延川南煤層氣田修井原因分析及對策

張文洪

(臨汾煤層氣分公司，山西 042100)

截止2017年12月，延川南煤層氣田共有920口生產井，統計2016～2017兩年的修井原因發現，對于延川南煤層氣井而言，修井原因最多的是泵堵塞和卡泵，最少的是抽油桿斷脫(見表1)。

表1 延川南煤層氣田2016～2017年修井原因統計

1 煤層氣井修井作業原因分析

1.1 泵堵塞及卡泵

不同于油井，煤層氣井產液為煤粉和水的混合物，由于延川南煤層氣田低產液的特點(圖1)，井筒中液體流速較低，導致粒徑較大的煤粉無法被有效攜帶至地面，從而造成煤粉在井筒中堆積，使煤粉堵塞抽油泵泵筒或煤粉卡泵。統計發現，2016～2017兩年時間里因泵堵塞及卡泵造成修井累計占比63%，煤粉是造成煤層氣井修井的首要因素。

圖1 延川南煤層氣田各階次產液量對應井數

1.2 油管漏失

造成油管漏失的原因有兩個，機械偏磨和化學腐蝕。機械偏磨的原因主要是由于井斜及狗腿度的影響，抽油桿柱在油管中并不是直上直下，在上下行程過程中容易和油管相互偏磨，若偏磨長期集中在同一位置，則容易造成油管因機械磨損而產生裂縫?；瘜W腐蝕的原因主要是由于地層水中的氫離子、溶解氧等無機鹽離子與油管形成原電池，原電池產生的電化學反應使油管中的鐵變成鐵離子，使油管上的鐵逐漸剝離進而導致油管漏失。

1.3 泵漏失

泵漏失是凡爾本體和球座密封不嚴所致，分為游動凡爾漏失和固定凡爾漏失，從2016～2017兩年修井統計情況來看，游動凡爾漏失出現的情況較少，主要還是固定凡爾漏失。造成漏失的原因主要是因為地層流體腐蝕凡爾和球座，致使上面出現凹點，從而導致其無法密封，液體無法舉升至地面。

1.4 抽油桿斷脫

造成抽油桿斷脫的原因有三個，一是機械磨損，抽油桿在上下行程過程中和油管不斷摩擦，造成抽油桿偏磨斷脫；二是疲勞破壞，由于修井過程中過多重復使用抽油桿或者參數設計不合理，抽油桿的使用超過其疲勞極限；三是腐蝕破壞，如果井下流體和氣體具有較強的腐蝕性，抽油桿容易發生腐蝕斷裂。統計發現，煤層氣井因抽油桿斷脫而修井的井數最少,兩年間僅有22井次,這是因為延川南氣田的煤層氣井的沖次普遍較低(圖2)，沖次在0.1～1.0之間的占據了60%，根據抽油桿的最大工作應力計算公式，隨著沖次的減少，抽油桿的最大工作應力也會隨之減少，從而能夠大大降低因疲勞破壞對抽油桿造成的損傷。

圖2 延川南煤層氣田各階次沖次占比

2 延長延川南煤層氣井免修期的對策

由以上分析可知，煤粉是造成固定凡爾堵塞和卡泵的重要原因，腐蝕是造成凡爾漏失的重要原因，腐蝕和偏磨是造成管漏及抽油桿斷脫的重要原因。對延川南煤層氣田而言，煤粉的影響最大，其次是腐蝕和偏磨，因此做好防煤粉、防腐蝕及防偏磨措施，能夠大大減少年維護率，節約修井成本,減少對煤層氣井生產的影響。

2.1 防煤粉

2.1.1 加入煤粉懸浮劑

煤粉懸浮劑能夠吸附在煤層表面，降低兩種互不相融的物質(煤和水)之間的作用力，并能夠有效懸浮煤粉。因此加入煤粉懸浮劑的作用主要是增加煤層水攜帶煤粉的能力,從而使一部分原本無法攜帶至地面的煤粉被攜帶至地面，減少煤粉在井筒中的沉降。

