高煤階煤層氣不正常井類型及治理技術

賈慧敏，胡秋嘉，祁空軍

（中石油華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 長治 046000）

目前我國煤層氣呈現單井產量偏低、井間產量差異大的特征[1]。煤層氣開發通過持續排水，將儲層壓力降至甲烷解吸壓力以下，使甲烷通過解吸、擴撒、滲流產出井筒，排水降壓是煤層氣開發的基本方法[2]。因此，排采對煤層氣井產量具有重要影響，目前對儲層傷害及合理排采制度等研究較多[3]，但對排采保障技術研究較少。煤層氣不正常井指所有受產能以外因素影響，不能連續有效排水，產量已經下降或將要下降的井。煤層氣不正常井識別與治理是保障煤層氣井排采，實現煤層氣井產量穩定的重要保障技術。目前關于煤層氣不正常井的研究較少，魏迎春等以韓城區塊為例研究了煤粉產出機理及預防措施[4]；梁春紅等從示功圖角度研究了煤層氣井異常類型及治理技術[5]；劉世奇等針對排采各個階段，從排采機理角度研究煤層氣井排采過程中的儲層傷害[6]；程林峰研究了煤層氣機械排采井生產中常見故障及處理措施[7]；張衛東等首次提出了排采慣性的概念，認為區塊內煤層氣井排采的非連續性嚴重制約煤層氣井的產能[8]。上述研究對煤層氣不正常井進行了不同程度的研究，但未能系統提出不正常井類型、識別方法及治理措施，沒有形成完整的技術系列。通過沁水盆地南部1 000 余不正常井不正常前關鍵排采參數進行大數據分析，提出了煤層氣不正常井定量識別指標體系，總結出3 類常見不正常井表現形式，并提出針對性治理對策，以期形成不正常井識別、治理技術系列。

1 煤層氣不正常井識別指標

通過對沁水盆地南部1 000 余口不正常煤層氣井在不正常前關鍵參數變化情況進行統計，建立了高煤階煤層氣不正常井識別指標體系，高煤階煤層氣不正常井識別指標體系見表1。

表1 高煤階煤層氣不正常井識別指標體系Table 1 Identification index system of abnormal well of high-rank CBM wells

日產氣量、井底流壓、套壓為不正常井直接判斷參數，可以通過單一參數指標判定不正常井；其余為間接判斷參數，必須以2 個以上參數組合來判定。即如果煤層氣單井日產氣量、井底流壓、套壓變化滿足表1 指標范圍，則為不正常井。如果日產液量、動液面等其余參數中2 個以上參數滿足表1 指標范圍，則可以確定為不正常井。現場實踐表明，表1 指標體系能夠覆蓋全部不正常井。

2 煤層氣不正常井類型及治理

2.1 流壓回升型不正常井

1）表現形式。流壓回升型不正常井主要參數相互關系如圖1。由圖1（a）可知，套壓和日產氣量均快速下降，表明儲層供氣能力下降，這是因為流壓回升導致已經解吸煤層氣重新吸附，未解吸煤層氣停止解吸，進而導致儲層供氣能力下降。數據統計表明，當單井套壓下降速度大于0.04 MPa/d、日產氣量下降100 m3以上時，90%以上井的流壓處于回升狀態，對于沒有流壓力計實時監測流壓的井，應該首先核水量，如果由產水量明顯降低或不產水，則可以確定流壓回升；若產水量變化不大，則核實動液面位置，確定流壓是否回升。由圖1（b）可知，與流壓快速回升井相比，最大的區別在于流壓回升速度很慢導致套壓、日產氣量下降速度很慢，短期內通過日對比不易發現，需要通過長期對比才能發現，因此該類流壓回升井隱蔽性更強，需要進行關鍵參數長期對比才能發現。

圖1 流壓回升型不正常井主要參數相互關系圖Fig.1 Diagram of the relationship between the main parameters of the abnormal wells with bottom-hole pressure rising

2）流壓回升原因及治理。排水降壓是煤層氣開發的基本原理，即通過持續排水將煤層氣儲層壓力降至解吸壓力以下，使甲烷通過解吸、滲流產出井筒，因此，流壓回升會中斷煤層氣解吸并使已經解吸煤層氣重新吸附，導致煤層氣井產量下降或不產氣，甚至會造成儲層傷害[9]。煤層氣井流壓回升主要是由于煤層氣井排水系統排水效率降低，導致排水量小于煤層向井筒供水量，進而導致井筒中動液面上升。因此，治理流壓回升型不正常井的核心是提高排水系統的排水效率，治理措施依次為：提高排水設備（抽油機、射流泵等）運行頻率，抽油泵碰泵、射流泵等洗泵，檢泵作業。

