1、排采管柱結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及設(shè)計(jì),提 綱,一、煤層氣排采工藝現(xiàn)狀 二、排采工藝完善歷程 1、井筒工藝完善 2、地面設(shè)備載荷計(jì)算,HUABEI oilfield CBM branch company 華北油田煤層氣分公司,煤層氣排采工藝現(xiàn)狀,煤層氣排采工藝,抽油機(jī)+管式泵,普通抽油機(jī),數(shù)字化抽油機(jī)（先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)）,勵(lì)磁電機(jī),永磁節(jié)能電機(jī),螺桿泵,一級減速（3：1）,二級減速（9：1）,直驅(qū)驅(qū)動(dòng)頭,同心管無桿泵（先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)）,數(shù)控電潛管式泵等其它新式舉升工藝,高壓射流泵（先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)）,有桿排采,無桿排采,電潛離心泵,HUABEI oilfield CBM branch company 華北油田煤層氣分公司,抽油機(jī)型

2、號主要為：三、四、五、六、八型；管式泵為二級密封，泵徑以38mm、44mm、57mm、70mm為主，少量使用24mm、28mm、32mm、83mm泵徑。抽油桿主要使用D19mm、D22mm、D25mm。 分公司98.1%井使用抽油機(jī)+管式泵排采工藝。,煤層氣排采工藝現(xiàn)狀,1、抽油機(jī)+管式泵,HUABEI oilfield CBM branch company 華北油田煤層氣分公司,螺桿泵主要用于水平井排采，型號主要有：GLB40-25、GLB75-25、GLB190-25、GLB300-25、GLB400-25。 螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)頭有3種 ：,一、煤層氣排采工藝現(xiàn)狀,2、螺桿泵,6/20,工作原

3、理為通過地面高壓驅(qū)動(dòng)液通過中心管驅(qū)動(dòng)同心管泵的泵筒，使通過為解決油管排采設(shè)備的桿管偏磨問題，分公司在華固40-10井、樊試U1H、樊試U2H、鄭2-053使用同心管無桿排采設(shè)備，從整體實(shí)驗(yàn)效果看，該工藝技術(shù)效果較好，目前有進(jìn)一步推廣實(shí)驗(yàn)和使用的價(jià)值。,一、煤層氣排采工藝現(xiàn)狀,3、同心管無桿排采,7/20,工作原理為從地面的高速動(dòng)力液經(jīng)過水力泵后，在噴嘴與喉管之間形成負(fù)壓，由于喉管外與外管之間的夾縫與地層是連通的，這樣，地層流動(dòng)就會(huì)被抽吸上來，泵壓越高流速越快，產(chǎn)生負(fù)壓越大，對流體抽吸力就越大，相應(yīng)產(chǎn)量就越高。 目前分公司在鄭試平3H和鄭1平3H井進(jìn)行射流泵先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，目前鄭試平3H日產(chǎn)水量1方，

4、日產(chǎn)氣100方，煤沒度75米，鄭試1平3H剛投產(chǎn)，日產(chǎn)水量3方，動(dòng)液面469米。,一、煤層氣排采工藝現(xiàn)狀,4、射流泵,8,數(shù)控電潛管式泵配套采油技術(shù)主要由直線潛油電機(jī)、柱塞式抽油泵、潛油電纜、電纜保護(hù)配件、地面配套控制系統(tǒng)組成。目前在華固40-2、華固40-12試驗(yàn)運(yùn)行，效果還有待觀察。,5、數(shù)控電潛管式泵,提 綱,一、煤層氣排采工藝現(xiàn)狀 二、排采工藝完善歷程 1、井筒工藝完善 2、地面設(shè)備載荷計(jì)算,固相顆粒較多：主要是煤層產(chǎn)出的煤粉煤屑，也有壓裂砂和偏磨產(chǎn)生的鐵屑。 （1）壓裂液作用：壓裂液及支撐劑對煤層裂縫表面的磨蝕及沖擊作用產(chǎn)生大量煤粉、煤屑。 （2）應(yīng)力作用：排采降壓，煤基質(zhì)應(yīng)力改變，

