韓城PSC區塊煤層氣排采工藝應用及效果分析

涂志民 李 鵬 孟思源

(中石油煤層氣有限責任公司韓城聯合項目部， 陜西 715400)

韓城PSC區塊煤層氣排采工藝應用及效果分析

涂志民 李 鵬 孟思源

(中石油煤層氣有限責任公司韓城聯合項目部， 陜西 715400)

通過分析韓城PSC區塊檢泵作業原因，總結其主要影響因素，針對性的應用了柱塞泵回注水排采工藝、內襯油管工藝以及陰極保護油管防腐工藝。現場應用實踐表明上述幾種排采工藝有效延長了該區檢泵周期，促進了該區煤層氣排采生產，對推動該區塊煤層氣勘探開發進程具有重要意義。

韓城PSC區塊 檢泵原因 柱塞泵排采 內襯油管 陰極保護器

1 概況

韓城PSC區塊位于鄂爾多斯盆地東南緣韓城地區，總面積364.6km2，其中南區塊131.3km2，北區塊234.3km2。南區塊目的煤層為5號和11號煤層，單煤層厚度一般3～5m；北區塊目的煤層為3號和11號煤層，單煤層厚度一般2～6m。該區煤層厚度較大，煤層深度一般700～1000m范圍，含氣量一般9～15m3/t，總體上煤層氣勘探開發條件較好。目前正處于勘探開發初期階段，共生產井70余口。

2 排采工藝應用

南北區塊因地質條件的差異性導致各生產井在排采水水質特點以及產水量方面都存在不同，從而影響了其檢泵周期。南區塊構造穩定，斷層不發育，單井產水量較少，平均0.56m3/d，礦物度濃度較高，Cl-含量較高，基本上水型均為CaCl2型，煤粉含量較較小。該區截止目前平均檢泵周期為430天。而北區塊構造相對復雜，斷層呈帶狀分布，單井產水量相對較大，平均2.1m3/d，礦物度濃度與井位所處位置有關，離斷層較遠處濃度較高，反之則較低，水型一般為CaCl2及NaHCO3型，且部分井排出水中H2S含量較大，煤粉含量亦較大。該區平均檢泵周期較短，截止目前平均僅為175天。

南北區在排采特征方面的差異，使得兩區塊在檢泵原因方面亦存在不同。統計2012年至目前南區塊檢泵原因(表1)，從表中可看出，南區塊檢泵主要原因分為3類，分別為煤粉引起的卡泵、固定閥失效，偏磨以及腐蝕引起的油管漏。而北區塊從表2中可看出檢泵原因主要有2類，分別為煤粉引起的卡泵及固定閥失效和腐蝕引起的油管漏。南北區由煤粉引起的檢泵作業其本質上存在一定差異，南區主要是因日產水量較少，少量煤粉亦不能攜帶出泵筒及油管所引起，而北區主要是因排采水中煤粉含量較高而引起。另外，南區偏磨引起的油管漏主要是因該區檢泵周期較北區長所引起。從上述分析可知韓城PSC區塊影響檢泵主要原因可分為3類，即煤粉引起的卡泵、固定閥失效，偏磨及腐蝕引起的油管漏。針對以上3種檢泵作業原因，該區針對性的應用多種排采工藝來延長檢泵周期。包括柱塞泵回注水排采工藝、內襯油管工藝以及陰極保護器油管防腐工藝。

表1 韓城PSC區塊南區2012～2015年檢泵原因統計表

表2 韓城PSC區塊北區2012～2015年檢泵原因統計表

2.1 柱塞泵回注水工藝

煤粉引起的卡泵以及固定閥煤粉堵死失效是韓城PSC區塊檢泵的主要原因之一，為了有效解決因排采水較少煤粉難以攜帶出油管及泵筒的問題，該區采用了柱塞泵注水排采工藝。該工藝能夠對生產井進行定期大沖次回注水排采，通過提高沖次提高產水量洗出泵筒及油管中沉積的煤粉，減少卡泵及固定閥失效發生的可能性，從而延長檢泵周期。該工藝流程由儲水罐、變頻控制器、柱塞泵加壓裝置、計量裝置組成(圖1)，通過與井口測試口連接，不斷從油套環空注水進入泵筒，保證在大沖次排采情況下井底壓力穩定。其中變頻控制裝置控制注入水量大小，而柱塞泵加壓裝置保證在排采井起套壓情況下能夠順利完成注水工作。

圖1 韓城PSC區塊柱塞泵回注水工藝流程

2.2 內襯油管防偏磨工藝

韓城PSC區塊生產井深度一般700～1000m，井斜角一般小于25°，全角變化率在穩斜段一般小于3°/25m，單純由井深結構引起的偏磨問題較少，主要偏磨原因為抽油機在下沖程過程中和點以下抽油桿的屈曲偏磨，偏磨位置一般位于泵上400m以內，而磨漏點一般位于泵上10根油管內。并且部分井油管漏失不僅僅由偏磨引起，同時兼有腐蝕的特點。針對以上原因該區采用了高聚乙烯內襯油管工藝，一般在泵上40根油管內，視不同井偏磨情況靈活應用，既可提高防偏磨能力，亦可防油管腐蝕。

2.3 陰極保護器油管防腐工藝

韓城PSC區塊煤層氣井排出水水型基本上為氯化鈣型，礦化度較高，一般17906.99～48212.42mg/L，平均28229.23mg/L，pH值一般6.51～6.89，呈弱酸性(表3)。另外分析了部分井氣體組分，均含有CO2氣體，平均含量1.22%(表4)。有上述各井分析數據可知，該區CaCl2型水礦化度總體較高，Cl-平均含量16552.71 mg/L，呈弱酸性，平均PH值6.83，且產氣井中一般都含有CO2氣體。因此，認為高Cl-引起的點蝕以及CO2溶于水產生的電化學腐蝕是造成油管腐蝕的主要原因。

