CN110700777A - 利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的系统，包括：配液罐、泵车、泡沫发生器、制氮车组、指挥车、井控放喷闸阀、防喷器、流体通道转换装置、旋塞阀、返排管、返排液存储罐、煤层气井井筒、洗井作业管柱；煤层气井筒顶部安装有井控放喷闸阀，泵车通过管线将配液罐和泡沫发生器连接，制氮车组通过管线与泡沫发生器相连，指挥车通过电缆与泵车和制氮车组相连，泡沫发生器与井控放喷闸阀相连，井控放喷闸阀顶部安装有防喷器，防喷器顶部安装有流体通道转换装置，流体通道转换装置顶部安装有旋塞阀，旋塞阀顶部安装有返排管。本发明捞灰效率高、洗井液地层滤失少、用水量小、洗井液携灰能力强，对储层伤害小、解堵能力强。
Description
技术领域
本发明属于油气资源开发领域，具体地涉及一种利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的系统及方法。
背景技术
煤层气藏(煤岩)强度低、节理裂隙发育，在煤层气井钻井过程中井眼周围的煤岩因为受到钻井扰动而发生破坏，形成大量的煤岩颗粒。同时，在煤层气开采过程中需要进行排水抽采，导致钻井过程中形成的煤岩颗粒和煤岩中粉煤灰被携带到井筒中。这些煤岩颗粒和粉煤灰大量聚集在井筒中后将会堵塞水和煤层气渗流通道，导致煤层气产量下降甚至停产。因此，在煤层气抽采过程中需要周期性进行冲粉煤灰作业。目前清除煤层气井中的粉煤灰方法主要包括：清水冲洗粉煤灰法、机械打捞粉煤灰法和二者结合捞灰法。它们主要存在以下技术难题和缺点。
(1)清水冲洗粉煤灰法。由于煤岩孔隙大、节理裂隙发育，而清水粘滞系数小，导致在利用清水进行粉煤灰冲洗作业过程中地层漏失严重，不能建立循环，无法将粉煤灰携带至地面。同时，由于漏失严重导致用水量大、经济性差、效率低、工期长，还会造成储层污染严重。
(2)机械打捞粉煤灰法。该方法通过向煤层气井中下入机械打捞粉煤灰工具，不断起下管柱将井筒内的粉煤灰携带至地面。起下管柱速度较慢，导致机械打捞粉煤灰法的效率低且打捞不彻底，工作量较大、经济性差。
(3)机械打捞和清水清洗二者结合打捞粉煤灰法。该方法一般先进行机械打捞粉煤灰，然后再利用清水冲洗粉煤灰。虽然这两种方法可以提高清除粉煤灰效率，但是不能从本质上克服二者存在的缺点和不足。
基于上述技术背景亟需发明一种利用氮气泡沫冲洗煤层气井中粉煤灰方法，提高煤层气井打捞粉煤灰效率，减少用水量和近井地层污染。
发明内容
针对目前采用清水冲洗粉煤灰、机械打捞粉煤灰和二者结合打捞粉煤灰方法中存在的地层漏失严重、用水量大、经济性差、效率低(携灰能力差)、工期长、造成储层污染严重和捞灰不彻底的缺点，本发明提供了一种利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰方法，以克服清水冲洗、机械打捞和二者结合使用方法中存在的上述缺点，提高了粉煤灰打捞效率、避免捞灰作业对储层二次污染。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的系统，包括：配液罐、泵车、泡沫发生器、制氮车组、指挥车、井控放喷闸阀、防喷器、流体通道转换装置、旋塞阀、返排管、返排液存储罐、煤层气井井筒、洗井作业管柱；其中：煤层气井筒为竖直井，顶部安装有井控放喷闸阀，煤层气井筒底部位于煤层气藏中，中下部煤层气井筒中堆积有粉煤灰；泵车通过管线将配液罐和泡沫发生器连接，制氮车组通过管线与泡沫发生器相连，指挥车通过电缆与泵车和制氮车组相连，泡沫发生器与井控放喷闸阀相连，井控放喷闸阀顶部安装有防喷器，防喷器顶部安装有流体通道转换装置，流体通道转换装置顶部安装有旋塞阀，旋塞阀顶部安装有返排管。
