管柱结构设计讲义
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（3）煤岩性质：沁南3#煤层底部软煤层发育，煤粉远 远高于原生结构煤。
常 见 问
题 煤泥堵塞油管
浦南3-6出煤粉
固定凡尔堵死
活塞拉坏
杆管设计优化过程
第一种方式（2008年以前） 采用割缝筛管或普通筛管孔 径为5~10mm，下入深度基本正 对煤层中部，筛管下连接1根沉 砂管。抽油泵的抽吸力水平作 用于煤层，造成大量煤粉进入 泵筒，易发生卡泵。
5~10米
杆。 缓解了卡泵，出现部分筛
管下部堵塞情况。
井身结构示意图
二级间隙泵 100目绕丝筛管
杆管设计优化过程
华蒲1-13-1完井井身结构示意图
第四种、 2010年9月
表层套管： 244.5mm*60.06m
回音标：200m
至11月
出煤粉多，筛管内部 堵塞的井，在筛管下 部增加了沉砂短节。
煤层井段： 709.30m-714.30m
排
采
高压射流泵（先导实验）
数控电潜管式泵等其它新式举升工艺
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
煤层气排采工艺现状
1、抽油机+管式泵
抽油机型号主要为：三、四、五、 六、八型；管式泵为二级密封，泵径以 38mm、44mm、57mm、70mm为主， 少量使用24mm、28mm、32mm、 83mm泵径。抽油杆主要使用D19mm、 D22mm、D25mm。
排采管柱结构现状及设计
提纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善 2、地面设备载荷计算
煤层气排采工艺现状
励磁电机
抽油机+管式泵
普通抽油机
永磁节能电机
有
杆
煤
排
层
采
数字化抽油机（先导实验） 一级减速（3：1）
气
螺杆泵
二级减速（9：1）
排
采
直驱驱动头
工 艺
电潜离心泵 无
杆
同心管无杆泵（先导实验）
华北油田煤层气分公司
一、煤层气排采工艺现状
3、同心管无杆排采
工作原理为通过地面高压驱动液通过中 心管驱动同心管泵的泵筒，使通过为解决油 管排采设备的杆管偏磨问题，分公司在华固 40-10井、樊试U1H、樊试U2H、郑2-053使用 同心管无杆排采设备，从整体实验效果看， 该工艺技术效果较好，目前有进一步推广实 验和使用的价值。
层砂可进入井筒
滤砂管防砂
充填滤砂 筛管和井壁之间加入充填材料，阻 挡砂粒运移
2、管式泵、筛管选择
若采用一级间隙管式泵，需选择 200目以上的筛管，易堵塞；若采用三 级间隙管式泵，漏失严重。
杆管设计优化过程
第二种方式（2008年前） 筛管改用气锚，深度位于煤层 以上5m左右，气锚下连接1根沉 砂管。气锚虽能防止气锁现象的 产生，但在动液面下降接近煤层 时，泵吸入口大量串气，严重影 响井下泵的正常工作，卡泵问题 仍未解决。
杆管设计优化过程 第三种、2008~2010年9月 以有限防砂理念为指导， 提出综合防卡泵工艺：即采用 二级间隙抽油泵+100目绕丝筛 管+吸入口深度在煤层以下 5~10米，采用无防腐漆的抽油
平衡腔
提纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善 2、地面设备载荷计算
煤灰煤粉
压裂砂
井筒固体颗粒
铁 屑
煤粒煤块
固相颗粒较多：主要是煤层产出的煤粉煤屑，也有压 裂砂和偏磨产生的铁屑。
（1）压裂液作用：压裂液及支撑剂对煤层裂缝表面的 磨蚀及冲击作用产生大量煤粉、煤屑。
（2）应力作用：排采降压，煤基质应力改变，煤岩的 弹性自调节效应导致煤粉、煤屑的产生。
1、防砂措施选择
砂拱防砂
炮眼口处形成砂拱，阻挡地层砂产出；易垮塌。
树脂胶结 ：树脂胶结地层砂
防
化学防砂
人工井壁 ：将井壁材料送到产层，形成挡砂屏障
砂
其他化学固砂法 ：制约条件多，使用不广泛
措
热力焦化
施
防砂
向油层提供热能，使原油在砂粒表 面焦化薄层 ，不适合煤层气开采
机械防砂
管柱滤砂
施工简便、成本低，地 防砂泵防砂
分公司98.1%井使用抽油机+管式 泵排采工艺。
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
