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1、页岩气井人工举升排采工艺及螺杆泵人工举升排采工艺介绍1背景技术随着石油工业不断发展，石油开采技术的进步，无论是海上还是 陆地，近年来越来越多的高含气油田、页岩气田等非常规油气田项目 投入开发。另外，伴随我国“煤改气”政策的出台，天然气需求量逐年 增加，传统天然气田也面临着越来越重的增储上产压力，页岩油在油 气开采中所占的比重不断增加。利用电潜离心泵或螺梓泵进行高含气油井开采或者气井排水采 气，其最重要的一个核心技术参数为“进泵气体体积含量”，即经过井 下自然分离、人工机械分离（如电潜泵分离器分离）以后，在井下泵 吸入口位置的压力和温度条件下，进入泵的气体体积含量。该项指标 直接决定了电潜离心泵
2、或螺杆泵在油气井中应用时所能承受的气液 比（GLR）上限。目前，行业内这两种人工举升工艺技术对应的上限 指标分别为：电潜离心泵（多相流泵技术）70%，螺杆泵40%。高于这 个参数电泵将出现气锁，螺杆泵将出现干磨。因此，能否控制好进泵 气体体积含量，是高含气井人工举升排采工艺技术的关键内容。2页岩气井人工举升排采工艺页岩气井对比天然气井电泵排水采气应用，其主要区别在于如下 两点：2.1液体排量非常低，GLR异常高和天然气井一样，页岩气井的排采也分为早、中、后三期，不同 的是，页岩气井初期和中期排液的水都是压裂液，后期生产时几乎没 有水。以我国西南地区的井况为例，随着压裂液的排出，页岩气井产 气量
3、上升非常快，一般排液12天后就能见到明显效果。因此，页 岩气井初期排液时间很短，一般12天，有的甚至几个小时就进入到生产中期。生产中期持续时间一般几天到半个月不等，这时GLR已 经非常高，一般达1 000 m3/d以上，而产液量下降明显，一般不到 50 m3/d。页岩气井在进入生产后期(稳定期)以后，产液量会非常 低，一般12 m3/d，产气一般510万m3/d，甚至出现间歇自喷。 这种井况给电泵运行带来了严重挑战：(1) 排量太小，电泵无法连续稳定运行，同时电机的散热也不 好。(2) 气量对于流压特别敏感：与天然气井产气量同流压呈线性 关系所不同，页岩气的产气量和井底流压更趋近于一种阈值关系
4、，从 而使得要满足页岩气产气的需要，电泵需不停地启停，多的一天需要 启停78次。反复开机，对电机寿命造成了不小的冲击。2.2井筒尺寸小、扬程高、井斜大出于经济性考虑，同时也由于压裂开发的需要，一般使用高磅级 5.5寸套管，导致套管内径一般只有112 mm，常规的400系列电潜 泵已经无法下入，只能使用375系列的小直径电泵。而小直径电泵带 来的主要应用技术限制为分离器分离能力有限；同时，出于经济性的 考虑，页岩气井一般要求电泵吸入口下尽量靠近A靶点位置，以满足 最大限度扩大生产压差的需要。因此，泵挂位置一般较深(3 000 m)， 扬程要求较高，对于小直径电泵，3 000 m扬程已经接近极限。
5、另外，由于靠近A靶点，泵挂位置的井斜一般较大。当井斜大于 70时，旋转分离器的分离效果将大大下降，这时需要使用新的避气 装置避气处理器进行气液分离。该避气处理工艺如图1所示，其 基本原理是在泵吸入口上加装活动盖板，盖板在重力作用下始终保持 吸入口上部关闭、下部开启，气液在近水平状态分层流动时，气体经 上部盖板滑过，而液体从下部打开的吸入口进泵。2.3 一般无腐蚀，伴随出砂一般采用宽幅泵，通用混相流叶轮更宽的流道，以加强对于固相 颗粒的适应性。综上，在页岩气排水采气应用上，目前并没有一种特别好的手段 可以完全满足其苛刻的井况要求。目前业内主要趋势是希望发展“高 速永磁电机+高速离心泵技术”，利用
6、其电机发热小、泵对于超小排量 的调节适应能力，进一步拓展电泵在页岩气排水采气领域的应用范围。3螺杆泵人工举升排采工艺3.1螺杆泵在高含气井中的适用条件螺杆泵相较于电潜泵，其最大优势就是对于固相颗粒的适应性从 电潜泵的0.5%提高到了 3%，但螺杆泵对于高扬程、大排量场景的应 用却不如电潜泵，因此其主要在煤层气排采领域应用。螺杆泵的特性 较好地满足了煤层气排水采气应用的各种井况要求：（1）小排量：初期不到100 m3/d，后期1 m3/d;（2）低扬程、浅泵挂：一般不超过800 m;（3）出煤粉。3.2螺杆泵的避气工艺电潜螺杆泵较杆驱螺杆泵最大的优势在于受井斜限制小，泵挂位 置可尽量靠近A靶点，
7、从而最大化生产压差。但电潜螺杆泵井下设备 较杆驱螺杆泵更为复杂，且吸入口同电潜离心泵类似，都在机组中段 侧面，因此无法加装杆驱螺杆泵用的气锚，同时由于转速原因，也无 法加装旋转分离装置。电潜螺杆泵在排水采气应用中所使用的是一种名为“倒置导流罩” 的避气装置，其基本原理与气锚类似，即利用气液的重力差，液体在 流入泵吸入口时进行一次拐弯，从而实现气液分离的目的。图2为倒 置导流罩原理示意图。倒置导流罩除了进行重力气液分离以外，还有一个作用就是储水。 因为在煤层气生产后期，产液量不到1 m3/d，而螺杆泵本身又特别 怕干磨，因此倒置导流罩中储存的水为防止泵抽空给出了 26 h的 缓冲时间。另外，需要特别说明的是，倒置导流罩的长度可以根据储水量的 需要以及吸入口深度的需要进行调节。但是倒置导流罩要发挥气液分 离的作用，其垂直长度（井斜状态的垂直投影）必须2 m。4结语页岩气井对比天然气井电泵排水采气应用，有着液体排量低，GLR指数高;井筒尺寸小，扬程高，井斜大;一般无腐蚀，常伴随出砂 的特点。利用电潜离心泵或螺杆泵进行高含气油井开采或气井排水采 气，其最重要的一个核心技术参数为“进泵气体体积含量”，该项指标 直接决定了电潜离心泵或螺杆泵在油气井中应用时所能承受的气液 比上限。本文详细介绍了页岩气井人工举升排采工艺及螺杆泵人工举 升排采工艺，对相关油气井的开发具有指导借鉴意义。
