L型水平井高效排采管控技術研究

李文強 劉元新 蒲 攀 高萌萌 彭春花

(中國石油與天然氣股份有限公司華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000)

1 L型水平井的特點

樊莊-鄭莊區塊從2014年開始試驗探索單支可控水平井L型水平井，該種水平井具有主支1個，采用篩管完井或套管完井模式。依據地質條件采用分段壓裂擴大單井控制面積。L型水平井具有施工周期短，完井方式具有較強的井眼支撐能力，同時可以維護改造。能夠保障井壁不會發生垮塌，兼具改造優勢，最大限度的增加了單井的控制面積，保障了單井的高產穩產。目前在鄭莊區塊已實施16口L型水平井。最高單井日產氣達到8000m3，平均單井日產氣量4500m3，低產井比例占18%。

2 排采制度

L型水平井由于鉆完井方式、改造方式相比傳統的多分支水平井有較大的區別，培育高產井就是要最大效率排水降壓，形成較大的解析控制面積。根據L型水平井特點將其分為以下幾個階段：變速排采階段、階梯提產階段、穩產階段。

(1)快速排采階段

液體的產出取決于相滲條件，此階段水相滲透率最大，最利于壓裂液返排及煤層水的排出，無補給條件下解吸前累水高的井往往能獲得高產。

在此階段又可以分為三個小階段：

① 流壓大于儲層壓力階段，該階段就是要采取較快的制度快速排出無效流壓。

L型水平井特別是壓裂水平井無效流壓較高，需快速排出地面。日降液幅度可根據具體流壓值制定日降液幅度，一般大于0.1MPa/d。

② 流壓介于儲層壓力與解析壓力階段，該階段強調排采制度要慢，一般采取日降液在0.03MPa，每天降至解吸壓力附近。

③ 解析階段，該階段強調一個降壓速率要緩，減少氣水兩相流影響。套壓升至解吸壓力2/3時開始放壓提產(圖1)。

圖1 不同階段降壓速率圖

(2)階梯提產階段

長時間的高套壓使解吸后的氣體無法脫離地層環境，致使煤層中的解吸氣體不斷堆積，迅速拉高了氣相滲透率，生產壓差相對較小，對水的產出產生了強烈的抑制作用。不利于壓降漏斗的擴展。采取快速、階梯狀穩步提產模式實現單井產量快速上漲。

該階段調控模式：

① 放氣點：放氣套壓為解吸壓力的2/3；

② 控壓方式：不憋壓，4～6個月穩產；

③ 提產幅度：150～200m3/次，1次/2～3天。

(3)穩產階段

以往產氣階段排采控制多采用經驗方法確定排采制度，只要有壓力就不斷的上調氣量，以達到最大產氣量，沒有對最大產氣量進行控制，導致某些井達到高峰產氣后快速遞減。保持合理的生產壓差，合理控制單井產量能夠實現高效、持續穩產。穩產氣量點應為單位壓降產氣量增量最大值(圖2、3)。

圖2 單位壓降產氣率與流壓關系圖

圖3 單井排采曲線圖

3 L型水平井排采新工藝管控

L型水平井井身結構不同于直井與傳統的多分支水平井，井斜角近乎垂直，傳統的抽油機不適應L型水平井的排采。目前主要采用射流泵及無桿水力管式泵作為排采設備。

3.1 射流泵工作原理

射流泵是以高壓水為動力液驅動井下排水(煤粉)采氣裝置工作。以動力液和采出液之間的能量轉換達到排砂采油的目的。動力液由井口通過φ48mm油管到達井下排水(煤粉)采氣裝置，地層產出液攜地層砂通過尾管被吸入到井下排水(煤粉)采氣裝置的噴嘴、喉管之間并隨動力液一起進入喉管，在喉管內動力液和產出液混合形成混合液，增壓后的混合液沿φ48mm油管和φ73(φ89)mm油管之間的環空到達地面。

3.2 射流泵故障響應參數特征

在實際生產運行過程中，排采設備難免會出現各種故障，通過對運行壓力、電機運行電流、運行頻率等數據進行采集，結合現場實際故障原因，總結摸索射流泵故障時各項參數響應特征所對應故障現象與原因，實現快速有效遠程故障判斷，提升故障處理時效。

3.2.1 閥體閥片故障參數響應特征

射流泵在運行過程中閥體、閥片會出現磨損，造成地面柱塞泵效率逐漸降低，影響L型水平井正常排水降壓。該種故障主要參數響應特征表現為一升、一平、兩降的曲線特征。其中運行壓力突降、電流突降、運行頻率快速上升(50HZ最大頻率)，流壓在短時將保持平穩(高產液井表現為回升)(圖4)。

3.2.2 泵芯堵塞故障參數響應特征

煤層氣在排采過程中伴隨著煤粉等固體雜質的排出，射流泵泵芯堵塞故障也經常出現。該種故障主要參數響應特征表現為三降、一平穩的曲線特征。其中運行頻率突降，瞬時緩慢下降，運行電流運行壓力保持平穩(圖5)。

圖4 射流泵閥片故障參數圖

圖5 射流泵泵芯堵塞參數圖

3.2.3 動力液缺水故障參數響應特征

射流泵采用的過濾排采水作為動力液，若因漏失造成動力液缺失會致使射流泵停機。該種故障主要參數響應特征表現為三降、一升的曲線特征。其中運行電流突降、運行壓力突降、瞬時下降、運行頻率突升(圖6)。

圖6 射流泵動力液缺失參數圖

3.3 無桿水力管式泵工作原理

無桿水力管式泵是利用地面柱塞泵驅動動力液，液控換向高壓水換向閥通過壓力實現同心管、油管之間換向打壓注水功能。高壓動力液通過同心管、油管與同心管環空推動泵筒來回運動，實現煤層水的抽吸。混合液通過同心管排出達到地面。

3.4 無桿水力管式泵故障響應參數特征

依托自動化遠程采集、控制系統平臺，對運轉狀態、系統壓力、瞬時水量、電流等參數進行數據采集。結合生產數據與故障類型，總結同類故障表現特征，對主要的故障類型實現快速有效遠程故障判斷，提升故障處理時效。

3.4.1 無桿水力管式泵換向水閥故障參數響應特征

換向水閥的作用就是通過換向閥切換動力液推動泵筒運動，若換向水閥出現故障則會造成井下泵筒不工作。該種故障主要參數響應特征表現為四降、一平穩曲線特征。其中運行流壓、瞬時、套壓呈下降趨勢。核實參數系統壓力表現為長時間低壓(圖7)。

圖7 無桿泵換向水閥故障參數圖

3.4.2 液壓站故障參數響應特征

液壓站運行為高壓換向水閥提供換向動力。若液壓站出現故障則會造成停井。該種故障主要參數響應特征表現為四降、一升的曲線特征。其中電流突變為0、運轉狀態顯示為0(0代表不運轉，1代表運轉)，套壓、瞬時下降，流壓回升(圖8)。

圖8 無桿泵液壓站故障參數圖

3.4.3 吸入口堵塞故障參數響應特征

無桿水力管式泵是依靠地面柱塞泵向油管環空與同心管打入混合液，從而驅動井下泵筒來回運動的。地面柱塞泵若吸入口堵塞則造成動力液不暢，致使無法驅動井下泵運動。該種故障主要參數響應特征表現為三降、一升曲線特征。其中套壓、瞬時、系統壓力下降，流壓回升。系統壓力相比正常運轉時呈現出突降狀態(圖9)。

圖9 無桿泵吸入口堵塞故障參數圖