煤田地质与勘探

作者：张飞, 王一兵, 程璐, 梅文博, 杨琦, 申文杰, 曹超, 来鹏, 廖正凯, 鲜保安, 毕延森,

关键词：煤层气, 水平井, 捞砂工具, 管柱–水力耦合模型, 工程应用,

目的和方法煤层气水平井生产面临完井管柱沉砂堆积、管壁结垢和卡泵等问题，导致煤层气产量下降或停产，严重制约了煤层气连续稳定生产，机械捞砂方式清除井筒内煤粉和沉砂，是恢复和提高水平井煤层气产量的有效工艺技术。针对煤层气水平井机械捞砂管柱密封性差、捞砂效率低和沉砂固结等难题，优化设计并加工了爪式刮板笔尖、破砂钻头、偏心翻板和机械式旋转工具等。基于水平井机械式捞砂泵原理，将水力附加轴向力引入管柱力学模型建立了管柱−水力耦合力学模型，提出了水平井捞砂作业参数优化方法，通过工程实例分析捞砂泵单冲程往复周期对储砂管内流体流动速度和煤粉运移能力影响、翻板吸入口开放度对水力附加轴向力影响，对比分析管柱–水力耦合力学模型与常规力学模型计算管柱轴向力结果。结果和结论结果表明：(1) 爪式刮板笔尖通过结构优化提高了水平井管底沉砂破除效率，机械式旋转工具配合破砂钻头和卡簧结构解决了管壁固结沉砂破除难题，偏心翻板与球式单流阀增加了固–液两相流通过面积和密封性。(2) ø110 mm捞砂泵在单冲程往复周期60 s条件下，可运移颗粒直径不超过2.5 mm煤屑，含有少量粒径3~12 mm煤屑，能够有效运移水平井筒内堆积煤粉颗粒至储砂管内部；捞砂泵上行、下行工况下管柱轴向力比常规起下钻分别增加906.94 N、减小37.41 N，提高了捞砂作业管柱受力计算准确性。(3) 优化后的捞砂工具和工艺技术在沁水盆地10口水平井进行现场应用，单井捞砂量和单次捞砂量分别提高1.5倍、0.9倍，日均产气量和日均产水量分别增加1483.7、2.18 m3，为煤层气水平井高产稳产提供技术支撑，适用于中浅埋深煤层筛管完井和套管射孔完井的水平井及大斜度井，对推动煤层气高效开发具有重要实际意义。

来源：2025年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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