CN107869327B - 一种不动管柱的煤层气井带压洗井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不动管柱的煤层气井带压洗井方法，包括：在煤层气井生产的同时采用煤层气井带压洗井装置向所述煤层气井的套管环空注水；安装在所述煤层气井的抽油机运行，使得煤粉随水一起经所述煤层气井的油管和所述煤层气井带压洗井装置排出。本发明提供的不动管柱带压洗井方法，在煤层气井生产的同时将煤粉排出，从而避免因煤粉造成的卡泵和堵凡尔等问题，保障煤层气连续开发。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种不动管柱的煤层气井带压洗井方法。
背景技术
煤层气井在生产过程中，煤储层内的原生煤粉及压裂所产生的次生煤粉会逐渐运移到井筒内，随排采水排出。然而随着煤层气解吸，地层产水能力下降，导致井筒内流体运移颗粒物的能力降低，部分煤粉会沉积在井筒下端，造成卡泵、堵凡尔等故障，导致排采不连续，降低单井产能。因此，解决此问题成为煤层气开发技术的核心问题之一。
目前，各大煤层气田在遇到煤粉卡泵、堵凡尔的情况时，通过上提活动杆柱的方法来解卡、通过碰泵快抽的方法解决凡尔堵塞，这些处理措施无法解决时，采取对故障井进行检泵作业处理，将油管、抽油杆及抽油泵全部取出进行清洗。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
在通过上提活动杆柱、碰泵快抽的方法及将油管、抽油杆及抽油泵全部取出进行清洗的方法解决煤粉卡泵、堵凡尔的问题时，均需要停止生产作业，遇到高套压井时需要放套后方可作业，破坏了煤层气井连续、长期的开发思路，降低了生产效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种不动管柱的煤层气井带压洗井方法，以解决煤粉卡泵、堵凡尔时需停止生产进行洗井的问题。
具体而言，包括以下的技术方案：
一种不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，包括：
在煤层气井生产的同时采用煤层气井带压洗井装置向所述煤层气井的套管环空注水；
安装在所述煤层气井的抽油机运行，使得煤粉随水一起经所述煤层气井的油管和所述煤层气井带压洗井装置排出；
所述带压洗井装置包括井口四通和蓄水罐，其中，
所述井口四通的第一开口与测试阀门的第一端连接，所述测试阀门的第二端与注水管线的第一端连接，所述注水管线的第二端与注水阀门的第一端连接，所述注水阀门的第二端与所述蓄水罐连接，所述井口四通的第二开口与出水管线的第一端连接，所述井口四通的第三开口与系统阀门的第一端相连，所述系统阀门的第二端与三通阀门的第一端连接；
所述蓄水罐上设置有蓄水阀门与气体阀门，所述气体阀门与所述三通阀门的第二端之间连接有排气管线。
可选择地，在所述煤层气井带压洗井装置中，所述注水阀门与所述注水管线之间连接有注水口流量计。
可选择地，在所述煤层气井带压洗井装置中，所述出水管线的第二端连接有出水口流量计。
可选择地，所述方法还包括：
获取所述煤层气井的参数；
所述参数包括油管内径φy、抽油杆直径φg、泵深h、泵径φb、抽油机冲程L、抽油机最大冲次N和产水速度Q；
根据所述参数计算油管和抽油杆形成的环空容积、举升系统理论最大瞬时排量及最大允许注水速度；
根据所述环空容积控制注水总量，根据所述举升系统理论最大瞬时排量及所述最大允许注水速度控制注水速度。
可选择地，所述环空容积的计算公式为：
可选择地，所述举升系统理论最大瞬时排量的计算公式为：
可选择地，所述最大允许注水速度Qin-max＝Qmax-Q。
可选择地，所述方法还包括：控制向所述套管环空内注水的初始注水速度小于所述最大允许注水速度Qin-max，并控制初始出水速度等于所述初始注水速度与所述产水速度之和。
可选择地，在所述控制向所述套管环空内注水的初始注水速度小于所述最大允许注水速度Qin-max，并控制初始出水速度等于所述初始注水速度与所述产水速度之和之后，所述方法还包括：
保持所述初始注水速度一段时间后，在控制注水速度及所述产水速度之和与出水速度相等的同时，逐渐增大注水速度和出水速度，至出水速度逼近所述举升系统理论最大瞬时排量。
可选择地，在出水速度逼近所述举升系统理论最大瞬时排量之后，所述方法还包括：
