煤層氣井排采管柱的設(shè)計(jì)

井排采專用井原油儲存性能和力學(xué)特征與傳統(tǒng)油氣儲存層明顯不同，這導(dǎo)致了天然氣儲存、井尾、勘探和勘探的技術(shù)特殊性，尤其是天然氣開采和儲存及其配套技術(shù)。屋頂采礦技術(shù)1.采氣平衡及采氣求取煤層氣井的生產(chǎn)是通過抽排煤儲層的承壓水,降低煤儲層壓力,促使煤儲層中吸附的甲烷解吸的全過程,即通過排水降壓,使得吸附態(tài)甲烷解吸為大量游離態(tài)甲烷并運(yùn)移至井口。煤層氣井采氣前,地下水系統(tǒng)處于基本平衡狀態(tài),屬于穩(wěn)定流態(tài);當(dāng)煤層氣井開始排采后,井筒中液面下降,井筒與煤儲層之間形成壓力差,地下水源源不斷地流向井筒,使得煤儲層壓力不斷下降,并逐漸向遠(yuǎn)方擴(kuò)展,最終在以井筒為中心的煤儲層中形成壓降漏斗;該壓降漏斗不斷擴(kuò)大和加深,直至煤儲層出水量和煤層氣井井口產(chǎn)水量相對平衡時,形成穩(wěn)定的壓降漏斗。可以看出,煤層氣井采氣可分為壓降漏斗形成、壓降漏斗不斷擴(kuò)展、壓降漏斗先擴(kuò)展后穩(wěn)定三種情況。根據(jù)所形成的降落漏斗體積,結(jié)合朗格繆爾方程,即可求出該井產(chǎn)出的甲烷氣量。因此,通過抽排地層中的承壓水,暫時、相對地降低煤儲層壓力是煤層氣井排采的關(guān)鍵。2.原油管道和工具的設(shè)計(jì)為滿足排采及錄取資料的要求,井下管柱結(jié)構(gòu)采用與抽油設(shè)備配套的井下管(桿)式泵、抽油桿、監(jiān)測儀器。(1)泵徑選擇要盡量滿足排液時最大產(chǎn)液量的要求且泵徑還不能選擇過大,因?yàn)楸脧皆酱髣t懸點(diǎn)載荷越大,對抽油桿及整個排采系統(tǒng)要求更高。(2)沖程和沖次的選擇在保證排量的情況下,沖程盡可能選擇抽油機(jī)的最大能力,而沖次選擇要適中。(3)煤層出砂和煤粉初期的生產(chǎn)壓差,要以控制壓裂砂不返排或不破壞煤層的原始狀態(tài),不使煤層的割理系統(tǒng)受到損害,避免造成煤層大量出砂和煤粉以及煤層的坍塌為原則。使泵的排液能力與煤層的供液能力相適應(yīng),充分利用地層能量,保證環(huán)空液面均勻緩慢下降或穩(wěn)定,因此在選擇抽油機(jī)時采用無級變速的方式更易控制。(4)泵的下入不宜過深對于煤層氣井,要求液面接近煤層或降到煤層以下,這樣生產(chǎn)壓差就接近地層壓力。在排采初期,基本以排壓裂液為主,產(chǎn)液量較大,因而,泵的下入不宜過深,過深則易造成煤粉和砂卡泵;在排采的過程中,根據(jù)實(shí)測的動液面確定適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)壓差,當(dāng)環(huán)空液面下降逐漸相對穩(wěn)定的情況下,泵才能下至射孔底界以下20m左右。(5)排采管柱的監(jiān)測方式煤層排采中為了更好地獲得井下流動壓力,根據(jù)排采管柱情況可采用永久監(jiān)測方式進(jìn)行,即在管柱底部裝壓力計(jì),環(huán)空用電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,地面用監(jiān)測軟件進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。3.管出氣液分離煤層氣井產(chǎn)量相對較低,在排采初期一般只出水,當(dāng)流壓降到解吸壓力以下后油管會氣液同出,而套管只出氣,在設(shè)計(jì)地面流程時,需考慮氣液分離計(jì)量。設(shè)計(jì)的地面流程采用低壓分離器對油管產(chǎn)出的氣液進(jìn)行分離,對分離出的液體進(jìn)行計(jì)量,對分離出的氣及套管產(chǎn)出的氣并入一套管線用智能測氣儀進(jìn)行測量(見圖1)。抽身器均見2.2氣調(diào)濕H3井為新疆油田的一口煤層氣井。該井壓后前期退液情況為:抽深在750m,終液面650m,在退液抽汲過程中已見煤層氣顯示。通過前期退液情況分析,結(jié)合該井井況,預(yù)計(jì)較大時的水產(chǎn)量為20m3/d,一般水產(chǎn)量為3～5m3/d,為此確定了排采參數(shù)并進(jìn)行設(shè)備的選擇。(1)泵徑選擇采用38mm管式組合泵,若按2.4m的沖程,沖次5次/min;則理論排量可以滿足20m3/d施工的要求。(2)泵的下入深度前期排定量排采時泵的下入深度在射孔頂界以上20m,后期定降深度排采時,泵下入深度為射孔底界20m。(3)d鋼級抽油機(jī)若選用單一的19.1mm的抽油桿,其空氣中重量為19.51kN,機(jī)抽中液體重量9.11kN,抽油桿與油管摩擦力(1.5%)0.29kN,柱塞與泵的摩擦力1.7kN,未考慮液體摩擦力,合計(jì)桿的最大拉力30.61kN;若用D鋼級的抽油桿,其抗拉強(qiáng)度793MPa,折算為226.0kN,若鹽水中其抗拉按0.9系數(shù)計(jì)算,則為203kN,遠(yuǎn)大于30.61kN(約為6.6的安全系數(shù)),滿足了施工要求;由于拉力只有30.61kN,故選用5型抽油機(jī);考慮液面控制的需要選用數(shù)控裝置,實(shí)現(xiàn)無級變速調(diào)節(jié)。(4)降液速度及降壓速度前期排定量排采時,液面550m以上,降液速度20m/d左右;550～810m,降液速度5～8m/d;定降深度排采時,穩(wěn)定試采液面810～820m。(5)+油管+絲堵+壓力計(jì)托筒油管+管式泵+尾管1根+氣錨+濾砂管+油管+絲堵+壓力計(jì)托筒(內(nèi)置直讀壓力計(jì))(見圖2)。該井通過3個多月的排采取得了排采資料,達(dá)到了施工的要求。配套及初步嘗試1.針對煤層氣排采生產(chǎn)需要,展開了煤層氣排采工