5、煤巖的彈性自調(diào)節(jié)效應(yīng)導(dǎo)致煤粉、煤屑的產(chǎn)生。 （3）煤巖性質(zhì)：沁南3#煤層底部軟煤層發(fā)育，煤粉遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原生結(jié)構(gòu)煤。,固定凡爾堵死,活塞拉壞,浦南3-6出煤粉,煤泥堵塞油管,常見問題,桿管設(shè)計(jì)優(yōu)化過程,第一種方式（2008年以前） 采用割縫篩管或普通篩管孔徑為510mm，下入深度基本正對煤層中部，篩管下連接1根沉砂管。抽油泵的抽吸力水平作用于煤層，造成大量煤粉進(jìn)入泵筒，易發(fā)生卡泵。,第二種方式（2008年前） 篩管改用氣錨，深度位于煤層以上5m左右，氣錨下連接1根沉砂管。氣錨雖能防止氣鎖現(xiàn)象的產(chǎn)生，但在動(dòng)液面下降接近煤層時(shí)，泵吸入口大量串氣，嚴(yán)重影響井下泵的正常工作，卡泵問題仍未解決。,桿管設(shè)計(jì)優(yōu)

6、化過程,第三種、20082010年9月 以有限防砂理念為指導(dǎo)，提出綜合防卡泵工藝：即采用二級間隙抽油泵+100目繞絲篩管+吸入口深度在煤層以下510米，采用無防腐漆的抽油桿 。 緩解了卡泵，出現(xiàn)部分篩管下部堵塞情況。,井身結(jié)構(gòu)示意圖,桿管設(shè)計(jì)優(yōu)化過程,表層套管： 244.5mm*60.06m,人工井底：756.6m,煤層井段： 709.30m-714.30m,管式泵D38mm714.5m 80目篩管頂：724m 絲堵：727.5m,回音標(biāo)：200m,華蒲1-13-1完井井身結(jié)構(gòu)示意圖,第四種、 2010年9月至11月 出煤粉多，篩管內(nèi)部堵塞的井，在篩管下部增加了沉砂短節(jié)。部分井篩管堵塞仍然沒有

7、解決。,桿管設(shè)計(jì)優(yōu)化過程,表層套管： 244.5mm*35.56m,人工井底：647.00m 完鉆井深：666.00m,管式泵D38mm603.5m 壓力計(jì)614m 50目篩管頂：614m 節(jié)箍：617.5m,FZP08-1v設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)示意圖,第五種、2010年12月至2012年 對于出灰量大的井，篩管下部設(shè)油管短節(jié)，底部開口。 進(jìn)入篩管的煤粒沉降落入套管口袋，不堵塞篩管；短節(jié)起到水封作用，氣體通過篩管時(shí)不至于帶進(jìn)大顆粒煤屑。,桿管設(shè)計(jì)優(yōu)化過程,洞穴段 598.17m-602.15m 煤層井段： 597.25m-603.35m,1、防砂措施選擇,防砂措施,砂拱防砂,化學(xué)防砂,熱力焦化防砂,機(jī)

8、械防砂,炮眼口處形成砂拱，阻擋地層砂產(chǎn)出；易垮塌。,樹脂膠結(jié),人工井壁,其他化學(xué)固砂法,管柱濾砂,充填濾砂,防砂泵防砂,篩管和井壁之間加入充填材料，阻擋砂粒運(yùn)移,濾砂管防砂,：樹脂膠結(jié)地層砂,：制約條件多，使用不廣泛,：將井壁材料送到產(chǎn)層，形成擋砂屏障,向油層提供熱能，使原油在砂粒表面焦化薄層 ，不適合煤層氣開采,施工簡便、成本低，地層砂可進(jìn)入井筒,若采用一級間隙管式泵，需選擇200目以上的篩管，易堵塞；若采用三級間隙管式泵，漏失嚴(yán)重。,2、管式泵、篩管選擇,二級間隙管式泵漏失量計(jì)算,第一階段,泵作用力正對煤層，大量雜質(zhì)進(jìn)入泵筒，生產(chǎn)故障。,第二階段,液面降至煤層時(shí)，大量竄氣，雜質(zhì)進(jìn)入泵筒，生