利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，包括以下步骤：
S1、井筒准备
S2、下洗井作业管柱至冲灰面顶部
S3、洗井液配液准备
S4、地面设备准备及流程连接
S5、地面流程试压
S6、建立洗井液循环
S7、下洗井作业管柱连续冲洗至设计深度
S8、清水脱气及起出作业管柱。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：捞灰效率高、洗井液地层滤失少、用水量小、洗井液携灰能力强、可以将工期缩短50％以上；利用负压可以将井筒周围的粉煤灰携带进入井筒，增加井筒周围地层的渗透性，对储层伤害小、解堵能力强；经济效益高，与传统捞灰方法相比投入和产出比可以提高50％以上。
附图说明
图1是利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰方法示意图；
图中：1、配液罐；2、泵车；3、泡沫发生器；4、制氮车组；5、指挥车；6、管线；7、电缆；8、井控放喷闸阀；9、防喷器；10、流体通道转换装置；11、旋塞阀；12、返排管；13、返排液存储罐；14、洗井作业管柱；15、煤层气井筒；16、氮气泡沫洗井液；17、粉煤灰；18、煤层气藏。
具体实施方式
如图1所示，利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的系统施工作业示意图，包括：配液罐1、泵车2、泡沫发生器3、制氮车组4、指挥车5、井控放喷闸阀8、防喷器9、流体通道转换装置10、旋塞阀11、返排管12、返排液存储罐13、煤层气井井筒15、洗井作业管柱14；煤层气井筒15为一竖直井，顶部安装有井控放喷闸阀，用于放喷洗井作业过程中煤层气藏18中液体；煤层气井筒底部位于煤层气藏18中，中下部煤层气井筒中堆积有粉煤灰17；氮气泡沫洗井液16从洗井作业管柱14与煤层气井筒15间的环空注入，从洗井作业管柱14中排出，将煤层气井筒中的粉煤灰携带至地面，从而达到冲洗煤层气井筒的目的；泵车2通过管线6将配液罐1和泡沫发生器3连接，用于将配液罐中的洗井液泵入泡沫发生器；制氮车组4通过管线6与泡沫发生器相连，用于向泡沫发生器中注入氮气；指挥车5通过电缆7与泵车2和制氮车组4相连，用于控制氮气泡沫洗井液洗井施工作业参数；泡沫发生器3与井控放喷闸阀8相连，用于向煤层气井筒与洗井作业管柱间的环空中注入氮气泡沫洗井液；井控放喷闸阀8顶部安装有防喷器9，用于控制洗井作业过程中可能发生的井喷；防喷器顶部安装有流体通道转换装置10，用于切换氮气泡沫洗井液的流动通道；流体通道转换装置10顶部安装有旋塞阀11，用于控制洗井作业管柱接单根时氮气泡沫洗井液的流动；旋塞阀11顶部安装有返排管12，用于将洗井作业过程中煤层气藏中返排出来的液体输送到返出液存储罐13中。
一种利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，包括以下步骤：
S1、井筒准备
确定出需要进行粉煤灰冲洗的煤层气井，对井场进行处理方便起出煤层气井筒内原有生产管柱作业的机器设备进场；起出煤层气井筒内原有生产管柱，然后下入通井作业工具进行通井作业，确保煤层气井畅通、洗井作业管柱可以顺利下入；通井作业结束后，对煤层气井筒进行液体试压，试压合格后安装利用氮气泡沫洗井液进行洗井所需的井口装置；
S2、下洗井作业管柱至冲灰面顶部
向煤层气井筒中下入洗井作业管柱直至洗井作业管柱不能依靠自重继续下入为止，此时洗井作业管柱对应的深度位置即为粉煤灰灰面位置；确定出粉煤灰灰面位置后上提洗井作业管柱至粉煤灰灰面以上10m位置处；
