摘" 要：本文通過(guò)對(duì)煤層氣井回注水排采技術(shù)理論及在抽油機(jī)排采井——FX井的應(yīng)用研究，總結(jié)分析了在FX井的使用情況，該技術(shù)很好的解決了弱含水煤層極低產(chǎn)水量的排采難題，不但能讓設(shè)備在合理范圍內(nèi)連續(xù)、長(zhǎng)久正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)煤層氣井排采“連續(xù)、平穩(wěn)、緩慢、長(zhǎng)期”的原則[1-2]，同時(shí)還延長(zhǎng)了檢泵周期，對(duì)貴州低產(chǎn)水量煤層氣井的排采提供了一定的技術(shù)參考，值得在貴州低產(chǎn)水煤層氣井中推廣使用。

關(guān)鍵詞：煤儲(chǔ)層；弱含水；低產(chǎn)水；回注水；排采

1.引言

弱含水是貴州煤層的一大特點(diǎn)，該特點(diǎn)導(dǎo)致部分煤層氣井排采期間產(chǎn)水量很低，甚至超出了設(shè)備正常的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，出現(xiàn)排采設(shè)備不能滿(mǎn)足煤層氣井“連續(xù)、平穩(wěn)、緩慢、長(zhǎng)期”的排采要求，如何讓產(chǎn)水量很低的煤層氣井的排采設(shè)備能連續(xù)、長(zhǎng)久正常運(yùn)轉(zhuǎn)，滿(mǎn)足排采要求，是一個(gè)需要解決的技術(shù)難題。煤層氣井回注水排采技術(shù)的出現(xiàn)，很好地解決了該難題，該技術(shù)在2016年遵義FX井的應(yīng)用中，獲得了較好效果。

2.煤層氣井回注水排采技術(shù)說(shuō)明

煤層氣井回注水排采技術(shù)，即在煤層氣井煤儲(chǔ)層產(chǎn)水量很低，導(dǎo)致排出水很難將排采管柱內(nèi)的固相雜質(zhì)從井底攜帶到地面和無(wú)法讓排采設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)地面回注水設(shè)備帶壓從井口向油套環(huán)空注水，控制注水流量和注水量，進(jìn)而控制流壓變化，保持抽油泵和井底壓力計(jì)一定的沉沒(méi)度，實(shí)現(xiàn)排采設(shè)備在額定運(yùn)行速度范圍內(nèi)穩(wěn)定、長(zhǎng)久運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)調(diào)控抽排水量與注水量和煤儲(chǔ)層產(chǎn)出水量的關(guān)系，控制井底流壓在一定周期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定或?qū)崿F(xiàn)一定的降幅，讓排采總體達(dá)到“連續(xù)、平穩(wěn)、緩慢、長(zhǎng)期”的目標(biāo)，這是該技術(shù)控制的核心。同時(shí)，在油管不變的情況下，排水流量增大的同時(shí)也增大了排水流速，進(jìn)而增大了攜帶固相雜質(zhì)的能力，減少了固相雜質(zhì)在泵筒及整個(gè)油管柱內(nèi)的淤積，一定程度延長(zhǎng)了檢泵周期。該技術(shù)的實(shí)施設(shè)備具有操作簡(jiǎn)單、成本低、影響小的優(yōu)勢(shì)。

工藝方面，該技術(shù)通過(guò)控制柜實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)、注水流量、注入壓力等相關(guān)參數(shù)的集中顯示和控制。水從儲(chǔ)水箱出發(fā)，沿進(jìn)水管線，經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)入柱塞泵增壓后通過(guò)止回閥、流量計(jì)、壓力表探頭、注水管線進(jìn)入井內(nèi)油套環(huán)空?？刂乒裢ㄟ^(guò)電源開(kāi)關(guān)和調(diào)頻裝置控制電機(jī)的啟停、轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)柱塞泵的啟停和注水流量大小的控制，并對(duì)壓力、流量和井底流壓的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，及時(shí)調(diào)整注水設(shè)備運(yùn)行工況，從而更好地完成注水施工。變頻電機(jī)的使用，能實(shí)現(xiàn)對(duì)注水流量的精細(xì)控制。水注入井口，在重力的作用下沿著油管外壁和套管內(nèi)壁向下流動(dòng)，最終到達(dá)井下與井底的水混合，再通過(guò)抽油泵沿著油管抽排到地面。地面和井下工藝示意圖如圖1和圖2所示[3]。

