OPRS軟件在煤層氣井的應用

蔡 華 蘇 雷 楊 陽 覃蒙扶 杜慧讓 劉玉明

(1.中國石油股份有限公司山西煤層氣勘探開發分公司， 山西 048000；2.河北華北石油天成實業集團有限公司，河北 062552)

OPRS軟件在煤層氣井的應用

蔡 華1蘇 雷1楊 陽2覃蒙扶1杜慧讓1劉玉明1

(1.中國石油股份有限公司山西煤層氣勘探開發分公司， 山西 048000；2.河北華北石油天成實業集團有限公司，河北 062552)

通過分析煤層氣井偏磨產生的原因，統計采取的相應措施和效果，指出目前偏磨治理的瓶頸，分析OPRS軟件在煤層氣井的適用性，應用軟件優化扶正器安裝位置及數量，研究表明該軟件模擬計算扶正器添加位置與實際偏磨井段的符合率高，現場應用后可以緩解偏磨造成的影響，延長檢泵周期，具有指導意義。

煤層氣井 偏磨 OPRS 扶正器優化

1 引言

截止2014年11月，中國石油華北油田在山西省東南部沁水盆地累計投產煤層氣井已超過2000口，以抽油機+管式泵為主的有桿泵排采工藝井占了98.2%，有桿排采工藝產生的偏磨問題成為分公司近幾年檢泵作業的主要原因。據統計，2013年樊莊區塊偏磨井檢泵井次占該區塊總檢泵井次的44%，而鄭莊區塊更高達71%，見圖1、圖2。

圖1 樊莊區塊檢泵構成

圖2 鄭莊區塊檢泵構成

2 煤層氣井偏磨產生原因及對應措施

2.1 偏磨產生的原因

(1)抽汲參數不合理，導致偏磨。

抽油桿在工作中受交變載荷，會發生疲勞破壞，造成斷裂，另外在上抽油桿時絲扣沒上緊，會發生脫扣事故。少部分生產井在泵效降低或煤層供液能力下降時，而工作制度并未及時進行調整，導致小水量井以較高沖次運行，這種不必要的高工作制度加快了抽油桿井下管桿偏磨的程度。

(2)“狗腿”變向引起偏磨。

有“狗腿”的地方，彎曲度大，不僅抽油桿接箍與油管內壁產生摩擦，抽油桿本體與油管內壁也產生摩擦。

(3)“中性點”效應

上沖程時，中性點以下的抽油桿處于拉伸狀態；下沖程時，中性點以下的抽油桿同時受到上部桿柱向下的壓力和自身的慣性作用, 易發生彎曲與油管內壁接觸發生偏磨。這種現象隨著抽油桿長度的增加和沖次增高的影響會更加明顯。

2.2 對應措施

合理調整油井抽汲參數，見表1。表中措施的實施均達到預期目標要求，通過抽汲參數調整，降低偏磨比例8%。

表1 措施實施統計表

但是，針對井斜角和“中性點”效應產生的影響，只是根據檢泵時實際磨損情況添加扶正器，缺乏對偏磨井段井深的準確預測和優化設計扶正器添加的技術手段。

3 OPRS軟件適用性分析

軟件全名為“煤層氣排采井管柱優化設計軟件”，簡稱OPRS，是華北油田采油工程研究院開發用于煤層氣井系統效率分析和優化設計的軟件。

該軟件是完全的網絡版軟件，可通過瀏覽器訪問裝有軟件的服務器。主要功能：①系統管理：單位管理、用戶管理、設備管理和日志管理；②數據管理：單井數據管理、井況數據管理、井斜數據管理、數據上傳；③煤層氣井優化設計：煤層氣井數據、參數設置、井眼軸線計算、優化設計。

3.1 利用軟件計算的偏磨井段與檢泵中實際偏磨情況對比

在檢泵作業井中，選管柱桿管偏磨嚴重的15口井，統計偏磨起始井深及偏磨井段深度；并將這15口井用OPRS軟件進行設計并優化扶正器的安裝位置，將兩者統計結果進行對比，驗證軟件計算結果的準確性。

在偏磨井段起始井深方面：設計位置與實際偏磨情況，最大偏差47m，最小偏差2m；

偏磨井段深度方面：最大偏差55m，最小偏差1.49m；兩者吻合率在偏磨井段起始位置上，平均吻合率97%；偏磨井段深度上，平均吻合率81.5%。

說明OPRS軟件在煤層氣井的扶正器模擬優化設計上，與實際偏磨情況對比，具有較高的吻合率。軟件能較準確的預測煤層氣井的偏磨情況。3.2 利用軟件模擬扶正器添加位置與中性點對應關系