在控制注水速度及产水速度之和与出水速度相等的同时，以出水速度逼近所述举升系统理论最大瞬时排量时的注水速度向所述套环环空中注水，直至注入的总水量大于所述环空容积，排出的水变清。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明提供的不动管柱带压洗井方法，在煤层气井生产的同时，采用煤层气井带压洗井装置向煤层气井的套管内注水，同时抽油机运行，使井筒煤粉随水一起经煤层气井的油管和煤层气井带压洗井装置排出。这样，可在煤层气井正常生产的同时将煤粉排出，从而避免因煤粉造成的卡泵和堵凡尔等问题，保障煤层气连续开发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1为根据本发明一实施例提供的不动管柱的煤层气井带压洗井方法的流程图；
附图2为根据本发明一实施例提供的煤层气井带压洗井装置的结构示意图；
附图3为根据本发明一实施例提供的煤层气井带压洗井装置的工作原理示意图。
附图中的标记分别为：
1、井口四通；2、测试阀门；3、注水管线；4、注水阀门；5、蓄水罐；6、出水管线；7、系统阀门；8、三通阀门；9、蓄水阀门；10、气体阀门；11、排气管线；12、注水口流量计；13、出水口流量计；14、支撑杆；15、集输管线；16、套管环空；17、油管；101、井口四通的第一开口；102、井口四通的第二开口；103、井口四通的第三开口。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明一实施例提供了一种不动管柱的煤层气井带压洗井方法，如图1所示，包括步骤S101和S102。下面对各步骤进行具体介绍。
S101：如图3所示，在煤层气井生产的同时采用煤层气井带压洗井装置向煤层气井的套管环空16注水。
S102：如图3所示，安装在煤层气井的抽油机运行，使得煤粉随水一起经煤层气井的油管17和煤层气井带压洗井装置排出。
如图2所示，为煤层气井带压洗井装置的结构示意图。煤层气井带压洗井装置包括井口四通1和蓄水罐5，其中，井口四通1的第一开口101与测试阀门2的第一端连接，测试阀门2的第二端与注水管线3的第一端连接，注水管线3的第二端与注水阀门4的第一端连接，注水阀门4的第二端与蓄水罐5连接，井口四通1的第二开口102与出水管线6的第一端连接，井口四通1的第三开口103与系统阀门7的第一端相连，系统阀门7的第二端与三通阀门8的第一端连接；蓄水罐5上设置有蓄水阀门9与气体阀门10，气体阀门10与三通阀门8的第二端之间连接有排气管线11。在注水管线3的第二端与注水阀门4的第一端之间可连接注水口流量计12，出水管线6的第二端可连接出水口流量计13。蓄水罐5的底部外侧可设置多个支撑杆14，用于支撑蓄水罐5并保持其平稳。
如图2所示，作为优选，三通阀门8为套压表考克。套压表考克的一端与压力表进行相通；套压表考克的一端与用来运输绝大部分煤层气的集输管线15相连；套压表考克的另外一端设置有孔，从而与气体管11连接。其中，在套压表考克的外端设置有两个阀门，一个阀门是用来控制煤层气进入的压力，可以通过读取压力表得知套管环空16的压力；另外一个阀门是用来控制极小部分煤层气通过气体管11进入蓄水罐5的压力，当打开此阀门时，煤层气通过气体管11进入蓄水罐5，这样就使得蓄水罐5、套管环空16形成了统一的压力系统，在原有正常生产的系统上介入注水系统，这样洗井水不借助外力，凭借自身的重力既可流入到套管环空16内。其中，作为优选地，气体管11可为软管，因为软管安装简单，且对安装空间的要求不高，所以在本发明实施例中，气体管11为软管。同样地，注水管线3可以为软管。但本发明不对此进行限定。
如图3所示，井口四通1安装在井口，水通过打开的注水阀门4进入套管环空16，又由于抽油机的工作，使得位于套管环空16的洗井水通过位于油管17底部的固定凡尔进入油管17，最后洗井水通过油管17经出水管线6排出，从而达到洗井清洗煤粉的目的，也解决了无法洗净固定凡尔的问题。
在实际生产中，为了避免煤层气压力波动的干扰，需要维持井底流压的稳定，而井底流压等于套管环空16的压力与井底液柱压力之和，在正常操作过程中，环管套空16的压力基本不变，因而要维持井底液柱的压力保持不变。井底液柱的压力由动液面决定，所以要控制动液面保持不变，也即要控制注水速度加上产水速度之和与出水速度一致。可根据生产需要通过调节注水阀门4的开度改变进水速度，通过抽油机上的智能变频器改变抽油机冲次来调节出水速度。本发明不对此进行限定，在实际生产中，当煤层气井底安装有流压计时，可通过流压计的示数来判断井底液柱压力的变化，进而判断进水速度与产水速度之和与出水速度是否相等，此时可不设置出水口流量计13。