回注水設(shè)備中，控制柜控制柱塞泵的啟停、運(yùn)行速度、注水流量等，是整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”；變頻異步防爆電機(jī)提供動(dòng)力，帶動(dòng)柱塞泵工作，是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”；柱塞泵增加注水壓力，使水克服井內(nèi)套壓注入井內(nèi)油套環(huán)空；流量計(jì)監(jiān)測(cè)注水流量值，為調(diào)整注入流量提供依據(jù)；壓力表監(jiān)測(cè)注水壓力，輔助控制；儲(chǔ)水箱儲(chǔ)存施工用水；過(guò)濾器濾除水中固相雜質(zhì)，凈化水質(zhì)，防止二次污染和影響柱塞泵運(yùn)行；止回閥防止注水過(guò)程中水流回流；高壓管線對(duì)水進(jìn)行導(dǎo)流；接頭連接管線和井口等；安全閥防止注水管中壓力超壓。

3.FX井基本情況

3.1地質(zhì)構(gòu)造特征

FX井是遵義一煤層氣區(qū)塊部署的煤層氣評(píng)價(jià)井，所在勘查區(qū)大地構(gòu)造位于上揚(yáng)子臺(tái)東部，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加，形態(tài)復(fù)雜。區(qū)域內(nèi)發(fā)育一條近東西向延伸、傾向310°左右、傾角60°至70°的正斷層，另在區(qū)內(nèi)西部和北部發(fā)育一些小的斷層。除煤層外，地層巖性致密，孔隙不發(fā)育，裂縫特征不明顯。

FX井綜合解釋煤層11層8.8m，煤層含氣量較高，目標(biāo)層位龍?zhí)督MX1#、X2#、X3#煤層含氣量分別為21.0m3/t，21.6m3/t，20.8m3/t，測(cè)井滲透率分別為0.09mD、0.30mD、0.12mD。本區(qū)為正常地層壓力和正常地溫梯度區(qū)。煤質(zhì)特征方面，該區(qū)塊煤顏色為黑色，塊狀構(gòu)造為主，結(jié)構(gòu)為條帶狀，以金剛光澤為主，少部分為玻璃、絲絹光澤，階梯狀斷口為主，其次為貝殼及參差狀斷口。宏觀煤巖成分以半亮煤為主，夾少量光亮煤。顯微組分鏡質(zhì)組含量平均為81.63%，惰質(zhì)組含量平均為18.37%?？刹擅簩语@微硬度平均為41.6kg/mm2，鏡質(zhì)組最大反射率平均為3.561%，為高階煤，以原生結(jié)構(gòu)為主。

3.2井身結(jié)構(gòu)

FX井完鉆井深712m，最大井斜1.33°，方位角273.09°，所在井深325.00m，產(chǎn)層套管外徑139.70mm、壁厚9.17mm，入井深度709.12m，人工井底697m。

3.3儲(chǔ)層改造情況

壓裂改造了龍?zhí)督M的3層煤，累計(jì)儲(chǔ)層厚度4m，深度范圍642.2至692.7m。壓裂液體系為活性水，共注入壓裂液1237.6m3，用砂50m3，施工排量6至8m3/min，停泵壓力11.3至18.6MPa，具體情況見(jiàn)表1。

3.4 排采管柱結(jié)構(gòu)和排采設(shè)備

FX井于2015年11月完成新井下泵施工開(kāi)始排采，管柱結(jié)構(gòu)中，回音標(biāo)深度102.86m、Φ38mm管式泵深度663.17m、壓力計(jì)深度664.16m、復(fù)式高效脫氣篩管深度672.69m、絲堵深度682.08m。地面排采設(shè)備為抽油機(jī)，型號(hào)CYJ4-1.5-9HY，沖程0.9m、1.2m、1.5m，沖次0至6r/min；配套電機(jī)為變頻異步電機(jī)，型號(hào)YVF2-1602-6，功率7.5kW，恒轉(zhuǎn)矩范圍5至50Hz。根據(jù)廠家意見(jiàn)，最低運(yùn)轉(zhuǎn)沖次0.028r/min，再低有設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。

