邵小平，崔 彬，劉亞茹，謝昕翰，宋關(guān)偉，任立昌，徐杰華

（中國石化臨汾煤層氣分公司，山西臨汾041000）

延川南煤層氣田是中國石化首個煤層氣田[1]，截至2021年3月，延川南煤層氣田共有排采井921 口，經(jīng)過幾年的排采實踐，管式泵機抽工藝基本滿足排采的需要。目前氣井排水處于后期，平均單井日產(chǎn)液下降至0.54 m3，2018—2019年因煤粉沉積泵堵和卡泵造成的檢泵作業(yè)平均占比62%[2-4]，氣井頻繁作業(yè)，增加了作業(yè)成本，且作業(yè)過程中存在作業(yè)井控風(fēng)險，中斷生產(chǎn)對氣田產(chǎn)銷影響波動大。

目前治理煤粉及壓裂砂沉積的主要方式為利用洗井車在短時間內(nèi)提高管式泵液量，但該方法造成了氣井的事實壓井，污染地層，同時也造成了氣井中斷生產(chǎn)影響產(chǎn)銷；洗井車洗井最少需要2名員工和一輛運維車輛配合操作，增加了維護成本；電流變化和卡泵洗井時，降低了處置的時效性，易躺井[5-6]。

為了避免以上問題的發(fā)生，研制了循環(huán)洗井裝置，整個洗井過程為電力連鎖自動控制，實現(xiàn)了24 h連續(xù)洗井，并實現(xiàn)中控室遠(yuǎn)程停機報警，降低了員工的勞動強度和生產(chǎn)成本；同時，大幅降低了由煤粉和壓裂砂沉積引起的泵堵和卡泵造成的檢泵作業(yè)次數(shù)。

1 泵堵及泵卡產(chǎn)生原因分析

煤粉是在鉆井、壓裂工程及排采擾動作用下引起煤層失穩(wěn)破壞而產(chǎn)生的。按煤粉來源可分為鉆井殘留煤粉、井壁失穩(wěn)產(chǎn)生煤粉、煤基質(zhì)破裂產(chǎn)生煤粉[7-10]。

煤粉的存在降低了氣井的產(chǎn)液量：煤粉落在排采管式泵的固定閥座上，會導(dǎo)致固定閥關(guān)不嚴(yán)，造成泵漏失；部分井煤粉埋固定閥通道，造成進液通道堵塞；煤粉黏附在泵柱塞上，造成卡泵[11-14]。

水力壓裂是煤層氣開采過程中有效的儲層改造工程[15-21]，通過高壓驅(qū)動水流伴以石英砂等支撐劑，擠入儲層中原有的和新造的裂縫內(nèi)，擴寬并伸展這些裂縫，進而在儲層中產(chǎn)生更多的次生裂縫，可產(chǎn)生有較高導(dǎo)流能力的通道，有效地連通井筒和儲層，提高煤層氣井的單井控制面積和產(chǎn)量。壓裂后，氣井在排水采氣過程中，隨著裂縫中水的排出，特別是在快速降低井底流壓時期，水中含有不同粒徑石英砂等支撐劑進入井筒和泵，砂進入泵筒后，砂落在排采管式泵的固定閥座上，會導(dǎo)致固定閥關(guān)不嚴(yán)而漏失；部分井砂和煤粉混合后會堵塞固定閥通道，造成進液通道堵塞。

綜上所述，煤粉和砂是造成泵卡、泵堵、泵漏的主要原因，解決以上問題能有效延長泵免修期，節(jié)約作業(yè)費用，保證氣井生產(chǎn)的連續(xù)性。

2 循環(huán)洗井原理

目前，循環(huán)洗井工藝主要包括自動循環(huán)洗井[22]、空心桿自動洗井以及泵下洗井工藝。

自動循環(huán)洗井是指通過機械隔膜泵將水升壓至0.2 MPa，高于井口套壓（氣流程外輸壓力），進而24 h均勻注入清水，保證氣井排量日產(chǎn)液不小于5.24 m3，達(dá)到提高油管內(nèi)的液流速度，從而將煤粉攜帶出地層至地面，井口產(chǎn)水經(jīng)過水池沉降過濾后被再次注入井底，建立循環(huán)（圖1）。機械隔膜泵為可調(diào)機械隔膜泵，通過調(diào)整排量，與管式泵排量相匹配，并控制井內(nèi)液面在合理范圍之內(nèi)，避免造成水淹壓井，影響產(chǎn)氣。該洗井工藝可對中低產(chǎn)氣井24 h 連續(xù)洗井，攜帶煤粉，降低生產(chǎn)成本；但對高產(chǎn)氣井而言，該洗井工藝并不適用，主要原因是當(dāng)氣井瞬時氣量大于250 m3時，會發(fā)生氣頂現(xiàn)象，導(dǎo)致水流無法到達(dá)井下，進而無法進行洗井。

圖1 自動循環(huán)洗井原理Fig.1 Principle of automatic circulation well flushing

空心桿自動洗井是指在管式泵正常上下沖程工作時，在壓力差的作用下，地面將水吸入空心抽油桿，并通過空心抽油桿噴射器的導(dǎo)向通道對準(zhǔn)活塞上端面，一定壓力的水直接對活塞上表面沖洗，水帶著活塞以上的煤粉、砂與經(jīng)活塞排液通道進入油管和空心抽油桿之間環(huán)空的混合液混合，一定壓力和液流速度的混合液從環(huán)空排出，從而達(dá)到將活塞以上的煤粉和砂帶到地面（圖2）。該洗井工藝注入水量大，攜砂、攜煤粉能力強，注入水不會進入地層，不會影響氣井的生產(chǎn)連續(xù)性，但清洗位置具有一定的局限性，只對活塞以上環(huán)空進行清洗。

