煤层气井长冲程、大泵径排采设备的研究及应用

O 李塔 焦文川 杨潇腾（中石油煤层气有限责任公司忻州分公司 山西 036600）

煤层气井长冲程、大泵径排采设备的研究及应用

O 李塔 焦文川 杨潇腾
（中石油煤层气有限责任公司忻州分公司 山西 036600）

煤层气排采的实质是排水降压，为了满足产水量较大、煤层埋深在800m以浅的煤层气井的排采需要，提出一套长冲程、大泵径的排采设备。在阐述煤层气井排采机理的基础上，结合某区块排采现状，提出用3m冲程的六型抽油机配合Φ83mm斜井泵来满足区块部分产水量大的井的排采需要。当冲程、冲次相同时，泵径越大，日产水量越大；在泵径、冲次一定的情况下，长冲程可增加日排水量；在煤层气井日产水量一定时，增大泵径和冲程长度可降低抽油机的冲次，减缓管杆偏磨程度。现场应用的效果表明该类型排采设备运行可靠，可满足日产水量不超过125m3、煤层埋深在800m以浅煤层气井的排采需要，对某区块大部分排采井具有较强的适应性。

煤层气；长冲程；大泵径；排采设备

游梁式抽油机配合有杆泵是目前国内外煤层气井应用最广泛的排采设备之一，该技术成熟、设备简单、故障率低，工作制度调整方便，可适应于低沉没度排采。经过查阅资料，目前国内煤层气井常用的有杆泵排采设备的抽油机型不超过八型，抽油泵泵径不超过70mm。如柳林南部一般选择Φ38mm泵，机型为五型抽油机，即可满足排液的需要。某区块由于平均日产水量和煤层埋深较大，特别是该区块南部的井区，常规的排采设备难以满足排采制度的要求。同时，标准的四型、五型抽油机配合小直径泵（如Φ56mm和Φ70mm），正常运行时冲次较高，管杆偏磨的矛盾突出。因此，在常规有杆泵排采设备的基础上，亟需摸索出一套适合该区块煤层气开发特点的排采设备。本文在阐述煤层气排采机理的基础上，结合目前该区块煤层气井的排采现状及要求，给出一套适合于该区块的排采设备，并对其现场应用效果进行分析，为大规模的推广应用提供依据。

1.煤层气排采机理

煤层气又称煤层甲烷气，是在成煤过程中形成并赋存于煤层中的一种非常规天然气。这种非常规天然气大部分（70%～90%）以吸附状态赋存在煤岩基质中，少量成游离状态存在于煤的割理和其它孔隙、裂隙中，还有少许溶解在煤层水中。煤的吸附性导致煤层气成藏机制和开发技术与常规天然气截然不同。

煤层气井的生产是通过抽排煤储层中的承压水，使得煤层压力降至煤的解吸压力以下，吸附态的甲烷解吸为大量游离态甲烷，并通过扩散和流动两种不同的机制运移到井筒。

2.某区块排采现状

(1)主力煤层埋深

某区块8+9#煤层的埋深自东向西逐渐加深，已开发区域内煤层最大埋深高达1250m左右。其中，煤层埋深大于800m的区域约占整个工区面积的2/3，并且自北向南所占比例呈现逐渐增加的趋势。

(2)日产水量

在该区块开发前期，大多数井多集中在整个区块的北部，平均日产水量在19．28m3左右，多采用四型抽油机和五型抽油机配合Φ70mm泵，四型机和五型机的冲程分别为1．8m和2．1m，其最大日产水量分别达54m3/d和63m3/d（文中最大理论排量都按照泵效90%计算）。

目前整个区块共有正常排采井784口，其中，51．4%的井日产水量小于20m3，日产水量在20～50m3之间的井数占38%，10．59%的井日产水量超过50m3。随着区块南部井区的排采，平均日产水量在37．46m3左右，最大日产水量达158．6m3左右，常规的五型抽油机（2．1m冲程）配合Φ70mm斜井泵，最大日产水量在62．82m3左右，已无法满足一部分井有效降液的要求。

3.长冲程、大泵径排采设备的主要特点

一方面，在冲程、冲次不变的情况下，增大泵径，可有效增加排水量，在煤层埋深一定的情况下，泵挂深度不变，随着泵径的逐渐增加，抽油机载荷相应增大，则需要将五型抽油机更换为六型抽油机；另一方面，在泵径、冲次不变的情况下，增大抽油机冲程，同样可以提高排水量。因此，可采用长冲程的大型抽油机配合泵径为Ф83mm的泵来提高日产水量，以满足日产水量较大的煤层气井在降液阶段的制度要求。

(1)泵径大

在冲程相同的情况下，泵径越大，日产水量越大。表1为不同的泵径和抽油机型组合条件下的日产水量。从表中看出，六型抽油机（3m冲程）配合Ф44mm泵日产水量仅36m3左右，当配合Ф83mm泵时日产水量增至125m3左右。因此，增大泵径可有效提高日产水量。

表1 不同泵径和抽油机型组合条件下的日产水量

表2 相同产水量条件下不同排采设备所需的冲次

(2)冲程长

如表1所示，当泵径为Φ83mm时，3．0m冲程比2．1m冲程的最大日产水量多21m3/d左右。当冲次n=1．0min-1时，3．0m冲程和2．1m冲程的六型机日产水量分别为23．36 m3/d和16．35m3/d。因此，在排水量相同的情况下，长冲程可降低抽油机的冲次，减缓管杆偏磨的程度。如表2所示，当日产水量在60m3左右时，四型机配合Φ83mm泵的冲次达到其最大值4．8min-1，六型机配合Φ83mm泵的冲次仅为2．88min-1。