4.FX井排采情況

4.1 排采簡(jiǎn)述

FX井于2015年11月30日以沖程0.9m、沖次0.48r/min開(kāi)抽，日產(chǎn)水0.49m3/d；同年4月16日見(jiàn)套，臨界解吸壓力3.40MPa；產(chǎn)水0.58m3/d；23天后放氣試產(chǎn)；34天后出現(xiàn)抽油泵故障，進(jìn)行檢泵致排采中斷，抽油泵故障前產(chǎn)水已降至0.27m3/d，經(jīng)14天完成檢泵恢復(fù)排采。59天后開(kāi)始回注水排采，檢泵后至2016年12月12日，排采生產(chǎn)正常，至此共累計(jì)排采379天，最高日產(chǎn)氣1058m3/d，累計(jì)產(chǎn)氣156319m3，累計(jì)產(chǎn)水160.76m3，返排率27.6%，在實(shí)施回注水排采的情況下，產(chǎn)水量0.006m3/d，已極低。

4.2 排采技術(shù)難題的研究分析

FX井開(kāi)抽時(shí)產(chǎn)水量和沖次便均較低，分別為1.29m3/d、0.48r/min，之后逐步下降，至抽油泵故障時(shí)分別為0.23m3/d、0.30r/min。檢泵恢復(fù)排采后，產(chǎn)水量仍較低，分別為0.30m3/d、0.45r/min，并存在進(jìn)一步下降趨勢(shì)，判斷此后隨著排采的進(jìn)行，當(dāng)產(chǎn)水量降低至排采設(shè)備的最低沖次無(wú)法連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需采用其他技術(shù)手段輔助控制流壓，以保持產(chǎn)氣量的穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)，重點(diǎn)在間抽排采和回注水排采中進(jìn)行了研究。

同時(shí)，在FX井檢泵期間，抽油桿和油管無(wú)彎曲變形、腐蝕及抽油桿扶正器和油管扶正器完好，無(wú)偏磨情況；活塞及泵完好，活塞表面無(wú)磨損和腐蝕；活塞防砂槽中有固結(jié)的煤粉，管式泵游動(dòng)凡爾處、泵筒內(nèi)有少量煤粉和細(xì)砂混合物、泵筒以上1根油管內(nèi)流體近似“面糊”狀，粘稠且為黑色，固定球座被煤粉和細(xì)砂混合物完全充填等，結(jié)合排采歷史，深入分析抽油泵故障原因，判定煤粉和細(xì)砂混合物進(jìn)入了泵筒內(nèi)，由于排采期間泵筒內(nèi)水流量小、流速慢，密度較大的固相雜質(zhì)逐漸在固定閥內(nèi)沉積，影響到固定球閥正常工作，當(dāng)逐步增多到一定量時(shí)，固定球已無(wú)法與固定球座實(shí)現(xiàn)密封，開(kāi)始泵漏，繼而固定球被卡死無(wú)法正常活動(dòng)而致抽油泵故障。檢泵期間，根據(jù)以上情況判定該井當(dāng)前Φ38mm管式泵較大，更換為Φ28mm管式泵，以便在相同沖次下，將泵內(nèi)液體流速提高，以更好地將固相雜質(zhì)攜帶至抽油泵以上避免抽油泵故障。同時(shí)表明在當(dāng)前生產(chǎn)制度下該井出砂、出煤粉較為嚴(yán)重，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)制度，以緩慢、穩(wěn)定為主，適當(dāng)穩(wěn)定井底流壓生產(chǎn)，堅(jiān)持穩(wěn)定排水，通過(guò)排水疏通儲(chǔ)層煤粉，擴(kuò)大解吸面積，提高滲透率，為后期高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供有利條件。

根據(jù)FX井所處地質(zhì)條件和換泵前排采歷史分析，即使在更換抽油泵為Φ28mm管式泵的情況下，隨著該井產(chǎn)水量的下降，仍將遠(yuǎn)低于該井抽油機(jī)額定沖次。

4.3 排采技術(shù)難題解決對(duì)策的確定

鑒于FX井以上情況，若采用常規(guī)間抽排采技術(shù)，根據(jù)同區(qū)塊鄰井間抽經(jīng)驗(yàn)，間抽可能存在流壓控制不連續(xù)、不平穩(wěn)的情況，導(dǎo)致產(chǎn)氣量下降，且間抽停抽期間會(huì)使固相雜質(zhì)沉降，增加了抽油泵故障的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在進(jìn)一步深入研究排采理論和規(guī)律的基礎(chǔ)上，根據(jù)排采控制井底流壓這一核心本質(zhì)，結(jié)合排采經(jīng)驗(yàn)和FX井存在的煤儲(chǔ)層產(chǎn)水量低及相應(yīng)引起的一系列技術(shù)難題，進(jìn)行技術(shù)研究和綜合比較，最終采取回注水排采技術(shù)來(lái)解決該井產(chǎn)水量低的排采技術(shù)難題。