一、煤层气排采工艺现状
2、螺杆泵
螺杆泵主要用于水平井排采，型号主要有：GLB40-25、GLB75-25、
GLB190-25、GLB300-25、GLB400-25。
一、煤层气排采工艺现状
4、射流泵
工作原理为从地面的高速动力液经过
水力泵后，在喷嘴与喉管之间形成负压，
发
电
由于喉管外与外管之间的夹缝与地层是连
机
6
通的，这样，地层流动就会被抽吸上来，
泵压越高流速越快，产生负压越大，对流
体抽吸力就越大，相应产量就越高。
目前分公司在郑试平3H和郑1平3H井 进行射流泵先导实验，目前郑试平3H日 产水量1方，日产气100方，煤没度75米， 郑试1平3H刚投产，日产水量3方，动液 面469米。
螺杆泵地面驱动头有3种 ：
驱动头 减速方式
减速比
电机功率（kW）
理论转速 （转/分
）
DV1
皮带一级
3:1
7.5、11、12.5、15 0-500
国产
齿轮+皮带二 级
9:1
11、15、22、30
0-300
直驱
无
无
8.4、12、15.18.22 0-200
HUABEI oilfield CBM branch company
5、数控电潜管式泵
数控电潜管式泵配套采油技术主要 由直线潜油电机、柱塞式抽油泵、潜 油电缆、电缆保护配件、地面配套控 制系统组成。目前在华固40-2、华固 40-12试验运行，效果还有待观察。
控制柜
高压 危险
油管 潜油电缆
进液口 防砂器 套管
油层
井口
泄油器
固定阀
柱塞总成 推杆 筛管 光杆
直线电机动子 直线电机定子
进入筛管的煤粒沉降落入 套管口袋，不堵塞筛管；短
598.17m-602.1体通过
筛管时不至于带进大颗粒煤
屑。
管式泵 D38mm×603.5m 压力计614m 50目筛管顶：614m 节箍：617.5m
人工井底：647.00m 完钻井深：666.00m
部分井筛管堵塞仍然
管式泵 D38mm×714.5m 80目筛管顶：724m
丝堵：727.5m
没有解决。
人工井底：756.6m
杆管设计优化过程
FZP08-1v设计井身结构示意图
第五种、2010年12月至2012 年
表层套管： 244.5mm*35.56m
对于出灰量大的井，筛管
下部设油管短节，底部开口。 洞穴段
常 见 问
题 煤泥堵塞油管
浦南3-6出煤粉
固定凡尔堵死
活塞拉坏
杆管设计优化过程
第一种方式（2008年以前） 采用割缝筛管或普通筛管孔 径为5~10mm，下入深度基本正 对煤层中部，筛管下连接1根沉 砂管。抽油泵的抽吸力水平作 用于煤层，造成大量煤粉进入 泵筒，易发生卡泵。
5~10米
杆。 缓解了卡泵，出现部分筛
管下部堵塞情况。
井身结构示意图
二级间隙泵 100目绕丝筛管
杆管设计优化过程
华蒲1-13-1完井井身结构示意图
第四种、 2010年9月
表层套管： 244.5mm*60.06m
回音标：200m
至11月
出煤粉多，筛管内部 堵塞的井，在筛管下 部增加了沉砂短节。
煤层井段： 709.30m-714.30m
排
采
高压射流泵（先导实验）
数控电潜管式泵等其它新式举升工艺
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
煤层气排采工艺现状
1、抽油机+管式泵
抽油机型号主要为：三、四、五、 六、八型；管式泵为二级密封，泵径以 38mm、44mm、57mm、70mm为主， 少量使用24mm、28mm、32mm、 83mm泵径。抽油杆主要使用D19mm、 D22mm、D25mm。
排采管柱结构现状及设计
提纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善 2、地面设备载荷计算
煤层气排采工艺现状
励磁电机
抽油机+管式泵
普通抽油机
永磁节能电机
有
杆
煤
排
层
采
数字化抽油机（先导实验） 一级减速（3：1）
气
螺杆泵
二级减速（9：1）
排
采
直驱驱动头
工 艺
电潜离心泵 无
杆
同心管无杆泵（先导实验）
华北油田煤层气分公司
一、煤层气排采工艺现状
3、同心管无杆排采
工作原理为通过地面高压驱动液通过中 心管驱动同心管泵的泵筒，使通过为解决油 管排采设备的杆管偏磨问题，分公司在华固 40-10井、樊试U1H、樊试U2H、郑2-053使用 同心管无杆排采设备，从整体实验效果看， 该工艺技术效果较好，目前有进一步推广实 验和使用的价值。
