煤層氣井用螺桿泵系統優化

楊 連

（中石油煤層氣有限責任公司，北京 100028）

煤層氣井用螺桿泵系統優化

楊 連

（中石油煤層氣有限責任公司，北京 100028）

煤層氣的開采，需要一定的工藝技術措施。應用螺桿泵進行排水采氣技術措施，通過對螺桿泵排水采氣系統的技術優化，達到最佳的排水采氣效果，不斷提高煤層氣的開采效果，使其產能最大化。

煤層氣；井下；螺桿泵；優化

1 煤層氣的開采

煤層氣是在煤形成的過程中，富集于煤層中的非常規天然氣，煤層氣的成藏機理和開發的工藝技術措施，與常規天然氣的開發截然不同，只有采取合理的工藝技術措施，才能獲得最佳的煤層氣產能。

煤層氣井的生產過程，是通過抽排煤層中的水，使煤層壓力降低，將甲烷氣體分離出來，使甲烷氣體從吸附狀態轉換為游離狀態，從井口開采到地面。煤層氣開采過程中，大量使用螺桿泵進行排水采氣，主要原因就是螺桿泵適合輸送高黏度的液體，因此可以排出大量的煤粉，并且不會降低螺桿泵的泵效。螺桿泵屬于容積泵，沒有氣鎖現象，當氣井供液不足發生串氣時不會對該系統造成影響。螺桿泵的生產費用比較低，防砂、耐磨效果好，不需要更多的維護，就能夠達到正常的排水采氣的效果。

2 螺桿泵系統優化

為了滿足煤層氣開采的需要，提高煤層氣井的產量，延長氣井檢泵周期，必須通過優化設計螺桿泵系統，使其發揮出最大的排水效能，為氣田的生產提供動力支持。

2.1 螺桿泵系統管桿防偏磨優化設計

螺桿泵系統中管桿偏磨形式主要包括幾何偏磨和彎曲偏磨。幾何偏磨是由于井身軌跡的原因，如井斜、撓曲等造成抽油桿柱與油管接觸，相對運動造成偏磨。彎曲偏磨是由于抽油桿高速旋轉過程中會產生離心彎曲現象，使桿柱彎曲，導致抽油桿與油管接觸摩擦的情況。因此應著重從這兩個方面入手，防止偏磨。井身狗腿度較大的地方易產生管桿偏磨，因此應在這些地方增加抽油桿扶正器，必要時可使用導向器，避免抽油桿與油管的直接接觸，可以有效減少磨損。對于彎曲偏磨，應重點從設備選型上入手，選擇合理的泵型，將螺桿泵系統轉速降低，可減小抽油桿旋轉離心力，降低彎曲量，同時也可以減少管桿接觸處的摩擦次數，將磨損量降低，延長螺桿泵系統的運轉周期。此外應使用抽油桿扶正器將抽油桿接箍扶正，因接箍外徑大，最易磨損。防偏磨措施需根據不同井型，不同井況，做出不同的調整，以使螺桿泵系統運行周期最大化，氣井產量最大化。

2.2 螺桿泵系統防砂防煤粉優化設計

煤粉的產出機理主要有三方面因素：儲層因素、工程因素和排采制度因素。儲層因素取決于煤層的質地和機械強度，機械強度越低出煤粉量越大。工程因素有鉆井過程中，鉆具與煤層研磨，由于機械破壞作用和應力集中釋放產生煤粉；還有壓裂過程中，由于壓裂液的高壓高速突進、支撐劑注入過程中對裂縫沖刷作用、煤巖表面的剪切與磨損作用，使煤巖破碎產生大量的煤粉及顆粒大小不一的煤碎屑。此外排采強度過大，產氣增速未控制，速敏效應會導致出砂、煤粉等顆粒物。由于以上因素，在排水降壓過程中，煤粉不可避免地會進入井筒。進入井筒的煤粉會造成卡泵和吸入口堵塞，導致螺桿泵無法正常運轉。傳統的管柱結構是使用打孔篩管作為吸入口，將吸入口下放至煤層下部。該結構中的吸入口在煤層下部，煤粉沉降較多，加之打孔篩管孔徑大，無法有效過濾煤粉顆粒，因此較易卡泵。針對這種問題，可將吸入口更換為縫隙小于煤粉顆粒的繞絲篩管，這樣可以將大顆粒煤粉阻隔在泵掛管柱外，可以減少螺桿泵卡泵的風險。此外也可考慮將吸入口換成氣錨，放置在煤層上部，煤層上部煤粉量遠低于煤層下部，因此該管柱結構可以大大降低卡泵及吸入口堵塞的風險，延長檢泵周期，該管柱結構在實踐中應用效果良好，應大力推廣。

2.3 螺桿泵系統設備選型優化設計

為了使螺桿泵舉升系統長期穩定連續運轉，必須合理選擇螺桿泵的各項參數，并優選與之對應的頂驅設備。螺桿泵在設計時，揚程負載率不能超過80%，桿驅螺桿泵推薦轉速＜150r/min，推薦泵效＜90%。減緩定子磨損衰減帶來的泵效損失不能單純依靠增加泵效，而是通過選擇更大的泵型，控制轉速和泵效，降低泵的揚程負載率，控制泵效。選擇螺桿泵驅動設備時，應根據揚程和排量計算出泵的負載功率，根據功率大小選擇驅動頭，此外還應根據驅動頭輸出扭矩進行合理選擇。對于桿柱的組合設計，需要考慮桿柱在扭矩和軸向力作用下，產生的彎曲變形情況，設計合理的桿柱組合，達到內應力的要求，避免生產過程中產生過大的變形，而影響到生產的順利進行。

螺桿泵進行排水生產過程中，合理控制排水的壓力和排水量，按照煤層氣開采制度的要求，對螺桿泵進行管理。必須注意的就是螺桿泵在停機檢修時，很容易發生螺桿反轉的情況，必須安裝防反轉設備，避免由于井下的扭矩釋放不完全，而引發安全生產事故。

3 結論

通過對煤層氣用螺桿泵系統優化，有效地利用螺桿泵進行排水采氣技術措施的應用，開采更多的煤層氣，提高氣田的產能。優化設計煤層氣用螺桿泵的電動機系統，桿柱系統以及額定運行參數的確定，滿足煤層氣井開采時的排水要求，節約電能的消耗。通過抽汲作用，將煤層氣井中的水排出來，使煤層氣變為游離態，而達到煤層氣的開采效率。

[1] 何軍，楊建雨，竇武.螺桿泵井管柱優化設計[J].中國石油企業，2014，（5）.

[2] 張利平.液壓傳動系統及設計[M].化學工業出版社，2013.

[3] 黃慶.煤層氣井用螺桿泵系統優化設計及軟件開發[D].中國石油大學（華東），2012.

Optimization of Screw Pump System for Coalbed Methane Well

Yang Lian

The mining of coalbed methane requires some technical measures，and the screw pump is used to carry out the technical measures of drainage and gas production.Through the technical optimization of the drainage system of the screw pump，the optimal drainage and gas production efficiency is achieved，and the coalbed methane Mining effect，to maximize its production capacity.

coalbed methane；downhole；screw pump；optimization

TE37

A

1003–6490（2017）10–0048–01

2017–07–10

楊連（1987—），男，河北大名人，助理工程師，主要從事煤層氣井井下作業工作。