎn)氣的需要，電泵需不停地啟停，多的一天需要啟停7～8次。反復(fù)開機(jī)，對(duì)電機(jī)壽命造成了不小的沖擊。

2.2 ? ?井筒尺寸小、揚(yáng)程高、井斜大

出于經(jīng)濟(jì)性考慮，同時(shí)也由于壓裂開發(fā)的需要，一般使用高磅級(jí)5.5寸套管，導(dǎo)致套管內(nèi)徑一般只有112 mm，常規(guī)的400系列電潛泵已經(jīng)無法下入，只能使用375系列的小直徑電泵。而小直徑電泵帶來的主要應(yīng)用技術(shù)限制為分離器分離能力有限;同時(shí)，出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，頁巖氣井一般要求電泵吸入口下盡量靠近A靶點(diǎn)位置，以滿足最大限度擴(kuò)大生產(chǎn)壓差的需要。因此，泵掛位置一般較深（3 000 m），揚(yáng)程要求較高，對(duì)于小直徑電泵，3 000 m揚(yáng)程已經(jīng)接近極限。

另外，由于靠近A靶點(diǎn)，泵掛位置的井斜一般較大。當(dāng)井斜大于70°時(shí)，旋轉(zhuǎn)分離器的分離效果將大大下降，這時(shí)需要使用新的避氣裝置——避氣處理器進(jìn)行氣液分離。該避氣處理工藝如圖1所示，其基本原理是在泵吸入口上加裝活動(dòng)蓋板，蓋板在重力作用下始終保持吸入口上部關(guān)閉、下部開啟，氣液在近水平狀態(tài)分層流動(dòng)時(shí)，氣體經(jīng)上部蓋板滑過，而液體從下部打開的吸入口進(jìn)泵。

2.3 ? ?一般無腐蝕，伴隨出砂

一般采用寬幅泵，通用混相流葉輪更寬的流道，以加強(qiáng)對(duì)于固相顆粒的適應(yīng)性。

綜上，在頁巖氣排水采氣應(yīng)用上，目前并沒有一種特別好的手段可以完全滿足其苛刻的井況要求。目前業(yè)內(nèi)主要趨勢是希望發(fā)展“高速永磁電機(jī)+高速離心泵技術(shù)”，利用其電機(jī)發(fā)熱小、泵對(duì)于超小排量的調(diào)節(jié)適應(yīng)能力，進(jìn)一步拓展電泵在頁巖氣排水采氣領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

3 ? ?螺桿泵人工舉升排采工藝

3.1 ? ?螺桿泵在高含氣井中的適用條件

螺桿泵相較于電潛泵，其最大優(yōu)勢就是對(duì)于固相顆粒的適應(yīng)性從電潛泵的0.5%提高到了3%，但螺桿泵對(duì)于高揚(yáng)程、大排量場景的應(yīng)用卻不如電潛泵，因此其主要在煤層氣排采領(lǐng)域應(yīng)用。螺桿泵的特性較好地滿足了煤層氣排水采氣應(yīng)用的各種井況要求：

（1）小排量：初期不到100 m3/d，后期<1 m3/d;

（2）低揚(yáng)程、淺泵掛：一般不超過800 m;

（3）出煤粉。

3.2 ? ?螺桿泵的避氣工藝

電潛螺桿泵較桿驅(qū)螺桿泵最大的優(yōu)勢在于受井斜限制小，泵掛位置可盡量靠近A靶點(diǎn)，從而最大化生產(chǎn)壓差。但電潛螺桿泵井下設(shè)備較桿驅(qū)螺桿泵更為復(fù)雜，且吸入口同電潛離心泵類似，都在機(jī)組中段側(cè)面，因此無法加裝桿驅(qū)螺桿泵用的氣錨，同時(shí)由于轉(zhuǎn)速原因，也無法加裝旋轉(zhuǎn)分離裝置。

電潛螺桿泵在排水采氣應(yīng)用中所使用的是一種名為“倒置導(dǎo)流罩”的避氣裝置，其基本原理與氣錨類似，即利用氣液的重力差，液體在流入泵吸入口時(shí)進(jìn)行一次拐彎，從而實(shí)現(xiàn)氣液分離的目的。圖2為倒置導(dǎo)流罩原理示意圖。

倒置導(dǎo)流罩除了進(jìn)行重力氣液分離以外，還有一個(gè)作用就是儲(chǔ)水。因?yàn)樵诿簩託馍a(chǎn)后期，產(chǎn)液量不到1 m3/d，而螺桿泵本身又特別怕干磨，因此倒置導(dǎo)流罩中儲(chǔ)存的水為防止泵抽空給出了2～6 h的緩沖時(shí)間。

另外，需要特別說明的是，倒置導(dǎo)流罩的長度可以根據(jù)儲(chǔ)水量的需要以及吸入口深度的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是倒置導(dǎo)流罩要發(fā)揮氣液分離的作用，其垂直長度（井斜狀態(tài)的垂直投影）必須>2 m。

4 ? ?結(jié)語

頁巖氣井對(duì)比天然氣井電泵排水采氣應(yīng)用，有著液體排量低，GLR指數(shù)高;井筒尺寸小，揚(yáng)程高，井斜大;一般無腐蝕，常伴隨出砂的特點(diǎn)。利用電潛離心泵或螺桿泵進(jìn)行高含氣油井開采或氣井排水采氣，其最重要的一個(gè)核心技術(shù)參數(shù)為“進(jìn)泵氣體體積含量”，該項(xiàng)指標(biāo)直接決定了電潛離心泵或螺桿泵在油氣井中應(yīng)用時(shí)所能承受的氣液比上限。本文詳細(xì)介紹了頁巖氣井人工舉升排采工藝及螺桿泵人工舉升排采工藝，對(duì)相關(guān)油氣井的開發(fā)具有指導(dǎo)借鑒意義。

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收稿日期：2020-07-23

作者簡介：何超（1983—），男，四川自貢人，工程師，從事人工舉升應(yīng)用技術(shù)與銷售相關(guān)工作。