层砂可进入井筒
滤砂管防砂
充填滤砂 筛管和井壁之间加入充填材料，阻 挡砂粒运移
2、管式泵、筛管选择
若采用一级间隙管式泵，需选择 200目以上的筛管，易堵塞；若采用三 级间隙管式泵，漏失严重。
杆管设计优化过程
第二种方式（2008年前） 筛管改用气锚，深度位于煤层 以上5m左右，气锚下连接1根沉 砂管。气锚虽能防止气锁现象的 产生，但在动液面下降接近煤层 时，泵吸入口大量串气，严重影 响井下泵的正常工作，卡泵问题 仍未解决。
杆管设计优化过程 第三种、2008~2010年9月 以有限防砂理念为指导， 提出综合防卡泵工艺：即采用 二级间隙抽油泵+100目绕丝筛 管+吸入口深度在煤层以下 5~10米，采用无防腐漆的抽油
平衡腔
提纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善 2、地面设备载荷计算
煤灰煤粉
压裂砂
井筒固体颗粒
铁 屑
煤粒煤块
固相颗粒较多：主要是煤层产出的煤粉煤屑，也有压 裂砂和偏磨产生的铁屑。
（1）压裂液作用：压裂液及支撑剂对煤层裂缝表面的 磨蚀及冲击作用产生大量煤粉、煤屑。
（2）应力作用：排采降压，煤基质应力改变，煤岩的 弹性自调节效应导致煤粉、煤屑的产生。
1、防砂措施选择
砂拱防砂
炮眼口处形成砂拱，阻挡地层砂产出；易垮塌。
树脂胶结 ：树脂胶结地层砂
防
化学防砂
人工井壁 ：将井壁材料送到产层，形成挡砂屏障
砂
其他化学固砂法 ：制约条件多，使用不广泛
措
热力焦化
施
防砂
向油层提供热能，使原油在砂粒表 面焦化薄层 ，不适合煤层气开采
机械防砂
管柱滤砂
施工简便、成本低，地 防砂泵防砂
分公司98.1%井使用抽油机+管式 泵排采工艺。
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
一、煤层气排采工艺现状
2、螺杆泵
螺杆泵主要用于水平井排采，型号主要有：GLB40-25、GLB75-25、
GLB190-25、GLB300-25、GLB400-25。
一、煤层气排采工艺现状
4、射流泵
工作原理为从地面的高速动力液经过
水力泵后，在喷嘴与喉管之间形成负压，
发
电
由于喉管外与外管之间的夹缝与地层是连
机
6
通的，这样，地层流动就会被抽吸上来，
泵压越高流速越快，产生负压越大，对流
体抽吸力就越大，相应产量就越高。
目前分公司在郑试平3H和郑1平3H井 进行射流泵先导实验，目前郑试平3H日 产水量1方，日产气100方，煤没度75米， 郑试1平3H刚投产，日产水量3方，动液 面469米。
螺杆泵地面驱动头有3种 ：
驱动头 减速方式
减速比
电机功率（kW）
理论转速 （转/分
）
DV1
皮带一级
3:1
7.5、11、12.5、15 0-500
国产
齿轮+皮带二 级
9:1
11、15、22、30
0-300
直驱
无
无
8.4、12、15.18.22 0-200
HUABEI oilfield CBM branch company
5、数控电潜管式泵
数控电潜管式泵配套采油技术主要 由直线潜油电机、柱塞式抽油泵、潜 油电缆、电缆保护配件、地面配套控 制系统组成。目前在华固40-2、华固 40-12试验运行，效果还有待观察。
控制柜
高压 危险
油管 潜油电缆
进液口 防砂器 套管
油层
井口
泄油器
固定阀
柱塞总成 推杆 筛管 光杆
直线电机动子 直线电机定子
进入筛管的煤粒沉降落入 套管口袋，不堵塞筛管；短
598.17m-602.1体通过
筛管时不至于带进大颗粒煤
屑。
管式泵 D38mm×603.5m 压力计614m 50目筛管顶：614m 节箍：617.5m
人工井底：647.00m 完钻井深：666.00m
部分井筛管堵塞仍然
管式泵 D38mm×714.5m 80目筛管顶：724m
丝堵：727.5m
没有解决。
人工井底：756.6m
杆管设计优化过程
FZP08-1v设计井身结构示意图
第五种、2010年12月至2012 年
表层套管： 244.5mm*35.56m
对于出灰量大的井，筛管
下部设油管短节，底部开口。 洞穴段