煤層氣排采井防煤粉技術研究

崔凱 王寶金

摘要：在對煤層氣井進行排采的過程中，地層會產生出煤粉隨著液體的流動而進行管柱內。一旦不能夠隨著泵筒與油管帶到地面，而在泵筒中沉淀后會出現卡泵等情況的出現，對煤層氣開采的效率造成一定的影響。本文將以煤層中產生的煤粉的原因為出發點，研究煤粉的運移規律，結合煤粉的具體特征形成具體的防粉技術方案，以期對其煤層氣開發區塊提供借鑒.

關鍵詞：煤層氣;煤粉影響;防粉技術;井下故障

引言

本文將結合保德區塊煤層氣田為例進行分析研究。通過統計調發現，造成修井的原因有有油管漏失、煤粉堵塞井下設備、泵漏失、煤粉卡泵，煤粉影響卡泵和堵塞井下設備等情況故障達到了百分之二十七，對此我們可以發現煤粉影響是造成排采井故障的重要原因。受煤粉的影響排水井發生故障的主要原因是，在進行排采的過程中產生的煤粉從煤層進入管柱后，并沒有通過泵筒與油管輸送到地表面上，而是在進入之后不斷的在泵筒內沉淀和積聚，然后造成篩管堵塞，凡爾等泵體構件及粘附在泵柱塞上導致泵泄漏、卡泵等井下故障的發生。

在對煤層氣進行開采過程中應遵循一定的原則，一旦出現泵泄漏、煤粉卡泵等問題，將制約煤層氣井的持續穩定開采，從而使得生產效率大大降低，我們可以采取檢泵措施來恢復排水井的生產工作。在泵檢查過程中增加了成本，更有可能的是會對井造成嚴重的損壞。在此情況下，根據煤層氣井由于煤粉沉淀發生井下故障的狀況，我們進行了多方面的分析，從而制定了具體的措施來減少煤粉對生產的影響，最后使得排采井的檢泵周期延長，進一步提高煤層氣的開發水平。

1煤粉產出原因分析

依據巖石力學的相關理論，煤粉在煤層產生的主要原因有以下兩個方面：剪切應力過大、滑移破壞。

1.1剪切應力過大

井內煤層的煤巖層的質地很堅硬，但其比較脆弱容易發生巖層破裂。在進行射孔壓裂時，會讓煤層出現不同程度的損傷，還會使得起固定作用的水泥環發生碎裂的情況。在進行排采的過程中，當生產的壓力過于大的時候煤層就會有一個大的剪切應力，而一旦剪切應力大于煤層的剪切極限時，會使得煤層氣造成剪切破壞，煤粉顆粒也就應約而生 [1]。

1.2滑移破壞

造成滑移破壞的主要成因是，在滲流的過程氣水相流，并且與煤層發生摩擦。其中流體的速度不斷加快，流體跟煤層顆粒之間的摩擦力也在不斷的增大，作用在煤層顆粒表面上的阻力增大，當阻力大于煤粒的粘附力時，孔眼表面的煤粉開始逐漸進行脫落 [2]。

2煤粉沉淀原因分析

在排采的過程中煤層所產生的煤粉會隨著地層的流體被運送到井筒，在經過排采的相關設備進入到管柱內，在管柱中不沉淀并且可以順利的被輸送到地面是和煤粉粒徑與排液的速度快慢有重要的聯系。

2.2顆粒沉降與排液速度的關系

當煤粉顆粒在液體中的沉降速度小于油管內的排水速度時，煤粉的顆粒才可以發生向上運動，也只有在這種情況下，管柱內的流體才可以正常的將它們攜帶到地面上。因此，增加油管內排水流量有利于煤粉的排放，防止煤粉的沉淀和積聚。

3 防粉技術對策

在煤層的開采過程中，煤層出粉是一種正常的開采現象，相關資料顯示我國國內的大煤層氣田都開展了防粉技術的研究，主要采取的地面措施有預防性強抽、碰泵、注水洗井 [3]等來預防煤粉將泵筒堵塞住，還有采用井下工藝來防止煤粉堆積等。但實際情況是，各個煤層的氣區塊的地質條件都不一樣，因此在地層的產水量、煤粉的產出量等有都不相同，如果只是單純的借用其他地方的防粉方法，也并不能取得良好的效果。對此，我們結合實際情況和地質條件研究出適合該地區的防粉技術.

3.1優化排采制度

在排采的過程中，壓差逐漸增大會使得煤粉更容易的發生脫落的情況，也就導致煤粉量逐漸增多。因此，我們在遵循排壓的原則下，采用優化排采的制度，避免壓力差過大，排彩的速度過于快，來減少煤粉的產生 [4]。

3.2優化井下工藝

經過對區塊含煤粉水樣檢測，我們發現該區塊 百分之九十的煤粉粒徑小于0. 2毫米，百分之五十的煤粉粒徑小于 0. 1毫米，跟其他地區相比其粒徑較小，根據上面的數據我們可以采取以下方式進行防粉.