2.1.2 帶壓洗井

對于出煤粉較為嚴重的井，延川南煤層氣田自制了帶壓洗井裝置，可以在不放套壓的情況下對煤層氣井進行洗井作業，在洗井的過程中同時通過變頻器加快抽油機沖次，保證洗進液量等于抽油機抽出液量，這樣可以使煤層氣井的流壓在洗井過程中保持穩定，同時快沖次大液量機抽也可以使井底煤粉被攜帶出地面，從而達到清洗井筒的目的。

2.1.3 優化機抽管柱

延川南煤層氣田經過摸索，通過優化井下工具及管柱設計，總結出了一套有效的防煤粉完井工藝。主要有以下幾項：

圖3 防煤粉泵結構示意圖

(1)對于出煤粉比較嚴重的井，將普通泵更換為防煤粉泵(圖3)。相較于普通泵而言，防煤粉泵中不再配置固定閥，在泵筒中部開側向進油口，泵在上行程過程中抽一段真空，柱塞上升至進油口位置以上后，油液從側向高速流入。由于泵中不存在固定閥，所以從根本上避免了煤粉埋固定閥的問題，另油液高速進入泵筒，產生激流，使其快速從游動閥排出，避免了煤粉在真空腔內的沉積。

(2)采用防砂氣錨

在氣錨的進液通道處纏上濾砂網，攜帶砂子(煤粉)的液體經過氣錨的濾砂網時，直徑較大的砂子(煤粉)顆粒被直接過濾。防砂氣錨外纏的濾網孔眼直徑為0.15mm，因此能夠有效過濾粒徑大于0.15mm的煤粉。

(3)減少管桿環空面積，使用小泵生產

在需要日產水量一定的情況下，環空里的液體越少，需要的流速越大，煤粉就越容易帶至地面，因此在滿足生產要求的前提下，可以通過減少油管內徑，使用小泵生產來促使煤粉更加容易排出。

2.2 防腐蝕

(1)加入陰極保護器。其工作原理是犧牲陽極保護法，即在正在作用的腐蝕電池體系中接入一個比鐵的還原性更強的電極作為保護極，與鐵重新構成原電池，還原性較強的金屬作為陽極發生氧化反應而不斷消耗，被保護的鐵作為正極就可以避免腐蝕。

(2)對于腐蝕嚴重的井，可以針對油管的腐蝕環境適當注入緩蝕劑或者在油管表層鍍一層鋅，減緩油管的腐蝕。

2.3 防偏磨

偏磨嚴重是造成管漏及抽油桿斷脫的重要原因。防偏磨主要有以下幾個措施：一是在偏磨井段抽油桿加裝扶正器；二是在偏磨井段抽油桿普通接箍更換為鍍鎢接箍并配套內襯油管，這樣能有效提高油管和抽油桿接箍的耐磨性；三是在抽油桿尾部使用加重桿，這樣能有效減輕下部抽油桿柱受壓應作用發生的變形；四是使用油管錨,油管錨定在套管上，能夠有效防止抽油桿上下行程過程油管蠕動或彎曲造成的偏磨，而且還能夠減少沖程損失，提高泵的有效沖程，從而提高泵效。

3 結論

(1)對延川南煤層氣田而言，造成修井的原因主要是煤粉、腐蝕和偏磨，其中煤粉的影響最大，其次是腐蝕和偏磨，因此做好防煤粉、防腐蝕及防偏磨措施，能夠大大減少年維護率，節約修井成本。

(2)加入煤粉懸浮劑、帶壓洗井、使用防煤粉泵和防砂氣錨、減少管桿環空面積及使用小泵生產是防煤粉的有效措施；加入陰極保護器、定期向井筒注入緩蝕劑或者在油管表層鍍一層鋅可以防止井下工具腐蝕；偏磨井段加裝扶正器、使用油管錨、偏磨井段抽油桿普通接箍更換為鍍鎢接箍并配套內襯油管、抽油桿尾部使用加重桿可以減少偏磨情況的發生。

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