煤层气单井筒大斜度水平井螺杆泵举升工艺优化

吴 鹏

（中石油煤层气有限责任公司，北京 100028）

煤层气单井筒大斜度水平井螺杆泵举升工艺优化

吴 鹏

（中石油煤层气有限责任公司，北京 100028）

煤层气开采需要专用的井下举升工艺设备通过排水降压实现，随着煤层气产业的不断发展，生产井型逐渐多样化，井深结构逐渐复杂化，其中大斜度水平井排采成为近几年的生产难点。通过介绍两种螺杆泵举升工艺技术创新及应用效果，有效克服了煤层气大斜度水平井生产难题，为增强螺杆泵举升工艺的覆盖面和新型单井筒水平井生产配套措施提供了有效技术支撑。

煤层气；单井筒；水平井；大斜度；螺杆泵

多分支水平井是集钻井、完井和增产措施于一体的生产井型，是开发低压、低渗煤层的主要手段之一，具有技术含量高和钻井风险大的特点。随着国外水平井技术的引进或受区域限制无法实施生产直井时，新型单井筒大斜度水平井和L型水平井逐渐诞生，该井型集工程和生产于一体，减少了钻前成本和压力，分支井眼稳定性更强。

1 煤层气单井筒大斜度水平井生产难点

单井筒大斜度水平井和L型水平井的应用推广，降低了前期的工程成本，但导致了后期生产难度的大幅增加：大斜度井眼轨迹制约了设备选型和后期设备运行，井斜角趋于水平、全角变化率（狗腿度）大，部分井型套管尺寸偏小，举升工艺设备存在通过性不足、管杆偏磨严重、设备运行周期短的问题；受单井筒影响，水平或趋于水平状态下，举升工艺设备井下气液分离器效果差，导致管柱串气严重，无法形成有效降压和连续生产，同时给地面运行增加隐患；同时存在煤层气水平井的生产通病，出煤粉严重，卡泵频次较高的问题。

以上问题严重制约了新型单井筒大斜度水平井和L型水平井的排采生产效果。为了克服上述问题，通过从举升工艺及设备改良方面进行不断的试验和创新，研究出两种螺杆泵举升工艺及配套设备设施，在煤层气单井筒大斜度水平井中取得了良好的排采应用效果。

2 煤层气单井筒大斜度水平井螺杆泵举升工艺及配套技术

2.1 电潜螺杆泵配套导流罩技术应用

为了避免大斜度井眼验轨迹对管柱偏磨的影响，优选了电潜泵作为主力举升设备。相对于电潜离心泵而言，电潜螺杆泵又具有更强的砂煤容忍度、更广的流量控制范围、更小的压力脉冲，能有效降低卡泵风险、减小地面生产的难度，避免在水平井眼中形成脉冲效应，对煤层气水平井排采而言具有更强的适用性。

电潜螺杆泵材质的不同极大地影响设备的运行效果和使用周期，通过参考山西某区块在长期生产过程中70余口井150套常规国产及进口单螺杆泵的使用效果，通过统计对比发现，进口螺杆泵的平均使用周期是国产螺杆泵的2倍以上，具有更强的稳定性。

通过在大斜度水平井中实验比对国产电潜螺杆泵和进口电潜螺杆泵，国产电潜螺杆泵运行周期短，仅69d，电机、保护器故障率高，煤粉卡泵频次较高；进口电潜螺杆泵设备运行稳定，目前已连续运行380d。通过长期使用分析和现场试验对比，优选了进口电潜螺杆泵作为大斜度水平井主要举升设备。

单井筒大斜度水平井生产过程中，气体对管柱影响较为严重，为了增强井下气液分离效果，创新试验了井下倒置导流罩装置，倒置导流罩顶端通过内置悬挂器悬挂于生产油管接箍，底端安装密封短节与电机本体形成密封，实现气液n型流动达到分离效果，成功克服了气体对生产管柱的影响。通过现场试验，倒置导流罩顶端在位于井斜角75°～80°位置时，既能够满足煤层气排采井压降漏斗的扩散面积，又能够有效实现井下气液分离，进一步完善了电潜螺杆泵工艺在单井筒大斜度水平井中的应用效果。

2.2 顶驱螺杆泵配套导向器技术应用

顶驱螺杆泵举升工艺多用于生产直井，大斜度水平井中由于全角变化率较大，当抽油杆在井中旋转工作时，在狗腿度较严重的部位其弯曲程度严重，摩阻及附加弯矩较大，往往导致管柱磨穿造成生产中断。但受井况或工程因素的影响，部分水平井只能使用顶驱螺杆泵举升工艺。为了克服顶驱螺杆泵在大斜井中管柱偏磨的问题，系统优化了抽油杆防偏磨配置，通过ANSYS 有限元软件的计算，在抽油杆柱上接触力较大，接触较严重的部位施加抽油杆扶正器，在全角变化率＞4°/30m 的情况下，接触力严重，抽油杆扶正器难以减少偏磨，在安装扶正器的条件下，加装抽油杆导向器，能够有效降低抽油杆附加弯矩。通过模拟计算，安装导向器后抽油杆与油管平均接触力较安装前降低达70%，大幅减轻了抽油杆柱与油管壁之间的摩擦与磨损，提高了油管抽油杆的使用周期。

现场通过在全角变化率＞3°/30m的井段加装导向器，＞7°/30m的井段加装2只导向器，并配合使用抽油杆旋转扶正器及尼龙卡式扶正器的组合方式，成功将顶驱螺杆泵应用于平均全角变化率6.76°/30m，最大全角变化率11.67°/30m的5 1/2”生产套管的大斜度水平井中，且在运行一年后起出管杆检查磨损情况，除少量扶正器轻微磨损外，导向器及油管杆完好无损，进一步验证了顶驱螺杆泵配套导向器技术的适用性和可靠性。

3 结语

通过创新电潜螺杆泵配套导流罩技术，有效克服了煤层气大斜度水平井的生产难题，对目前采用的单井筒大斜度水平井和L型水平井的后期生产具有较强的推广价值，同时通过优化顶驱螺杆泵配套导向器工艺技术，大幅度增强了顶驱螺杆泵技术的工艺覆盖面，为各类生产井型举升工艺优化提供了更多的思路和选择。

[1] 李恒.气井井下气水分离技术研究[D].东营：中国石油大学（华东），2006.

Optimization of Lifting Technology for Screw Shaft Pump With Single Gradient Well of Coalbed Methane

Wu Peng

With the development of coalbed methane industry，the production wells are gradually diversified and the well depth structure is gradually complicated.In this case，the high-level horizontal wells are In recent years the production of difficult.In this paper，two kinds of screw pump lift technology innovation and application effect are introduced，which effectively overcomes the production problems of the high level of coalbed methane horizontal well，which is effective for enhancing the coverage of the screw pump lifting process and the new single well horizontal well production supporting measures Technical Support.

coalbed methane；single wellbore；horizontal well；large inclination；screw pump

P618.13

A

1003-6490（2017）12-0053-02