在向套管环空16注水前，需获取煤层气井的参数。获取的参数包括油管内径φy、抽油杆直径φg、泵深h、泵径φb、抽油机冲程L、抽油机最大冲次N和产水速度Q。根据这些参数计算油管17和抽油杆形成的环空容积、举升系统理论最大瞬时排量及最大允许注水速度。
环空容积的计算公式为：
举升系统理论最大瞬时排量的计算公式为：
最大允许注水速度Qin-max＝Qmax-Q。
根据环空容积控制注水量，根据举升系统理论最大瞬时排量及最大允许注水速度控制注水速度。在实际洗井过程中，要保证注水总量大于环空容积，才能使井筒内煤粉被全部排出，注水速度不超过最大允许注水速度，才能保证出水速度与注水速度及产水速度之和相等，进而保证井底流压恒定，储层不受伤害。
例如，在C井区X煤层气井生产过程中，获取得到煤层气井的参数为油管内径0.062m、抽油杆直径0.019m、泵深904m、泵径0.044m、抽油机冲程1.8m、抽油机最大冲次6n/min、产水速度0.0125m3/h。
根据X煤层气井的参数，计算得到该煤层气井的环空容积为V＝2.47m3，举升系统最大理论瞬时排量Qmax＝0.98m3/h，最大允许注水速度为Qin-max＝0.0875m3/h。则造洗井过程中，注入的总水量要大于2.47m3，才能使井筒内煤粉被全部排出；注水速度不超过0.0875m3/h的情况下，才能保证注水速度与产水速度之和等于出水速度。
开始向套管环空16中注水时，先控制向套管环空16注水的初始速度小于最大允许注水速度Qin-max，并控制出水速度等于注水速度与产水速度之和。在实际生产中，抽油泵的初始泵效较低，实际排水能力达不到举升系统理论理论最大瞬时排量，可根据初始泵效确定初始出水速度，进而确定初始注水速度。
例如，计算出X煤层气井的抽油泵初始泵效为60％，则确定初始出水速度为举升系统最大理论瞬时排量的60％，即0.6m3/h，则根据初始出水速度确定的初始注水速度为0.5875m3/h。
实际生产中，调节注水阀门4控制注水速度小于最大允许注水速度，5～10分钟后，整个注水、排水系统稳定时，通过出水口流量计读取出水速度，当出水速度小于此时进水速度与产水速度之和时，调节注水阀门4减小进水速度；当出水速度大于此时进水速度与产水速度之和时，调节注水阀门4增大进水速度。当煤层气井安装流压计时，可根据流压计的示数来判断动液面的变化，进而判断初始进水速度与产水速度之和是否等于出水速度。具体地，调节注水阀门4控制初始注水速度小于最大允许注水速度，观察流压计示数，若流压计示数上升，说明动液面上升，即初始注水速度与产水速度之和大于出水速度，需要减小初始注水速度；若流压计示数下降，说明动液面下降，即初始注水速度与产水速度之和小于出水速度，此时需要增大初始注水速度。
保持初始注水速度向套管环空16注水一段时间后，在控制注水速度及产水速度之和与出水速度相等的同时，逐渐增大注水速度和出水速度，至出水速度逼近举升系统理论最大瞬时排量。增加注水速度，可加快煤层气井中煤粉的排出速度，缩短洗井时间。但是要保证最大注水速度不超过最大允许注水速度，否则不能保证注水速度与产水速度之和等于出水速度，会造成井底流压波动，进而使储层受到伤害。
例如，X煤层气井在以初始注水速度0.5875m3/h向套管环空内注水一段时间后，逐渐增加注水阀门4的阀门开度及抽油机冲次，以每5分钟增加0.1m3/h的幅度控制注水速度和产水速度之和及出水速度不断逼近0.98m3/h。
在控制注水速度及产水速度之和与出水速度相等的同时，以出水速度逼近举升系统理论最大瞬时排量时的注水速度向套环环空中注水，直至注入的总水量大于环空容积，排出的水变清。因为泵效原因，出水速度往往达不到举升系统理论最大瞬时排量，只能逼近举升系统理论最大瞬时排量。以此时的出水速度出水，以在保证注水速度与产水速度等于此时出水速度下的注水速度向套管环空16中注水，可使洗井时间最短。一般要保证注入的总水量大于环空容积，才能保证煤粉全部被排出。
例如，X煤层气井在实际洗井过程中发现，当注水速度增加至与产水速度之和大于0.9m3/h时，出水速度始终小于注水速度与产水速度之和相等，因此将最终的注水速度与产水速度之和控制为0.9m3/h，即将注水速度控制为0.8875m3/h，此时控制出水速度为0.9m3/h，保证注水速度与产水速度之和与出水速度相等。随着蓄水罐液面逐渐降低，注水速度会降低至0.7m3/h左右，这时需要调整抽油机冲次，使出水速度等于此时的注水速度与产水速度之和。整个洗井过程，共计向套管环空内注水3.7m3的清水。