3.2.1防砂管的選擇

我們依據區塊內的井況情況與煤層的地質特點，來選用 0. 1毫米的割縫篩管或0. 2毫米的繞絲篩管 [5]來阻止大于大于 0. 1 或 0. 2毫米粒徑的煤粉進到管柱內部，也確保其他的小粒徑煤粉不在尾管處堵塞。

3.2.2油管的選擇

該區塊的煤粉粒徑都比較的小，在使用防砂管技術后，依然會有一些煤粉進入到管柱內，在這種情形下我們經常采用加快排液的速度使得小的煤粉粒徑可以隨著油管內的排水輸送到地面。在現場我們將在用的73毫米普通內襯62毫米的油管改用為（53±0. 5）毫米的油管，使得管內液體流速可以提高到百分之四十二點三，對煤粉卡泵的情況有明顯的效果。

3. 3地面管理措施

3. 3. 1常規預防措施

針對所有的排采井每月將進行一個示功圖測試，然后來對煤層氣井井下工況進行綜合的分析，病以此來判斷是否因為煤粉影響而出現早期軟卡與漏失的排采井. 在早期發現軟卡的排采井時，可以通過大沖次快抽措施，將泵筒處粘黏的煤粉進行大量的是沖刷然后排出，

可以有效的防止泵被煤粉嚴重堵塞，可以延長檢泵的周期進而促進生產效率的提高 [6];在對已經有漏失的排采井，我們可以進行大量的快抽和碰泵，把粘連的煤粉最震落下來，從而提升泵效.

3.3.2異常情況處理

在排采生產現場進行日常的巡視和檢查中，如果發現抽油機開始光桿和驢頭晃動，水量減少以及液體不流出的情況下，我們可以對其可進行示功圖試驗，以此來判斷井下故障是否是由于煤粉影響而造成的。根據具體情況，可采取大沖快抽、碰泵等具體的措施，來對受煤粉影響的井下故障進行處理，有效的防止煤粉完全堵塞泵筒，延長檢泵周期，使生產效率可以大大提高。

4.結論

該區塊位于中國西北部，是一個低階煤層區塊。通過對該區塊排采場地的勘探和對煤粉影響的有針對性研究，得出以下結論：1）排采過程應遵循“連續、緩慢、穩定”的基本原則，合理制定排采作業指導書，避免壓差過大，排采速度過快。2）該區塊煤粉主要為粒徑小于0.2毫米的煤粉渣和礫石，通過在管柱底部的尾管處安裝防砂尾管，可過濾較大的煤粉渣，避免較小粒徑煤粉堵塞尾管。

3）減小油管內徑，可以在排排與生產強度相同的情況下，加快油管內液體流速，讓防砂尾管無法過濾的過小煤粉和礫石可以排放到地面。4）在排采井泵未被煤粉堵塞、抽油機抖動、泵泄漏等現象發生前，可以采取大沖次快抽和碰泵的方法，減少煤粉的沉淀，防止煤粉堵塞泵筒，延長泵檢查周期。

結語

通過研究其他與其相似的煤層氣田也可以借鑒這種防粉技術，減少煤粉對排采的影響，提高排采效率。目前隨著該區塊逐漸進入煤層氣排采的后期，使得井下壓力不斷的降低，產水量也逐漸減少，粉煤灰、礫石的產量大，這不僅加劇了排采過程中煤粉的影響，而且增加了煤層氣通道的堵塞概率。采取有效的排采制度來防止煤層發生塌陷的狀況，將成為下一階段解決煤粉影響的關鍵。

參考文獻：

[1]楊林.煤層氣井煤粉產生原因和疏導對策分析[J].石化技術，2017，24（3）：201，235.

[2]陸希希，郭越.煤層氣井煤粉產出機理和控制措施[J].化工設計通訊，2017（5）：182.

[3]魏康強，劉廣景，王小東，等.煤層氣井常規修井作業工藝[J].化工管理，2020（16）：196-197.

[4]慕甜，馬東民，陳躍，等.煤層氣井多相流條件下不同粒徑煤粉啟動-運移規律[J]. 煤炭科學技術，2020，48（5）：188-196.

[5]劉國強，屈圣力，李照.煤層氣水平井防砂泵井液攜煤粉流動特性分析[J].特種油氣藏，2019，26（4）：165-169.

[6]李小剛，宋峙潮，陳星宇.煤粉產出運移及防治規律研究進展[J].應用化工，2020，49（3）：701-704.