5. 煤層氣井回注水排采技術(shù)在FX井的應(yīng)用

2016年8月24日，F(xiàn)X井沖次降到0.28r/min，之后無(wú)法通過(guò)降低抽油機(jī)沖次來(lái)實(shí)現(xiàn)井底流壓平穩(wěn)、緩慢、連續(xù)下降的控制。于是從2016年8月24日開(kāi)始，對(duì)FX井實(shí)施回注水排采，主要根據(jù)該井流壓和液面深度，制定回注水排采制度，當(dāng)液面下降到接近泵筒下端（663.23m）時(shí)開(kāi)始注水，控制流壓降幅以符合相應(yīng)排采階段要求，注水0至2次/d、0.05至0.1m3/次，注水流量0.3m3/h，回注水用FX井返出液或清水加入氯化鉀進(jìn)行配置，沖次正常情況下控制在0.28r/min。

至2016年12月，共實(shí)施回注水排采111天，共對(duì)FX井實(shí)施回注水113次，共注水5.95m3，期間沖次總體維持在0.28r/min，流壓從0.95MPa降至0.28MPa，期間產(chǎn)氣量較為穩(wěn)定，日均1009m3/d，最高1058m3/d，最低938m3/d；回注水排采期間，泵效明顯上升，出水口有少量煤粉等固相雜質(zhì)排出。回注水排采期間排采情況見(jiàn)圖5。

在實(shí)施回注水期間，抽油機(jī)和抽油泵運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù)、穩(wěn)定；抽油泵、壓力計(jì)維持一定沉沒(méi)度，泵效穩(wěn)定、流壓監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確；煤粉等固體雜質(zhì)能更好從泵筒、油管中排出，未發(fā)生檢泵情形，較好延長(zhǎng)了檢泵周期；流壓降幅合理控制，壓降漏斗持續(xù)擴(kuò)大；產(chǎn)氣量長(zhǎng)期維持較高水平。綜合判斷，回注水排采技術(shù)讓FX井實(shí)現(xiàn)了“連續(xù)、平穩(wěn)、緩慢、長(zhǎng)期”的排采要求，初步判斷該技術(shù)對(duì)產(chǎn)氣量基本無(wú)負(fù)面影響。

6.結(jié)論

①貴州部分煤層氣井因儲(chǔ)層產(chǎn)水量低，排采設(shè)備無(wú)法在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，繼續(xù)降低轉(zhuǎn)速存在損傷排采設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

②煤層氣井過(guò)低的排水量導(dǎo)致攜帶固相雜質(zhì)的能力弱，長(zhǎng)時(shí)間將積累大量固相雜質(zhì)懸浮在抽油泵中及泵筒頂部的油管內(nèi)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成固定閥無(wú)法正常工作，導(dǎo)致抽油泵抽不出液而故障，影響排采的連續(xù)和穩(wěn)定等。

③煤層氣井回注水排采技術(shù)能較好解決低產(chǎn)水煤層氣井在現(xiàn)有排采設(shè)備下無(wú)法實(shí)現(xiàn)“連續(xù)、平穩(wěn)、緩慢、長(zhǎng)期”排采的問(wèn)題，并增強(qiáng)了固相雜質(zhì)排出能力，大大降低了抽油泵故障的風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)了檢泵周期。

④煤層氣井回注水排采技術(shù)的實(shí)施成本低、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行時(shí)效快、易于控制。

⑤從煤層氣井回注水排采技術(shù)在FX井的實(shí)施情況看，初步判斷該技術(shù)對(duì)煤層氣井產(chǎn)氣量基本無(wú)負(fù)面影響。

⑥目前，煤層氣井回注水排采技術(shù)在貴州實(shí)施的井少、周期較短，注水制度還可進(jìn)一步優(yōu)化，若長(zhǎng)時(shí)間實(shí)施，是否存在其他影響還需要進(jìn)一步的研究。

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