射流泵在多分支水平煤层气井排采中的应用分析

射流泵在多分支水平煤层气井排采中的应用分析

景青峰

新疆亚新煤层气一五六勘查有责任公司

摘要：目前，随着我国经济的飞速发展，我国煤层气资源丰富，但受排水采气工艺技术、专业装备影响，煤层气资源开发仍处于初级阶段，需分析如何合理开采煤层气。射流泵技术发展已有几十年，其在油田开采中应用广泛，在井身结构复杂、腐蚀严重的情况下射流泵仍可正常排采。本文分析了煤层气排采的特殊性，结合射流泵特点，分析如何利用射流泵合理落实煤层气排采。

关键词：射流泵;多分支水平;煤层气井排采;应用分析

引言

射流泵排采工艺具有无偏磨、排砂能力强、卡泵少等特点，在煤层气水平井高效开发中得到应用。通过应用基于WonderwareIntouch开发的射流泵井智能监控系统，实现了射流泵井关键生产参数采集、存储、报警、远程启停、智能排采等功能，满足了煤层气水平井“稳定、连续、渐变、缓慢”精确排采的要求。通过生产参数的异常报警，可及时发现射流泵系统故障，从而保障射流泵水平井排采时率保持在98%以上，并降低了一线员工劳动强度，提高了煤层气数字化水平。

1射流泵选择

多水平分支煤层气井采用射流泵时需要考虑泵的排量满足煤层气井的产液量，与煤层气井的排采协调，选取的泵需要有足够的举升压力使得产出液能够携带至地面，选择的泵在不出现气蚀时的工作效率达到最高，耗能最小，功率最低。根据地层参数、水文条件及邻近井的产液参数确定该井的产液区间。射流泵的环空管中排出的混合液流量等于吸入流量和动力液流量之和，喷嘴的大小和地面设备施加于动力液的压力决定了动力液的流量大小，动力液的流量大小直接决定影响到混合液排出地面的水力压头大小。当动力液压力增加时，泵的举升压头增加，同时由于动力液流量也要增加，排出管柱压力上升。只有当泵的举升压头与排出管柱压力相等时，泵和煤层气井的排采工作才能协调，所以选泵时需要迭代计算。迭代计算进行选择射流泵规格，对不同型号的喷嘴和喉管组合都进行计算，把发生气蚀最大的设备组合排除掉，根据最小气蚀面积再从剩余组合中进行优选，确定最佳的工作参数组合。当煤层气井的产液量、管柱尺寸大小、井下设备类型、动力液压力确定后，就可设计射流泵。根据地面泵功率、压力、动力液流量选择地面柱塞泵型号。

2射流泵在多分支水平煤层气井排采中的应用分析

2.1控制逻辑

射流泵井智能监控系统具备远程启停；手动/自动切换；一机带一井和一机带多井条件下的降流压、恒流压控制功能。PLC通过调节变频器的输出频率，达到调节柱塞泵泵压的目的；通过调节进井调节阀开度，达到调节动力液进井压力的目的。(1)一机带一井条件下：降流压控制和恒流压控制：通过上位机设置现场PLC流压每日下降值和井下压力目标值。首先通过PLC将调节阀开度设置为最大值；再次定时将实时值与目标值进行对比，通过PLC的PID调节功能，定时柱塞泵的泵压及动力液入井压力，实现降低和稳定井底流压功能。(2)一机带多井条件下：降流压控制和恒流压控制：通过上位机设置不同煤层气井的井下压力每日下降值和井底流压目标值。首先保持变频器的输出频率不变稳定柱塞泵输出压力，分别调节各井的进井调节阀开度，从而控制每口井动力液流量及压力。定时将各井的实时值与目标值对比，当不满足下降要求时，PLC采用PID方式调节变频器的输出频率，从而提高或降低柱塞泵输出压力；再次通过调节各井的进井调节阀开度直至满足要求，实现多井降压控制和恒流压控制。

2.2有效稳定液面，实现连续排采

绝大多数煤层气储层具有弱含水,供液能力差的特点,尤其在排采中后期,产液量变低,使得在排采过程中,动液面下降变快,导致井底流压无法控制，此时就需要调整泵挂，间断正常生产；同时,低产液量无法满足带出煤粉所需要的流速,使得煤粉在井筒沉降,容易引起卡泵现象,严重的需要进行检泵作业。生产中遇到以上问题都会影响连续排采，影响煤层气井的排采效果。DFS-X井利用射流泵进行排采，射流泵所注入的高速流体，能满足地层流体所携带煤粉运移的流速，减少卡泵等现象的发生，同时，随着排采的进行，动液面的不断下降，射流泵注入的液体能够很好地稳定液面，保证井下液面的匀速下降，给地层产出液带来充足的能量，继而让井底混合流体能够不断被举升至地面。通过对比DFS-X井与该区块其他井动液面高度可看出，DFS-X井在采用射流泵排采后，相对于其他井地下液面保持较稳定，对于该井的连续生产起到了良好的作用。

2.3射流泵排采参数优选

煤层气井的排量普遍较小，尤其单井排采到中后期时排水量更少。射流泵在小排量条件下效率相对较低，由于影响射流泵性能的参数较多，排量与射流泵的结构、工作参数相关，泵效则受面积比R、扩散管的长度、喷嘴的形状、喉嘴距及吸水管直径等参数的影响，其中面积比对泵效的影响最为显著，也是射流泵的关键参数。根据射流泵特性方程理论研究得出:当射流泵的喷嘴与喉管面积比取不同值时对应的最大泵效不同，对应的流量比和压头比也不同，之间的关系可用煤层气实际排采中，喷嘴、喉管和扩散管是下入井中的，故面积比在某个阶段内为固定值，射流泵在工作过程中动液面是一个逐渐下降的过程，因此吸入口的压力是一个变化的参数，需要通过调整喷嘴处的压力来保证射流泵始终在较高的泵效下工作。射流泵无因次特性曲线中给出了7种规格射流泵的工作曲线，即7个面积比一定时，流量比、压头比和泵效的关系曲线，利用射流泵特性方程计算不同面积比下，随着动液面的变化确保泵效最高对应的井口压力(未考虑管路摩阻)结合煤层气的实际开发深度、泵吸入口的下深和稳定生产时的液面深度，面积比为0．262、0．328、0．410时符合现场实况，泵效可达近30%。现场运行得出井筒排液量与入井流量存在正相关性和非线性，并得出部分射流泵面积比和喷射率。

2.4射流泵对煤粉的适应性

射流泵正常注入量为1~2.0m3/h，日注入量24~48m3，可携带粒径在3.02mm以下的煤粉。而延川南煤层气井其煤粉粒径多在2.0mm以下，通过射流泵排采技术，可有效携带煤粉。

结语

1）射流泵以水为动力液，经过柱塞泵的加压，利用能量守恒的原理，将井下的煤粉、煤块和液体举升至地面，通过调整射流泵的喷嘴和喉管的匹配，能满足排采的要求，通过调整变频器的频率即可实现动力液压力的微调控制。2）射流泵无杆和运动部件，所以这种排采工艺能够适应大斜度井、水平井的要求，泵体可以下放到90度的位置，从而最大限度地减少液面对产气量的影响。并且避免了杆管偏磨、卡泵埋泵的问题。3）射流泵排采工艺的最大特点是易损部件集中在泵芯里，而泵芯的起下仅仅依靠动力液的反循环就能实现，起下方便检修简单，不需要再上修井机作业。

参考文献

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