(3)降低抽油机型

根据悬点载荷的理论计算方法，结合现场实际功图测试的载荷，对于大多数定向井，当抽油机型为六型时，Φ83mm泵的最大下深在800m左右。即煤层埋深在800m以浅的煤层气井，日产水量小于125m3左右时使用六型机均可满足降液阶段的要求。油田上标准六型机的冲程仅2．5m，为了实现长冲程、低冲次的运行，将六型机的冲程增加至3m，即标准八型抽油机的冲程长度。若使用标准的八型抽油机，则存在着平衡困难的问题，造成最大、最小悬点载荷差超过抽油机的设计值，容易出现电机过载停机，无法连续、有效排采。

4.现场应用效果分析

2012年8月该区块部分井开始出现日产水量较大的现象，最高达87．06m3，五型机（2．1m冲程）搭配Ф70m斜井泵已满足不了正常降液的要求。2012年9月，最先在某1井进行六型抽油机（3．0m冲程）配合Ф83mm斜井泵的先期试验，基本达到预期效果。2012年底，陆续在其他等6口井进行小范围推广应用，表3是该批试验井的日产水量情况。

表3 六型机配搭使用Ф83mm泵情况表

(1)日产水量分析

以某1井为例，如图1所示，该井在2012年9月份更换六型抽油机和Φ83mm泵后，最大日产水量由74．13m3提高至89．24m3，冲次由原来的5．5min-1降至2．9min-1，逐步稳定套压在2．60Mpa左右，产气量逐步增至4994．64m3/d。

截止到2013年7月31日，该区块已累计使用井数达96口，目前排采情况比较理想，日产水量较五型抽油机与Φ70mm泵配套使用相比有了较大提高，最高可达158．6m3/d。

图1 某1井的排采曲线

(2)稳定性评价

六型抽油机(3m冲程)配合Ф83mm泵在煤层气井中使用尚属首次，经过对试验的六型抽油机(3m冲程)检查和调研，发现其驴头稳定性、驴头转动灵活性、连接部分可靠性、成品部分密封性等各项指标基本符合要求，在该区块的总体运行状况良好。

5.结论及建议

(1)与其他煤层气区块相比，该区块南部井区煤层气单井平均日产水量和煤层埋深较大，常规排采设备无法满足降液阶段的制度要求，需要摸索出适合该区块南部井区的煤层气井排采设备；

(2)六型抽油机（3m冲程）配合Φ83mm泵排采设备，可有效增加日产水量，最高可达158．6m3左右，在排水量一定的情况，降低了抽油机的冲次，减缓管杆偏磨程度；

(3)现场试验表明，该种类型的抽油机基本可以满足该区块理论日产水量不超过125m3、煤层埋深在800m以浅煤层气井正常排采的需要，达到了预期的目标，具有较好的推广前景；

(4)由于该区块大部分生产套管为51/2，可选择使用的最大泵径为83mm。因此，建议在理论日产水量高于125m3、煤层埋深在800m以深的煤层气井使用更大冲程的抽油机，如3．6m冲程的六型抽油机和4．2m冲程的八型抽油机，来满足正常排采的需要。

Research and Application of Discharge and Mining Equipment with Long Stroke and Big Pump Diameter of Coal-bed Gas Well

Li Ta, Jiao Wenchuan, Yang Xiaoteng
（Xinzhou Branch of PetroChina Coalbed Methane Company Limited, Shanxi, 036600）

The essence of coal-bed gas discharge and mining is drainage and pressure lowering, in order to meet the needs of big water production and discharge and mining for coal-bed gas wells with 800m coal bed depth, it puts forward a set of discharge and mining equipment with long stroke and big pump diameter. On the basis of elaborating the discharge and mining mechanism of coal-bed gas well, and taking the present discharge and mining situation of a certain block into consideration, it puts forward that match the Φ83 mm deviated well pump with six type pumping unit in 3m stroke to meet the discharge and mining need for some wells with huge of displacement in the block. When the stroke, stroke times are same, the bigger the pump diameter, the greater the displacement of each day will be. Under the condition that pump diameter, stroke times are fi xed, a long stroke will increase the displacement of each day. Under the condition that the displacement of each day for coal-bed gas is fi xed, increasing pump diameter and stroke length can reduce the stroke times of pumping unit and slow down the eccentric wear degree of tube rod. The effect of fi eld application show that this type of discharge and mining equipment has a reliable operation situation and it can meet the needs of displacement of each day within 125m3and discharge and mining for coal-bed gas wells with 800m coal bed depth, besides, it has strong adaptability for most discharge and mining wells in this block.

coal-bed gas；long stroke；big pump diameter；discharge and mining equipment

TE

A

李塔（1987～），男，中石油煤层气有限责任公司忻州分公司，研究方向：石油机械。焦文川（1988～），男，中石油煤层气有限责任公司忻州分公司，研究方向：石油机械。杨潇腾（1988～），男，中石油煤层气有限责任公司忻州分公司，研究方向：石油机械。