9、產(chǎn)故障。,管柱結(jié)構(gòu),固體顆粒,膠狀混合物,（1）煤灰化驗(yàn)分析 對口袋中煤灰、煤粒及泵筒中存留的膠狀混合物進(jìn)行粒徑及化學(xué)成分分析：,化驗(yàn)結(jié)果 煤粒的粒徑范圍為1mm-6mm。膠狀混合物中含有瀝青質(zhì)、飽和烴、芳烴，較粘稠。 煤灰、壓裂砂、煤粒等雜質(zhì)混合一起，具有較強(qiáng)的粘性，易堵塞篩管和凡爾，造成無液的生產(chǎn)現(xiàn)象。,第三階段,第四階段,100目篩管易被煤灰堵塞，造成無液現(xiàn)象。,沉砂短節(jié)和篩管內(nèi)部被煤灰堵塞，造成無液現(xiàn)象。,俯視,仰視,內(nèi)置篩管 內(nèi)置篩管壁上及底部有割縫，寬度在0.15-0.3mm之間，底部割縫寬度2mm。 篩管外窄內(nèi)寬，不卡煤粉，臟物自然脫落。,內(nèi)置篩管關(guān)鍵技術(shù) （1）油管短接下部取消

10、了絲堵，泵下管柱內(nèi)不會(huì)有沉砂； （2）取消了泵下沉砂管； （3）改變了進(jìn)液通道，煤屑等固體顆粒不易吸附在內(nèi)置篩管的外表面，不會(huì)堵塞進(jìn)液通道； （4）可以把吸入口下入口袋底部，防氣效果更好； （5）由于取消了絲堵，避免了出現(xiàn)臺(tái)階而使砂埋管柱難以起出。 目前，主要應(yīng)用于套變井。,泵以下油管過流面積最大，相應(yīng)的液體流速最低；泵上油管中有抽油桿，過流面積減小，流速升高。 若在一定水量下能夠經(jīng)泵下油管進(jìn)入泵筒的顆粒均可排至地面；不能進(jìn)入泵筒的大顆粒需沉至人工井底，否則從內(nèi)部堵塞篩管。,為給管柱結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)提供依據(jù)，在華溪11-4井進(jìn)行煤粉卡泵試驗(yàn)。,通過兩次不同煤灰量、不同粒徑、不同停機(jī)時(shí)間的煤灰卡泵試

11、驗(yàn)，可以說明單純的煤粒不會(huì)造成卡泵。經(jīng)過分析和實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合，認(rèn)為桿管偏磨鐵屑、大量絲扣油和煤灰混合后形成的泥餅、作業(yè)時(shí)抽油桿攜帶地面泥沙入井等是卡泵的主要原因。,4、煤灰卡泵實(shí)驗(yàn),抽油桿節(jié)箍偏磨照片,卡泵柱塞上擠壓的鐵屑,桿管偏磨產(chǎn)生的鐵屑是卡泵主要原因,現(xiàn)場取樣池鐵屑照片,卡泵井泵筒中的粘稠物質(zhì)風(fēng)干后呈餅狀,總結(jié)以上分析： 煤灰、壓裂砂、煤粒混合后易堵塞細(xì)孔徑篩管 單純煤顆粒不會(huì)造成卡泵 大顆粒沉降需要一條順暢的通道 因此，防砂管柱結(jié)構(gòu)中可擴(kuò)大篩管的孔徑；去除絲堵。形成以下管柱結(jié)構(gòu)：油管+二級間隙泵+一根尾管+篩管（可去）（底部開口）,第五階段,第六階段,篩頂在煤層底界下10米，液面不能降至