本实施例提供的不动管柱带压洗井方法，在煤层气井生产的同时，向煤层气井的套管环空内注水，同时抽油机运行，使井筒煤粉随水一起进入煤层气井的油管，进而从油管中从排出，从而在煤层气井正常生产的同时将煤粉排出，避免出现因煤粉造成的卡泵和堵凡尔等问题，保障煤层气连续开发。在洗井的过程中，控制注水速度与产水速度之和等于出水速度，保证井底流压恒定，不会对储层造成伤害，不影响产能。在控制注水速度与产水速度之和等于出水速度的情况下，通过控制出水速度达到最大出水速度，可缩短洗井时间。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，包括：
在煤层气井生产的同时采用煤层气井带压洗井装置向所述煤层气井的套管环空注水；
安装在所述煤层气井的抽油机运行，使得煤粉随水一起经所述煤层气井的油管和所述煤层气井带压洗井装置排出；
所述煤层带压洗井装置包括井口四通和蓄水罐，其中，
所述井口四通的第一开口与测试阀门的第一端连接，所述测试阀门的第二端与注水管线的第一端连接，所述注水管线的第二端与注水阀门的第一端连接，所述注水阀门的第二端与所述蓄水罐连接，所述井口四通的第二开口与出水管线的第一端连接，所述井口四通的第三开口与系统阀门的第一端相连，所述系统阀门的第二端与三通阀门的第一端连接；
所述蓄水罐上设置有蓄水阀门与气体阀门，所述气体阀门与所述三通阀门的第二端之间连接有排气管线；
所述方法还包括：
获取所述煤层气井的参数；
所述参数包括油管内径φy、抽油杆直径φg、泵深h、泵径φb、抽油机冲程L、抽油机最大冲次N和产水速度Q；
根据所述参数计算油管和抽油杆形成的环空容积、举升系统理论最大瞬时排量及最大允许注水速度；
根据所述环空容积控制注水总量，根据所述举升系统理论最大瞬时排量及所述最大允许注水速度控制注水速度。
2.根据权利要求1所述的不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，在所述煤层气井带压洗井装置中，所述注水阀门与所述注水管线之间连接有注水口流量计。
3.根据权利要求1所述的不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，在所述煤层气井带压洗井装置中，所述出水管线的第二端连接有出水口流量计。
4.根据权利要求1所述的不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，所述环空容积的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，所述举升系统理论最大瞬时排量的计算公式为：
6.根据权利要求5所述的不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，所述最大允许注水速度Qin-max＝Qmax-Q。
7.根据权利要求6所述的不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，所述方法还包括：控制向所述套管环空内注水的初始注水速度小于所述最大允许注水速度Qin-max，并控制初始出水速度等于所述初始注水速度与所述产水速度之和。
8.根据权利要求7所述的不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，在所述控制向所述套管环空内注水的初始注水速度小于所述最大允许注水速度Qin-max，并控制初始出水速度等于所述初始注水速度与所述产水速度之和之后，所述方法还包括：
保持所述初始注水速度一段时间后，在控制注水速度及所述产水速度之和与出水速度相等的同时，逐渐增大注水速度和出水速度，至出水速度逼近所述举升系统理论最大瞬时排量。
9.根据权利要求8所述的不动管柱的煤层气井带压洗井方法，其特征在于，在出水速度逼近所述举升系统理论最大瞬时排量之后，所述方法还包括：
在控制注水速度及产水速度之和与出水速度相等的同时，以出水速度逼近所述举升系统理论最大瞬时排量时的注水速度向所述套管环空中注水，直至注入的总水量大于所述环空容积，排出的水变清。
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