煤層氣抽油機井偏磨原因分析及治理對策研究

陳 磊 關濟朋 范書軍 吳定泉 田 江 孫澤軍

(華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000)

煤層氣抽油機井偏磨原因分析及治理對策研究

陳 磊 關濟朋 范書軍 吳定泉 田 江 孫澤軍

(華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000)

抽油機是煤層氣井生產主要的排水采氣設備。在長期的生產過程中發現，隨著排采時間增加，煤沒度越來越低，老井的抽油桿偏磨問題日益突顯，不利于煤層氣井穩定、連續排采。本文對山西煤層氣分公司鄭一區塊生產過程中檢泵原因及生產參數進行了統計，分析了偏磨的機理和主要因素，從而提出了綜合治理對策。現場應用后取得了明顯的效果，延遲了煤層氣井檢泵周期，對偏磨井的治理具有指導意義。

煤層氣井 管桿偏磨 生產參數 對策

自2006年以來，中石油華北油田在山西省沁水盆地南部已投產煤層氣井超過2500口，利用抽油機有桿泵排采工藝的井達到98%以上。隨著投產井數的增加，抽油機井桿管偏磨是煤層氣井存在的普遍問題。通過統計分析歷年檢泵作業的原因，桿管偏磨是影響煤層氣井正常生產的主要因素。由于桿管偏磨引起的井口磨損、油管磨損等問題，增加了檢泵作業的費用，開展偏磨原因分析及治理對策的研究，以有效提高煤層氣井的排采時率。

1 抽油機井檢泵原因

對山西煤層氣分公司鄭一區塊檢泵周期小于300天檢泵井進行統計，并對檢泵原因進行分析，結果見表1。

表1 檢泵原因統計

通過統計可以看出，歷年來鄭一區塊檢泵作業原因主要是油管磨漏和桿管斷脫,占到了70%以上。煤層氣井排采介質主要是水和組分為甲烷的煤層氣，因而不存在原油生產過程中的結垢、結蠟、化學腐蝕等其他因素影響，主要是管、桿偏磨導致的油管漏和桿管斷脫。

2 偏磨主要因素分析

選取鄭一區塊2015年50口偏磨井生產數據、工作制度、抽油機工況進行分析，并與偏磨的主要影響因素做對比驗證，尋找偏磨的共性特征，制定預防及綜合治理方案。

2.1 井眼軌跡

部分井井眼軌跡無規則彎曲，方位角變化大，或者水平位移大，造成嚴重偏磨。兩年來造成重復作業檢泵28井次。每次起出的抽油桿都有不同程度的磨損，或部分、或全井段(表2)。

通過上面的分析，煤沒度、抽油機工況、生產參數、井眼軌跡都是影響偏磨的因素。我們應根據不同生產井情況采取相應的防偏磨措施，減少因為偏磨現象給生產帶來的影響。

2.2 煤沒度

對于低煤沒度井，由于液面低，抽油桿下行過程中，柱塞接觸到液面的時間要比正常井長，因此產生的速度、動量大，當接觸到液面的瞬間，速度、動量急劇下降，對抽油桿產生一個巨大的反作用力，抽油桿因失穩而彎曲，與油管接觸摩擦而磨損，這就是通常所說的“液擊現象”。

表2 因井眼軌跡造成重復檢泵井統計

在統計的50口井中，煤沒度在1m以上的井有11口，煤沒度為負數的井有39口(表3)。

表3 50口偏磨井煤沒度與偏磨井次統計

從表3可以看到，低煤沒度，供液不足，泵效低的井，占到偏磨井的78%。

2.3 抽油機工況

抽油機處于不平衡狀態，運行不平穩會加大抽油桿的失穩彎曲程度，從而加劇偏磨情況。

表4 50口偏磨井平衡率與偏磨井次統計

從表4可以看到，平衡率低井發生偏磨占比達到88%。

此外，抽油機基礎偏斜、井口不對中會造成抽油桿靠近井口部分對盤根盒、油管懸掛器磨損，嚴重會造成冒水和竄氣。

2.4 生產參數

主要是高沖次生產的井，沖次越高，運動中的震動載荷就越大，增加了桿管接觸的可能性，如果發生在供液不足的井上，會大大加劇桿管的磨損。統計的50口偏磨井中沖次在4.0以上的12口，沖次介于2.0和4.0的27口，沖次2.0以下的11口。