表3 韓城PSC區塊部分井排采水成分分析表

表4 韓城PSC區塊部分井氣體成分分析表

針對該區油管腐蝕特點，采用了犧牲陽極陰極保護方式防腐。其原理是將電位更負的金屬與被保護金屬連接, 使該金屬的電子轉移到被保護金屬上, 而陽極則逐漸被消耗掉。該區采用了FF-73-YJ型陰極保護器作為犧牲陽極進行油管防腐保證裝置，其金屬主體由鋅鋁合金組成。

3 效果分析

3.1 柱塞泵回注水工藝應用實例

該區W9井臺W9井于2013年8月開始應用柱塞泵回注水工藝。該井臺于2010年12月投產， W9井日產水一般1m3左右，因日產水較小煤粉難以攜帶出油管及泵筒，極易引起卡泵。在應用該工藝前W9井共檢泵作業6次，其中卡泵5次，不出液1次，平均檢泵周期150天。應用該工藝后平均檢泵周期延長至320天，免修期平均延長170天，取得了較好的應用效果。目前該區煤粉較大井或出水量較小井現普遍開始定期進行大沖次循環注水排采，通過大沖次排采提高油管及泵筒中流速，攜帶出煤粉，減少卡泵的發生。

3.2 內襯油管工藝應用實例

該區目前H1井臺H1-02及H1-04井以及H8井臺H8-02井應用了內襯油管工藝。應用該工藝前頻繁發生油管磨漏修井情況。其中H1井臺2011年7月投產，H1-02于2014年3月份開始應用該工藝，之前該井共檢泵作業7次，其中6次為油管偏磨漏失修井，平均檢泵周期139天。因該井偏磨較嚴重，泵上40根油管及抽油桿普遍發生偏磨現象，因此該井于泵上應用了40根內襯油管，目前平均檢泵周期為220天，且檢泵原因為砂埋吸入口所至。另外H1-D4井應用該工藝前共檢泵作業4次，其中3次為油管偏磨所致，平均檢泵周期175天。該井與2014年1月開始應用該工藝，該井泵上用內襯油管20根，應用后平均檢泵周期281天。此外H8-02井與2012年12月投產，目前檢泵作業3次，檢泵原因全部為泵上第一根油管磨漏，平均檢泵周期224天，后2次檢泵作業間隔周期小于100天。2014年10月該井泵上應用5根內襯油管，截止目前仍未進行檢泵作業(見表5)。綜上所述該區3口偏磨較嚴重生產井應用內襯油管工藝后均取得了較好的應用效果。

表5 韓城PSC區塊內襯油管工藝井檢泵周期對比表

3.3 陰極保護器應用實例

該區W2井臺中W2-01、W2-02及W2-03井應用了陰極保護器進行油管防腐保護。該井臺與2014年11月投產，投產近3個月左右其中W2-01、W2-02及W2-03井相繼進行檢泵作業，其中W2-01井檢泵周期67天，W2-02井檢泵周期102天，W2-03井檢泵周期77天。檢泵原因均為泵上幾根油管腐蝕穿孔，并且油管表面形成許多腐蝕形成的小凹點。后分別于泵上第1根油管以及第6根油管上各連接1個陰極保護器進行防腐治理，截止目前均未進行檢泵作業(表6)，均取得了較好的應用效果。

表6 韓城PSC區塊陰極保護器應用井檢泵周期對比表

4 結論

(1)韓城PSC區塊檢泵作業原因主要分為3種類型，分別是偏磨、腐蝕以及煤粉引起的卡泵和固定凡爾失效。因南北區各井在排采特征方面的差異性，導致其檢泵3種原因中占主要的因素存在不同，南區塊以偏磨和煤粉引起問題為主，而北區塊以腐蝕和煤粉引起的問題為主。

(2)針對韓城PSC區塊檢泵主要原因，應用了相應的排采工藝，包括柱塞泵回注水排采工藝、內襯油管工藝以及陰極保護器油管防腐工藝。通過上述排采工藝應用，各應用井均取得了較好的應用效果，其中柱塞泵回注水工藝使檢泵周期平均延長213%，內襯油管工藝檢泵周期平均延長至少143%，而陰極保護器防腐工藝平均檢泵周期延長至少193%。

[1] 張宏錄，謝先平，馬秀敏，等. 延川南煤層氣田排采井桿管防腐工藝[J]. 石油鉆采工藝，2015，37(3)：110-113.

[2] 鄧生輝, 孫忠杰,熊漢輝. 犧牲陽極油管保護技術在鄯善油田的研究與應用[J]. 吐哈油氣，2009，14(2)：164-166.

(責任編輯 王一然)

Application and Effect Analysis of CBM Extraction Process in Hancheng PSC Blockand

TU Zhimin, LI Peng, MENG Siyuan

(Hancheng United Project Department, PetroChina Coalbed Methane Co., Ltd., Shaanxi 715400)

By analyzing pump inspection causes in Hancheng PSC Block, this paper summarizes the main influential factors, and applies plunger pump reinjection water extraction process, lining oil tube process and cathode protector anti-corrosion process. The field application shows aforesaid extraction processes can effectively prolong the pump inspection cycle, promote CBM production in this region, and play a significant role in promoting CBM exploration and development progress in this region.

Hancheng PSC Block; pump inspection causes; extraction by plunger pump; lining oil tube; cathode protector

涂志民，男，工程師，研究生學歷，主要從事煤層生產管理工作。