12、煤層底界以下,篩頂在煤層底界下20米，液面能降至煤層底界以下，維持煤沒度為負(fù)。,結(jié)構(gòu) 主要由泵筒、柱塞、游動(dòng)閥、固定閥等組成 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單、作業(yè)方便、排量大，適用范圍廣 主要規(guī)格與參數(shù),創(chuàng)新服務(wù).打造品牌,整筒泵,長柱塞防砂泵防卡泵,34,結(jié)構(gòu) 主要由泵筒、柱塞、游動(dòng)閥、固定閥等組成 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單、作業(yè)方便、排量大，適用范圍廣 主要規(guī)格與參數(shù),創(chuàng)新服務(wù).打造品牌,整筒泵,長柱塞防砂泵防卡泵,35,結(jié)構(gòu) 該泵主要由兩大部分組成：一是桿式泵部分，二是支承沉砂部分。 特點(diǎn) 該泵結(jié)合長柱塞防砂泵及桿式泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，防砂效果好，作業(yè)方便、費(fèi)用低 主要規(guī)格與參數(shù),長柱塞防砂泵防卡泵,36,主要研究內(nèi)容,

13、防砂泵,防砂泵吸入口寬12mm,1、防砂卡、防砂埋：采用長柱塞、短泵筒密封配合，柱塞上端始終處在泵筒之外，下沉的砂粒沿沉砂環(huán)空沉入泵下尾管，不會(huì)在泵上聚積造成砂埋；長柱塞短泵筒結(jié)構(gòu)無楔形間隙，不會(huì)造成砂卡。 2、流道大、泵效高：由于該泵在下沖程的下死點(diǎn)時(shí)，柱塞的上出油閥罩仍暴露在泵筒之外，出油過流斷面相應(yīng)不受泵筒內(nèi)徑的限制，可比同規(guī)格泵的閥體直徑大10-15mm，故出油量大、阻力小；,長柱塞防砂泵防卡泵,技術(shù)特點(diǎn)：,39,3、使用壽命長：在含砂井上使用的常規(guī)抽油泵，其失效形式大多為砂粒對泵筒和柱塞的磨損而造成間隙增大，漏失也相應(yīng)增大，以及凡爾副被沖蝕造成漏失。長柱塞抽油泵的特殊結(jié)構(gòu)能較好的解決

14、這些難題，有效地防止砂卡、砂磨和沖蝕，從而大大提高泵的使用壽命。 4、采用加強(qiáng)上出油閥罩：該泵的上出油閥罩因?yàn)椴皇鼙猛矁?nèi)徑的限制，壁厚加大，大大提高了強(qiáng)度，從而彌補(bǔ)了常規(guī)抽油泵的上出油閥罩壁薄易斷裂的缺點(diǎn)。,長柱塞防砂泵防卡泵,40,光桿載荷簡化計(jì)算,上沖程的最大載荷可簡化為： Wmax= (Mr+ML)*(1+Sn2/1790)/1000 下沖程最小載荷可簡化為： Wmin= (Mr-Mr/7.8)*(1+Sn2/1790)/1000 s沖程，m； n 沖次; ML動(dòng)液面深度全柱塞面積上的液柱載荷， kg ； 液柱載荷 ML =泵徑（mm）*泵徑/4*3.14*動(dòng)液面（m）/1000 Mr抽油桿柱在空氣中的重量，kg；其中19mm抽油桿每米2.3kg， 22mm抽油桿每米3.07kg， 25mm抽油桿每米4.17kg,41/51,42/60,井筒載荷計(jì)算方法,井筒載荷計(jì)算方法 最大載荷 M大=（M液+M抽）*（1+S*n2/1790）/1000 最小載荷 M小=（M抽-M抽/7.8）*（1+S*n2/1790）/1000 根據(jù)最大、最小井筒載荷確定抽油機(jī)的機(jī)型，抽油機(jī)允許最大載荷值為理論值的80%。如五型抽油機(jī)允許井筒最大載荷值是4噸。,43/60,管式泵理論排量計(jì)算方法,管式泵理論排量計(jì)算公式 Q=0.785*D2*S*n*1440/1000000 式中： D 泵徑，毫米