煤层气井排采管柱的设计

煤层气井排采管柱的设计

井排采专用井原油储存性能和力学特征与传统油气储存层明显不同，这导致了天然气储存、井尾、勘探和勘探的技术特殊性，尤其是天然气开采和储存及其配套技术。屋顶采矿技术1.采气平衡及采气求取煤层气井的生产是通过抽排煤储层的承压水,降低煤储层压力,促使煤储层中吸附的甲烷解吸的全过程,即通过排水降压,使得吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷并运移至井口。煤层气井采气前,地下水系统处于基本平衡状态,属于稳定流态;当煤层气井开始排采后,井筒中液面下降,井筒与煤储层之间形成压力差,地下水源源不断地流向井筒,使得煤储层压力不断下降,并逐渐向远方扩展,最终在以井筒为中心的煤储层中形成压降漏斗;该压降漏斗不断扩大和加深,直至煤储层出水量和煤层气井井口产水量相对平衡时,形成稳定的压降漏斗。可以看出,煤层气井采气可分为压降漏斗形成、压降漏斗不断扩展、压降漏斗先扩展后稳定三种情况。根据所形成的降落漏斗体积,结合朗格缪尔方程,即可求出该井产出的甲烷气量。因此,通过抽排地层中的承压水,暂时、相对地降低煤储层压力是煤层气井排采的关键。2.原油管道和工具的设计为满足排采及录取资料的要求,井下管柱结构采用与抽油设备配套的井下管(杆)式泵、抽油杆、监测仪器。(1)泵径选择要尽量满足排液时最大产液量的要求且泵径还不能选择过大,因为泵径越大则悬点载荷越大,对抽油杆及整个排采系统要求更高。(2)冲程和冲次的选择在保证排量的情况下,冲程尽可能选择抽油机的最大能力,而冲次选择要适中。(3)煤层出砂和煤粉初期的生产压差,要以控制压裂砂不返排或不破坏煤层的原始状态,不使煤层的割理系统受到损害,避免造成煤层大量出砂和煤粉以及煤层的坍塌为原则。使泵的排液能力与煤层的供液能力相适应,充分利用地层能量,保证环空液面均匀缓慢下降或稳定,因此在选择抽油机时采用无级变速的方式更易控制。(4)泵的下入不宜过深对于煤层气井,要求液面接近煤层或降到煤层以下,这样生产压差就接近地层压力。在排采初期,基本以排压裂液为主,产液量较大,因而,泵的下入不宜过深,过深则易造成煤粉和砂卡泵;在排采的过程中,根据实测的动液面确定适当的生产压差,当环空液面下降逐渐相对稳定的情况下,泵才能下至射孔底界以下20m左右。(5)排采管柱的监测方式煤层排采中为了更好地获得井下流动压力,根据排采管柱情况可采用永久监测方式进行,即在管柱底部装压力计,环空用电缆进行数据传输,地面用监测软件进行实时监测。3.管出气液分离煤层气井产量相对较低,在排采初期一般只出水,当流压降到解吸压力以下后油管会气液同出,而套管只出气,在设计地面流程时,需考虑气液分离计量。设计的地面流程采用低压分离器对油管产出的气液进行分离,对分离出的液体进行计量,对分离出的气及套管产出的气并入一套管线用智能测气仪进行测量(见图1)。抽身器均见2.2气调湿H3井为新疆油田的一口煤层气井。该井压后前期退液情况为:抽深在750m,终液面650m,在退液抽汲过程中已见煤层气显示。通过前期退液情况分析,结合该井井况,预计较大时的水产量为20m3/d,一般水产量为3～5m3/d,为此确定了排采参数并进行设备的选择。(1)泵径选择采用38mm管式组合泵,若按2.4m的冲程,冲次5次/min;则理论排量可以满足20m3/d施工的要求。(2)泵的下入深度前期排定量排采时泵的下入深度在射孔顶界以上20m,后期定降深度排采时,泵下入深度为射孔底界20m。(3)d钢级抽油机若选用单一的19.1mm的抽油杆,其空气中重量为19.51kN,机抽中液体重量9.11kN,抽油杆与油管摩擦力(1.5%)0.29kN,柱塞与泵的摩擦力1.7kN,未考虑液体摩擦力,合计杆的最大拉力30.61kN;若用D钢级的抽油杆,其抗拉强度793MPa,折算为226.0kN,若盐水中其抗拉按0.9系数计算,则为203kN,远大于30.61kN(约为6.6的安全系数),满足了施工要求;由于拉力只有30.61kN,故选用5型抽油机;考虑液面控制的需要选用数控装置,实现无级变速调节。(4)降液速度及降压速度前期排定量排采时,液面550m以上,降液速度20m/d左右;550～810m,降液速度5～8m/d;定降深度排采时,稳定试采液面810～820m。(5)+油管+丝堵+压力计托筒油管+管式泵+尾管1根+气锚+滤砂管+油管+丝堵+压力计托筒(内置直读压力计)(见图2)。该井通过3个多月的排采取得了排采资料,达到了施工的要求。配套及初步尝试1.针对煤层气排采生产需要,展开了煤层气排采工