S3、洗井液配液准备
根据煤层气井井筒内径和粉煤灰灰面埋深计算出煤层气井筒容积，按照煤层气井筒容积的5-10倍体积准备质量合格的清水，对于清水质量要求参见《地下水质量标准GB/T14848-93》中Ⅰ类水要求；将准备好的质量合格清水注入到内壁清洁的配液罐中，让后向配液罐中加入清水质量的1％-2％的氯化钾固体，并充分搅拌使得氯化钾全部溶解在清水中，配液罐底部无固体的氯化钾沉积，然后依次加入质量为清水质量0.5％的起泡剂、质量为清水质量2％的稳泡剂，不能进行搅拌，静置6小时以上，然后对混合物水溶液质量进行检测，检测合格后洗井液制备完成，留待后期洗井作业使用；
S4、地面设备准备及流程连接
根据利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰施工作业要求，需要准备的地面设备包括：泵车、制氮车组、泡沫发生器、指挥车、旋塞阀、井控放喷闸阀、防喷器、管线、流体通道转换装置、配液罐、返排管、返出液存储罐、电缆；并且将上述设备按照下述顺序进行连接：泵车一端与配液罐通过管线连接，另一端与泡沫发生器相连，将配液罐中的洗井液泵入泡沫发生器；泡沫发生器为一个三通结构，第一接口与制氮车组相连，用于接收制氮车组泵送过来的氮气；第二接口与泵车组相连，用于接收泵车泵送过来的洗井液；泡沫发生器第三接口与井控放喷闸阀第一接口相连，井控放喷闸阀为一个三通构件；井控放喷闸阀底部第二接口与煤层气井口相连，用于将生成的氮气泡沫洗井液注入煤层气井筒中；井控放喷闸阀顶部第三接口与防喷器相连；防喷器顶部安装有流体通道转换装置；流体通道转换装置顶部安装有旋塞阀；旋塞阀顶部安装有返排管，返排管与返出液存储罐相连；指挥车与泵车和制氮车组通过电缆相连，控制洗井作业施工参数，至此完成地面流程连接；
S5、地面流程试压
关闭井口闸阀，限制试压流体流入煤层气井筒内，启动泵车进行加压，至地面流程各个部件的最小额定工作压力，保压5分钟，不刺漏，认为试压合格；
S6、建立洗井液循环
开启井口闸阀，用泵车将配置好的洗井液和氮气注入泡沫发生器，形成氮气泡沫洗井液；通过洗井作业管柱和煤层气井筒间的环空将氮气泡沫洗井液注入，从洗井作业管柱内返出；持续注入氮气泡沫洗井液至洗井作业管柱返排管口稳定出液2-3分钟；通过调整氮气与洗井液注入的比例将生成的氮气泡沫洗井液密度控制在低于地层压力梯度5％-10％；
S7、下洗井作业管柱连续冲洗至设计深度
下洗井作业管柱前在管柱接头上安装旋塞阀，用于控制管柱内氮气泡沫洗井液流出；持续注入氮气泡沫洗井液，缓慢匀速下入洗井作业管柱，随时观察井架悬重表，以确定洗井作业管柱底面是否与灰面接触；如果悬重降低5-10kN、泵车压力增加1-2MPa、井口出液量降低，停止下入洗井作业管柱，持续注入氮气泡沫洗井液，向上匀速起洗井作业管柱5-10m；继续循环注入氮气泡沫洗井液，逐渐降低氮气泡沫洗井液密度至60％-80％的初始氮气泡沫洗井液密度以形成负压，最大可能实现负压解堵；然后再逐渐增加氮气泡沫洗井液密度至初始氮气泡沫洗井液密度，提高携岩能力；注入氮气泡沫洗井液体积至2-3倍煤层气井筒容积且泵车压力和井口出液恢复正常，缓慢匀速下入洗井作业管柱；当接洗井作业管柱单根时需要关闭旋塞阀，完成后打开旋塞阀；重复上述过程，直至洗井作业管柱下到设计深度；每5分钟收集一次返排液，静置30分钟，分析固体沉积物形状、颜色、含量、成分，直至进出口液体质量满足设计要求，煤层气井粉煤灰冲洗作业结束；
S8、清水脱气及起出作业管柱
粉煤灰冲洗作业结束后，停止注入氮气泡沫洗井液，然后通过洗井作业管柱与煤层气井筒环空向井筒内注入体积为1.5-2倍煤层气井筒容积的清水，将煤层气井筒内泡沫洗井液完全驱替至地面，关闭泵车；起出洗井作业管柱，起出速度不大于15根/小时，直至洗井作业管柱全部起出；拆卸地面流程。