表5 50口偏磨井沖次與偏磨井次統計

從表5可以看到沖次在2.0次以上占到78%。

3 對策研究

通過對主要影響因素分析判斷，我們制定有針對性的對策，制定綜合治理方案，對不同生產狀況和地質條件井采取不同防偏磨措施(表6)。

3.1 優化管柱

(1)對井深大于1000m，井斜角較小的井，使用加重抽油桿，增加抽油桿拉伸力，使中和點下移。

(2)對井深500m至1000m，井斜角較大的井，使用固化式尼龍扶正器(扶正式抽油桿)，使抽油桿居中，減少偏磨。

(3)依托OPRS軟件(煤層氣排采井管柱優化設計軟件)，對煤層氣井管柱進行優化。利用軟件反饋的結果，結合現場偏磨情況，在中和點以下全角變化率大的偏磨嚴重部位重點加裝扶正器或耐磨內襯式油管；對中和點以上發生斷脫井，更換為抗拉力強的抽油桿；同時可以參考軟件生成的井眼軸曲線，在曲線曲率變化大的位置，增加使用扶正器數量。

表6 OPRS軟件在Z1-321井優化扶正器設計

(4)對于偏磨點位于一側井，安裝抽油桿旋轉器，通過定期旋轉抽油桿，使抽油桿與油管壁均勻接觸來達到防偏磨，延長檢泵周期效果。

3.2 調整生產參數

(1)對生產后期供液能力一般井，在保證產水、產氣量不變前提下，由短沖程高沖次調整為長沖程低沖次，部分無液井調整為間開模式。

(2)對供液能力充足井，由小泵高沖次調整為大泵低沖次。

(3)對抽油機平衡率不足75%井重新調整平衡。通過調整使得100口井平均平衡率由65%提高到78%。平衡率的提高減輕了液面沖擊對抽油桿形變的影響，減緩了偏磨的影響。

4 結論

(1)煤層氣井管桿偏磨主要受井眼軌跡、煤沒度、抽油機工況以及現場生產參數的影響，采用優化管柱、制定合理的生產參數可有效降低煤層氣井的偏磨。

(2)煤層氣井管桿偏磨的治理，也可采取綜合性配套治理措施，全面考慮各種因素，一井一策針對性治理，能取得較好的效果。

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(責任編輯 劉 馨)

Cause Analysis of Eccentric Wear of Coalbed Methane Pumping Well and Countermeasures

CHEN Lei,GUAN Jipeng,FAN Shujun,WU Dingquan,TIAN Jiang,SUN Zejun

(Shanxi CBM Exploration and Development Branch,PetroChina Huabei Oilfield Company,Shanxi 048000)

The pumping unit is the main drainage and gas recovery equipment in coalbed methane well production. In the long-term production process,it is found that with the increase of the drainage time,the sinking degree is getting lower and lower. The problem of pipe rod partial wear in the old well is becoming increasingly prominent,which is not conducive to the stability and continuous drainage of the coalbed methane well. In this paper,the causes of the pump overhaul and production parameters in Zhengyi Block of Shanxi CBM Branch are analyzed. The mechanism and main factors of pipe rod partial wear are analyzed,and a comprehensive treatment strategy is put forward. After the application of the field has made significant results,delayed the coalbed methane pump overhaul cycle,on the side，has a guiding significance of the partial grinding well governance.

Coalbed methane wells; pipe rod partial wear; production parameter; countermeasures

陳磊，男，工程師，工程碩士，從事煤層氣生產現場管理與研究工作。