管式泵固定阀密封不严问题的研究.doc

管式泵固定阀密封不严问题的研究任龙锋（晋煤集团沁水蓝焰煤层气有限责任公司，山西 晋城 048204）摘 要：针对沁水蓝焰煤层气公司普通管式泵固定阀密封不严导致泵效降低的问题，在大量调研及现场实验的基础上通过在煤层气井排水口安装一种单流阀，通过单流阀球阀的锁紧与打开从而改变柱塞上部液柱压力与泵内压力压差的原理阻止固定阀漏失、提高泵效。在晋煤集团沁水蓝焰煤层气公司6口高煤粉井现场实验证明，该装置提高泵效的成功率达100%。关键词：管式泵；固定阀；单流阀；泵效中图分类号：TH138.52The Research of Tube Pump Fixed Valve Sealing ProblemRen Long-feng(Jincheng Coal Industry Group Company Qinshui CBM Blue Flame, Jincheng 048204, China)Abstract：In Qinshui CBM Blue Flame, ordinary tube pump fixed valve sealing causes the pump efficiency problem, A large number of research and field experiment on the basis of coal bed methane wells through installation of a single flow valve, by a single flow valve ball valve locking and opening so as to change the upper part of the plunger piston fluid column pressure and pump pressure differential pressure principle block fixed valve leakage, improving the efficiency of the pump. In Jincheng Coal Industry Group Company Qinshui CBM Blue Flame 6 high pulverized coal well field experiments show that the device improve the pump efficiency and success rate of 100%.Keyword: tube pumps; fixed ball valve; check valve；pump efficiency0 引言在沁水蓝焰煤层气公司甘肃庆阳区块，目的煤层为中灰、低硫、低磷、高熔灰分之粉状煤。由于煤层较软暴露出一个突出的问题：在裸眼井排采中由于生产规律把握不准，排采制度调节频繁，造成煤层压力激动、煤粉迁移和沉积，井筒被煤粉堵塞。在排采初期煤粉经常堵塞固定阀，造成固定凡尔关闭不严，大幅度降低泵效，不能连续产水进而降低产水量。某些井甚至下泵后排采20min就出现此类问题，在生产过程中需要频繁检泵作业，严重加大了生产成本和管理难度。本文针对在煤粉较大井中存在的管式泵固定阀堵塞导致固定凡尔关闭不严问题，通过在地面排水管口安装单流阀，通过单流阀球阀的锁紧与打开从而改变柱塞上部液柱压力与泵内压力压差的原理阻止固定阀漏失、提高泵效。实现了煤层气井的正常排采，大大减少了修井次数，节约了生产成本。该项设计具有成本低、便于安装维护且效果良好的优点，值得在高煤粉产出井及裸眼井中推广使用。1 固定阀漏失导致不产水或间断产水的原因分析1.1不产水原因分析活塞下行：泵筒内液体受压缩的同时从固定凡尔和球座缝隙中漏失，油管中液面下降，柱塞以上液柱压力大于泵内压力，游动凡尔不能被顶开，柱塞下部的液体不能通过游动凡尔进入柱塞上部，导致柱塞上行时排出口不产水。1.2间断产水原因分析活塞下行：泵筒内液体受压缩的同时从固定凡尔和球座缝隙中漏失较小，泵内压力稍大于柱塞以上液柱压力，能够部分顶开游动凡尔，将部分液体顶入活塞上部，柱塞上部液体需要数个冲次积累才能排出井口，形成间断产水。2 安装排水口单流阀的目的 在排水管口安装单流阀目的是：为解决管式泵固定阀漏失造成的泵效降低，导致不产水或间断产水（数个冲次排水口出水一次）的问题。3 排水口单流阀结构及工作原理3.1结构排水口单流阀由球阀罩、外筒、球阀、阀座四部分组成，其中球阀停机时处于常闭状态，正常生产时由孔内液体顶开球阀实现产水。为了保证球阀处于常闭状态，故将排水口设计为铅直向上。防水帽用于防止出水口水柱喷溅。图1 排水口单流阀结构Fig.1 The structure of single-flow valve in coal bed methane wells3.2工作原理在排水管口安装单流阀后，当活塞下行时由于固定阀漏失，柱塞上部液柱压力大于泵内压力，形成压差，单流阀球阀靠压差形成的吸力及自重而关闭，阻止空气进入油管，从而改变柱塞上部液柱压力与泵内压力的压差，使泵内压力反而大于柱塞上部液柱压力，从而顶开游动凡尔使柱塞下部液体进入柱塞上部，同时由于泵内压力大于柱塞上部液柱压力促使固定阀不再漏失；当活塞上行时，游动凡尔受油管内液体压力作用而关闭，并排出活塞冲程的一段液体，顶开排水口球阀实现产水。该项装置要求井口阀门、密封盒要密封严密，否则气体从其它途径进入油管将影响产水效果 。4 现场试验目前庆阳晋煤蓝焰煤层气公司6口煤层气井均为裸眼井且煤粉产出较大。根据2011年4月至6月两个月的统计数据，6口井共修井作业13次。其中因卡泵或下泵后不产水原因修井的达10次之多。特别是下泵后由于固定阀密封不严造成的不产水后果尤其严重。由于裸眼井煤粉产出较大，往往在下泵过程中煤泥已将固定阀堵塞造成下完泵后直接不产水。通过下放光杆碰泵处理，也未能将固定凡尔座上的煤泥震落达到预期效果，直接导致重新检泵作业。如果不采取合适的处理措施，再次作业后仍会出现类似问题。QY-004井两个月中因检泵修井共6次，其中最短排采周期为8天，每次检泵时均发现固定阀上有大量沉积物（煤泥及少量砂子）。现场试验发现：在高煤粉产出井往往遇到刚完成下泵作业就出现固定凡尔关闭不严导致不产水的现象，这就需要重新检泵作业或进行碰泵处理，碰泵处理在高煤粉产出井中不易将堵在固定凡尔座上的煤泥震落，起不到预期效果。排水口单流阀装置在煤粉较大的QY-004井排采试验中取得成功，安装后能够实现正常产水，避免了大量的后期工作，节约了修井成本。 在裸眼井中，固定阀堵塞是常发性事故，QY-003、QY-006井均发生过此类事故，安装排水口单流阀后均能实现正常产水，效果良好。此外为了彻底解决管式泵卡泵、固定阀密封不严问题，还要建立合理的排采工作制度。对于一个新区块，在进行排采之前需要根据储层的参数特征进行储层产能模拟，对气水产量及其规律进行预测。然后排采强度不宜过大，把套管产气作为结束点，以阶梯降液为主，排液应连续平稳，保持液面平稳下降，严禁排量大起大落而造成生产压差上下波动，使得储层激动，吐砂、吐粉。更新使用防堵塞固定阀，也对吐砂、吐粉井的卡泵及固定阀关闭不严事故起到一定遏制作用。5 应用范围该装置适用于高煤粉产出井、由于排采工作制度不当造成的吐砂、吐煤粉井、下泵后由于固定阀堵塞造成的固定凡尔密封不严导致泵效低下的情况。6 结论排水口单流阀是针对固定阀关闭不严导致的不产水或间断产水事故而设计的一种装置。当固定阀漏失时，该装置通过安装在排水口的单流阀球阀的锁紧与打开从而改变柱塞上部液柱压力与泵内压力压差的原理，阻止固定阀漏失、实现正常产水。该装置特别适用于高煤粉产出井或裸眼井，能够以极低成本实现煤层气井的正常排采，延长了煤层气井的生产周期。相比于使用昂贵的防砂泵等特种装置，既节省了生产成