至此，利用本发明方法可以有效解决利用清水冲洗粉煤灰、机械打捞粉煤灰和二者结合打捞粉煤灰方法中存在的地层漏失严重、用水量大、经济性差、效率低(携灰能力差)、工期长、造成储层污染严重和捞灰不彻底的缺点，具有操作步骤明确、参数取值范围清晰优点。
Claims (10)
1.一种利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的系统，包括：配液罐、泵车、泡沫发生器、制氮车组、指挥车、井控放喷闸阀、防喷器、流体通道转换装置、旋塞阀、返排管、返排液存储罐、煤层气井井筒、洗井作业管柱；其特征在于：煤层气井筒为竖直井，顶部安装有井控放喷闸阀，煤层气井筒底部位于煤层气藏中，中下部煤层气井筒中堆积有粉煤灰；泵车通过管线将配液罐和泡沫发生器连接，制氮车组通过管线与泡沫发生器相连，指挥车通过电缆与泵车和制氮车组相连，泡沫发生器与井控放喷闸阀相连，井控放喷闸阀顶部安装有防喷器，防喷器顶部安装有流体通道转换装置，流体通道转换装置顶部安装有旋塞阀，旋塞阀顶部安装有返排管。
2.一种利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、井筒准备
S2、下洗井作业管柱至冲灰面顶部
S3、洗井液配液准备
S4、地面设备准备及流程连接
S5、地面流程试压
S6、建立洗井液循环
S7、下洗井作业管柱连续冲洗至设计深度
S8、清水脱气及起出作业管柱。
3.根据权利要求2所述的利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，其特征在于，步骤S1具体方法如下：确定出需要进行粉煤灰冲洗的煤层气井，对井场进行处理方便起出煤层气井筒内原有生产管柱作业的机器设备进场；起出煤层气井筒内原有生产管柱，然后下入通井作业工具进行通井作业，确保煤层气井畅通、洗井作业管柱可以顺利下入；通井作业结束后，对煤层气井筒进行液体试压，试压合格后安装利用氮气泡沫洗井液进行洗井所需的井口装置。
4.根据权利要求2-3所述的利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，其特征在于，步骤S2具体方法如下：向煤层气井筒中下入洗井作业管柱直至洗井作业管柱不能依靠自重继续下入为止，此时洗井作业管柱对应的深度位置即为粉煤灰灰面位置；确定出粉煤灰灰面位置后上提洗井作业管柱至粉煤灰灰面以上10m位置处。
5.根据权利要求2-4所述的利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，其特征在于，步骤S3具体方法如下：根据煤层气井井筒内径和粉煤灰灰面埋深计算出煤层气井筒容积，按照煤层气井筒容积的5-10倍体积准备质量合格的清水，对于清水质量要求参见《地下水质量标准GB/T 14848-93》中Ⅰ类水要求；将准备好的质量合格清水注入到内壁清洁的配液罐中，然后向配液罐中加入清水质量的1％-2％的氯化钾固体，并充分搅拌使得氯化钾全部溶解在清水中，配液罐底部无固体的氯化钾沉积，然后依次加入质量为清水质量0.5％的起泡剂、质量为清水质量2％的稳泡剂，不能进行搅拌，静置6小时以上，然后对混合物水溶液质量进行检测，检测合格后洗井液制备完成，留待后期洗井作业使用。