統計15口軟件設計的扶正器添加井段距泵深的距離，與理論計算中性點位置進行對比。

軟件設計扶正器安裝位置距下泵深度距離：泵上32～110m。

計算D38mm管式泵，D19mm抽油桿，在5次/分的工作制度下的中性點位置。中性點距離泵上96～110m。

模擬和計算值有較好的對應性。軟件模擬的偏磨井段，在中性點附近。

因此，OPRS軟件在煤層氣井具有較高的適應性，在模擬的扶正器設計結果上，與實際偏磨情況對應度較高，并且在中性點附近。應用設計結果指導檢泵工作，理論上可有效緩解偏磨。

4 現場應用

4.1 基本數據

胡底4井位于沁水盆地南部斜坡帶樊莊區塊，完鉆井深868m，生產層位為山西組3號、15號煤層，煤層深度分別為705.7m和798.77m。

4.2 歷年檢泵情況

該井2010年10月投產，3號和15號煤合采，使用五型抽油機，22KW電機。2012年5月19日，抽油桿斷脫檢泵；2012年10月30日，固定凡爾卡死檢泵；2012年12月30日，抽油桿擼扣檢泵；2013年3月5日，光桿斷脫檢泵；2013年10月1日，抽油桿脫扣檢泵；2014年6月17日，活塞卡死在泵筒內檢泵。嚴重違背了煤層氣“平穩，連續，低成本”的排采理念。

4.3 以往改進措施

針對實測載荷差值與理論值差別大問題，原五型抽油機更換為八型抽油機；對抽油桿多次斷脫問題，采用組合桿柱，均未解決該井平衡難調整，頻繁故障的問題。

4.4 軟件優化設計后應用效果

首先，通過OPRS軟件模擬計算°/10米的全角變化率，在780～820m井段，狗腿度分別為2.48°、5.14°、1.00°、5.52°、3.80°，出現“S”形彎，導致泵在該井段出現變形，從而導致載荷過高，波動大等問題。

隨后，進行OPRS軟件優化設計，在18處共添加64個扶正器。

該井自2014年6月作業后，至今運轉正常，日產水27m3，日產氣31403。對比作業前、作業后功圖(見圖3、圖4)，最大載荷值變小，載荷值較平穩，無劇烈波動。

圖3 胡底4井作業前示功圖

圖4 胡底4井作業后示功圖

OPRS軟件自2014年5月開始普及使用。截止到12月，已使用近180天，所設計使用的87口檢泵井，正常運行時間最長176天，平均110天，現場安裝經過優化扶正器的單井均未出現再次作業的情況，具有較好的使用效果。

5 結論

OPRS軟件設計結果與煤層氣井實際偏磨井段的吻合率高，能夠準確預測偏磨井段具體位置；并且對扶正器的優化安裝，增加了新的技術手段；軟件可細化全角變化率數據，為桿管偏磨治理工作提供準確的井斜數據分析，提高單井故障分析準確性。

[1] 林偉民，蘇凱元，于鑫，等.抽油桿扶正器安裝位置的確定[J].斷塊油氣田，2001，8(3)：52-54.

[2] 李夢溪，王立龍，胡秋嘉，等.沁水盆地樊莊區塊煤層氣井開發特點及管理方法[J].中國煤層氣.2013，6(3):2-8.

(責任編輯 王一然)

Application of OPRS Software in CBM Wells

CAI Hua1, SU Lei1, YANG Yang2, QIN Mengfu1, DU Huirang1, LIU Yuming1

(1. CNPC Shanxi CBM Exploration and Development Branch, Shanxi 048000;2. Hebei North China Oilfield Tiancheng Industry Group Co., Ltd., Hebei 062552)

The eccentric wear occurred in rod drainage technique has become a main problem in pump inspection for the CBM company of Huabei Oilfield. Through the measures of optimizing the swabbing parameters and adding rod centralizer according to the actual wear situation, the issue of eccentric wear could not be efficiently resolved. The paper analyzes the causes of eccentric wear occurred in CBM wells, summarizes the adopted measures and their effects, and proposes the bottleneck to resolve this issues currently. It also analyzes the adaptability of OPRS software in CBM wells, and applies the software to optimize the distribution and number of rod centralizer. The result shows that the consistent rate is high between the distribution points of adding rod centralizer by simulation and calculation of the software and the actual eccentric wear sections. The influence caused by eccentric wear could be improved after application of the software, and the duration of pump inspection will be extended, which is of guiding significance.

CBM wells; eccentric wear; OPRS; optimization of rod centralizer

蔡華，助理工程師，工程碩士學位，主要從事煤層氣排采技術研究與管理工作。