2.2 套壓回升型不正常井

1）表現形式。套壓回升型不正常井主要參數相互關系如圖2，流壓隨套壓增加而增加，即流壓和套壓同時增加，且增加幅度基本一致，同時日產氣量持續下降。該類井多發生于冬季氣溫較低的夜晚。由圖2（b）可知，套壓一般在 22：00 后開始回升，引起流壓回升、日產氣量下降；在11：00 后開始下降，引起流壓下降、日產氣量上升，如此往復循環，導致產量降低，甚至造成儲層傷害。套壓回升必然會導致流壓回升，但本質上是因為套壓回升導致的，為了便于治理，將這類井單獨歸類為套壓回升型不正常井，該類井與流壓回升型井的區別在于，這類井套壓和流壓同時回升，且增加的幅度基本一致。針形角閥結構及煤粉堵塞示意圖如圖3。煤層氣井排采過程中，日產氣量大小通過針形角閥調節，氣體從P1口進入經過針形閥后從P3口產出，當順時針調緊手柄時，彈簧壓縮，推動閥桿、閥座帶動針形閥向左移動，則閥門開大，產氣量增加；反之，則產氣量降低。針形角閥會產生節流效應，導致閥之前的壓力大于閥門之后的壓力，閥門之前壓力等于套壓，閥門之后壓力等系統管壓。針形閥節流會吸收大量熱量，導致針型閥處溫度驟降，將煤層氣攜帶出的水蒸汽和煤粉凍結在針型閥處，堵塞產氣通道，導致套壓持續升高。

2）影響因素及治理方法。現場數據表明，套壓回升井主要受單井套壓和氣溫影響，套壓回升井影響因素如圖4。圖4（a）表明：單井套壓越高，套壓回升井產量下降幅度越大，這主要是由于套壓越高，針型閥節流效應越強，導致溫度下降幅度越大，凍堵越嚴重；圖4（b）表明：氣溫越低，套壓回升井產量下降幅度越大，當氣溫低于-2 ℃時，冬季影響開始加劇。因此，該類井的治理方法有2 種，一是加強管線保溫，在角閥處增加伴熱帶，提高角閥處溫度；另一種是采用低恒套壓排采控制方式，降低套壓，降低節流降溫影響。

圖2 套壓回升型不正常井主要參數相互關系Fig.2 Relationship between the main parameters of the abnormal wells with casing pressure rising

圖3 針形角閥結構及煤粉堵塞示意圖Fig.3 Schematic of the structure of needle angle valve and coal plug

2.3 間抽不正常井

1）表現形式。煤層氣井排采后期，井筒中液柱降至煤層以下，大部分井日產液量小于0.2 m3/d，為了降低能耗和抽油機系統損耗，一般采取間抽制度。間抽機理為利用煤層底部至煤層氣井井底之間井筒空間存儲煤層產出水，通過起停抽油機控制動液面在煤層底部以下波動，保證動液面不回升至煤層以上，從而保正產量不受影響[10]。但由于長時間停井，煤層水中的煤粉容易沉積至泵筒中，尤其是凡爾處，導致泵效降低，或者抽油機系統排水量低于煤層供水量，二者關系不匹配都會導致間抽不正常井產生。間抽不正常井是指由于間抽制度不合理或間抽后煤粉沉積導致泵效降低，引起流壓回升，進而造成氣量下降的井。其本質為流壓回升型井，但由于其成因和治理方法特殊，故將其單獨作為一種不正常井類型。間抽不正常井主要參數相互關系如圖5。開井后，套壓和氣量上升，停井一段時間后套壓和氣量下降。使用流壓計監測，可明顯發現：開井后，流壓下降，套壓上升，直至二者相等；關井后，流壓回升、套壓下降直至下一次開井。

圖4 套壓回升井影響因素Fig.4 Influencing factors of casing pressure recovery abnormal wells

2）原因及治理方法。這主要是由于沖次低、泵效降低或者開井時間短等因素，導致開井時排采系統排水量不足以將井筒中的液體充分排出，經過多次停井后，井筒中的液面逐漸上升至煤層以上，導致套壓、氣量下降。應增加抽油機沖次、延長開井時間或者提高泵效等方法治理。

3 煤層氣不正常井預防

絕大多數煤層氣不正常井形成會造成流壓回升，治理過程甚至會長時間停井，必然會造成儲層傷害。因此煤層氣不正常井應該重在預防。

圖5 間抽不正常井主要參數相互關系Fig.5 Relationship between main parameters of pumping abnormal wells

1）預防性碰泵。預防性碰泵就是根據單井煤粉產出及沉降規律，定期通過機械振動清除固定凡爾和游動凡爾處的煤粉，避免煤粉堵塞凡爾，從而保持泵效。但這種方法，不能完全清除煤粉，且長期機械振動對泵筒具有損傷。

2）預防性洗井。預防性洗井是指定期將清水注入泵筒，既能沖洗泵筒及凡爾，又能將井筒液體中的煤粉濃度稀釋，并通過排采系統將攜帶煤粉的液體排出井筒，達到清除煤粉、保持泵效的目的。該方法成本低、操作方便、不會造成排采中斷，現場實施后可以有效改善泵礦、提高泵效。

3）示功圖連續監測。煤層氣井泵效降低是漸變的過程，示功圖能夠有效反應抽油泵泵況變化，可連續監測煤層氣井示功圖，根據其形狀變化，判定抽油泵泵況，采取相應的預防性措施。

4 結 論

1）流壓回升型不正常井表現為套壓和日產氣量均快速或緩慢下降，治理措施為：提高排水設備運行頻率，抽油泵碰泵、射流泵等洗泵，檢泵作業。

2）套壓回升型不正常井的表現為：流壓和套壓同時增加，且增幅度一致，同時日產氣量持續下降。可通過加強管線保溫、采用低恒套壓排采控制方式來治理。

3）間抽不正常井表現為：開井后，流壓下降，套壓、氣量上升；停井一段時間后，流壓上升，套壓和氣量下降。可增加抽油機沖次、延長開井時間或提高泵效等方法治理。