6.根据权利要求2-5所述的利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，其特征在于，步骤S4具体方法如下：根据利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰施工作业要求，需要准备的地面设备包括：泵车、制氮车组、泡沫发生器、指挥车、旋塞阀、井控放喷闸阀、防喷器、管线、流体通道转换装置、配液罐、返排管、返出液存储罐、电缆；并且将上述设备按照下述顺序进行连接：泵车一端与配液罐通过管线连接，另一端与泡沫发生器相连，将配液罐中的洗井液泵入泡沫发生器；泡沫发生器为一个三通结构，第一接口与制氮车组相连，用于接收制氮车组泵送过来的氮气；第二接口与泵车组相连，用于接收泵车泵送过来的洗井液；泡沫发生器第三接口与井控放喷闸阀第一接口相连，井控放喷闸阀为一个三通构件；井控放喷闸阀底部第二接口与煤层气井口相连，用于将生成的氮气泡沫洗井液注入煤层气井筒中；井控放喷闸阀顶部第三接口与防喷器相连；防喷器顶部安装有流体通道转换装置；流体通道转换装置顶部安装有旋塞阀；旋塞阀顶部安装有返排管，返排管与返出液存储罐相连；指挥车与泵车和制氮车组通过电缆相连，控制洗井作业施工参数，至此完成地面流程连接。
7.根据权利要求2-6所述的利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，其特征在于，步骤S5具体方法如下：关闭井口闸阀，限制试压流体流入煤层气井筒内，启动泵车进行加压，至地面流程各个部件的最小额定工作压力，保压5分钟，不刺漏，认为试压合格。
8.根据权利要求2-7所述的利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，其特征在于，步骤S6具体方法如下：开启井口闸阀，用泵车将配置好的洗井液和氮气注入泡沫发生器，形成氮气泡沫洗井液；通过洗井作业管柱和煤层气井筒间的环空将氮气泡沫洗井液注入，从洗井作业管柱内返出；持续注入氮气泡沫洗井液至洗井作业管柱返排管口稳定出液2-3分钟；通过调整氮气与洗井液注入的比例将生成的氮气泡沫洗井液密度控制在低于地层压力梯度5％-10％。
9.根据权利要求2-8所述的利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，其特征在于，步骤S7具体方法如下：下洗井作业管柱前在管柱接头上安装旋塞阀，用于控制管柱内氮气泡沫洗井液流出；持续注入氮气泡沫洗井液，缓慢匀速下入洗井作业管柱，随时观察井架悬重表，以确定洗井作业管柱底面是否与灰面接触；如果悬重降低5-10kN、泵车压力增加1-2MPa、井口出液量降低，停止下入洗井作业管柱，持续注入氮气泡沫洗井液，向上匀速起洗井作业管柱5-10m；继续循环注入氮气泡沫洗井液，逐渐降低氮气泡沫洗井液密度至60％-80％的初始氮气泡沫洗井液密度以形成负压，最大可能实现负压解堵；然后再逐渐增加氮气泡沫洗井液密度至初始氮气泡沫洗井液密度，提高携岩能力；注入氮气泡沫洗井液体积至2-3倍煤层气井筒容积且泵车压力和井口出液恢复正常，缓慢匀速下入洗井作业管柱；当接洗井作业管柱单根时需要关闭旋塞阀，完成后打开旋塞阀；重复上述过程，直至洗井作业管柱下到设计深度；每5分钟收集一次返排液，静置30分钟，分析固体沉积物形状、颜色、含量、成分，直至进出口液体质量满足设计要求，煤层气井粉煤灰冲洗作业结束。
10.根据权利要求2-9所述的利用氮气泡沫洗井液冲洗煤层气井中粉煤灰的方法，其特征在于，步骤S8具体方法如下：粉煤灰冲洗作业结束后，停止注入氮气泡沫洗井液，然后通过洗井作业管柱与煤层气井筒环空向井筒内注入体积为1.5-2倍煤层气井筒容积的清水，将煤层气井筒内泡沫洗井液完全驱替至地面，关闭泵车；起出洗井作业管柱，起出速度不大于15根/小时，直至洗井作业管柱全部起出；拆卸地面流程。
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