圖2 空心桿自動洗井原理Fig.2 Principle of hollow rod automatic well flushing

泵下洗井工藝是指將清水通過鋁塑管注入油管，當(dāng)活塞上行時，活塞上、下游動閥關(guān)閉，固定閥打開，地面注入水經(jīng)過鋁塑管、泵下洗井接頭，通過洗井接頭導(dǎo)向通道對準(zhǔn)固定閥，一定壓力的水直接對固定閥沖洗，水帶著周圍煤粉、砂與地層水匯合進入游動閥和固定閥的空腔；當(dāng)活塞下行時，游動閥打開，固定閥關(guān)閉，游動閥和固定閥的空腔混合液被壓縮后升壓，經(jīng)活塞排液通道進入油管和空心抽油桿的環(huán)空，一定壓力和液流速度的混合液從環(huán)空排出地面、井口，從而達(dá)到將泵桶、閥清洗出來的煤粉和砂帶到地面（圖3）。該洗井工藝在活塞上沖程可對固定閥、游動閥清洗，下沖程可對氣錨、氣錨吸入口等部位進行清洗。

圖3 泵下洗井工藝原理Fig.3 Principle of well flushing process by pump

目前，3 種洗井工藝的洗井制度為：正常使用自動循環(huán)洗井和空心桿自動洗井，定期使用泵下洗井工藝，3 種工藝相輔相成，保證泵和氣錨無煤粉和砂沉淀，提高管內(nèi)的液流速度，進而將煤層氣井采出水中的煤粉、細(xì)砂帶出井下至地面沉降池，達(dá)到煤層氣井機抽泵防卡的目的，有效延長氣井的檢泵周期。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 自動循環(huán)洗井工藝

2020年，自動循環(huán)洗井工藝已在延川南煤層氣田A班站56口煤層氣井應(yīng)用，從應(yīng)用效果來看，氣井的抽油機運行電流明顯下降，功圖顯示飽滿，管式泵工作狀態(tài)良好，氣量產(chǎn)量穩(wěn)定，且水質(zhì)明顯變清（圖4），洗井前后兩年比較，減少檢泵20 井次（表1），進而保證氣井生產(chǎn)連續(xù)性。

圖4 洗井后水質(zhì)變化過程Fig.4 Water quality change process after well flushing

表1 延川南煤層氣田A班站洗井前后檢泵次數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of pump inspection times before and after well flushing in station A of southern Yanchuan CBM Field

目前，已在延川南煤層氣田推廣使用135 口煤層氣井，減少檢泵51 井次，減少作業(yè)影響產(chǎn)銷20.4×104m3，按單井作業(yè)費用5.81 萬元（含材料費），煤層氣售價1.6 元/m3，累計創(chuàng)效302萬元。

3.2 空心桿自動洗井工藝

2022年，空心桿自動洗井工藝在延川南煤層氣田A 班站3 口煤層氣井應(yīng)用。截至2022年5月31日，B1 井免修期延長至96 d（表2），B2 井免修期延長至79 d（表3），B3 井免修期延長至88 d（表4）。從應(yīng)用效果來看，該工藝可有效延長免修期，減少修井次數(shù)，實現(xiàn)連續(xù)排采。

表3 延川南煤層氣田A班站B2井安裝空心桿洗井工藝前歷次檢泵作業(yè)Table 3 Previous pump inspection before installing hollow rod well flushing process in Well-B2 of station A in southern Yanchuan CBM Field

表4 延川南煤層氣田A班站B3井安裝空心桿洗井工藝前歷次檢泵作業(yè)Table 4 Previous pump inspection before installing hollow rod well flushing process in Well-B3 of station A in southern Yanchuan CBM Field

3.3 泵下洗井工藝

2022年，泵下洗井工藝在延川南煤層氣田A 班站B4 井試運行，目前，該井較安裝泵下洗井裝置前瞬時氣量增加80 m3（圖5），泵效提高約67.5 %（表5），且目前瞬時氣量穩(wěn)定在210 m3左右，為該井連續(xù)、穩(wěn)定排采奠定了基礎(chǔ)。

圖5 延川南煤層氣田A班站B4井泵下洗井工藝安裝前后瞬時氣量變化情況Fig.5 Change of instantaneous gas volume before and after well flushing process by installation of pump in Well-B4 of station A in southern Yanchuan CBM Field

表5 延川南煤層氣田A班站B4井安裝泵下洗井裝置前后基本參數(shù)Table 5 Basic parameters before and after well flushing by installation of pump in Well-B4 of station A in southern Yanchuan CBM Field

4 結(jié)論

1）3 種循環(huán)洗井方式，各有利弊。在現(xiàn)場實際應(yīng)用中，主要以自動循環(huán)洗井方式及空心桿洗井方式為主，以泵下洗井方式為輔。

2）現(xiàn)場實際應(yīng)用表明，自動循環(huán)洗井工藝可減少檢泵作業(yè)頻次，空心桿自動循環(huán)洗井工藝可有效延長免修期，泵下洗井工藝可提高泵效，增加日產(chǎn)液，進而證實循環(huán)洗井工藝可有效降低頻繁修井導(dǎo)致的生產(chǎn)不連續(xù)現(xiàn)象的發(fā)生。

3）循環(huán)洗井工藝在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，減少了修井次數(shù)，增加了氣井生產(chǎn)連續(xù)性，進而起到了降本增效的作用。