1、煤層氣排采技術煤層氣排采1.煤層氣生產采出特點2.排采方法3.生產井排采特征分析 力;力;力;煤層氣藏具有3 3個方面的特點:一是煤層氣在煤中的儲集是以吸附狀態附在煤的表面;二是在進行大量開采之前，必須降低平均儲層壓力;三是儲層中一般都有水，在采氣的同時，必須進行排水。由于煤層的這些特點，在從事煤層氣的開采時，涉及以下幾個方面(1)最大限度地降低井口壓力;(2)水、氣的地面分離;(3)采出氣壓縮到輸送壓力;(4)采出水的處置或處理。常規油氣生產方法用于煤層氣開采時，需要改動。 煤層氣儲層與常規天然氣藏的特性比較產出機理： 產出各階段特征：第一階段: 僅有壓降傳遞,無水氣流動階段壓降幅度比較小,

2、還不足以使煤層中的水產生流動,煤層氣無法解吸,處于靜水階段。第二階段: 飽和水單相流階段隨著壓降幅度的增大,煤層中的裂隙水開始流動, 極少量游離氣或溶解氣在裂隙系統中將處于運移狀態,此階段以飽和水單相流為表征。第三階段: 非飽和的單相流階段壓力進一步下降,一定數量煤層氣解吸出來,形成氣泡,阻礙水的流動,水的相對滲透率下降，處于非飽和單相流階段。第四階段: 氣水兩相流階段儲層壓力進一步下降,解吸氣、溶解氣、游離氣開始在裂隙系統中擴散，氣體滲透率逐漸增大，氣產量逐步增多, 水產量開始下降，直至氣泡相互連接,形成連續的流線,處于氣-水兩相流階段,但此階段水的相對滲透率大于氣體相對滲透率。第五階段:

3、水氣兩相流階段壓力進一步下降,吸附氣體的大量解吸,處于以氣為主的水-氣兩相流階段。 排采階段的劃分煤層氣井的生產排采是一個長時間排水降壓采氣過程，煤層氣單井生產年限一般為15-20年。從煤層氣井生產過程中氣、水產量的變化特征。可把生產分為三個階段早期排水降壓階段：主要產水，隨著壓力降到臨界解吸壓力以下，氣體開始解吸，并從井口產出。這一階段所需的時間取決于井點所處的構造位置、儲層特征、地層含水性、排水速度等因素，持續時間可能是幾天或數月。排采階段的劃分中期穩定生產階段：隨著排水的繼續，產氣量逐漸上升并趨于穩定，出現高峰產氣，產水量則逐漸下降。該階段持續時間的長短取決于煤層氣資源豐度（主要由煤層厚

4、度和含氣量控制），以及儲層的滲透性。 排采階段的劃分后期氣產量下降階段：當大量氣體已經采出，煤基質中解吸的氣體開始逐漸減少，盡管排水作業仍在繼續，產氣量下降，產出少量或微量水。該階段延長的時間較長，可以在10年以上。 求:排水采氣要求煤層氣排水采氣要求:排液速度快，不怕井間干擾。降低井底流壓，排水設備的吸液口一般都要求下到煤層以下。要求有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。 氣井系統梁式泵井下設備螺桿泵電潛泵排采系統動力系統設備地面排采流程發電機控制柜排液系統采氣系統 抽油桿出水管線出氣管線表層套管244.5mm氣井系統井下泵掛結構:煤層套管139.7mm水泥返高油管73mm煤層泵金屬繞絲篩管絲堵音

5、標100m動液面尾管沉砂管 73mm抽油管 回音標 管式泵 尾管 篩管 沉砂管 絲堵人工井底 氣井系統井下泵掛結構泵一般下到篩管距煤層中部深度上下420m,抽油桿出氣管線出水管線表層套管244.5mm煤層套管平均為煤層中部深度以上5.98m處。139.7mm水泥返音標100m動液面所有井煤層均全部射開。抽油機泵抽系統設備主要有： 3 型抽油機、油管73mm56mm二級整體筒管式泵、73mm油管、音標、89mm金屬繞絲篩管、管式泵柱塞、19mm抽油桿、煤層尾管沉砂管泵金屬繞絲篩絲堵人工井 25.4mm光桿、絲堵、音標等；螺桿泵泵掛系統設備主要有：驅動頭、24.5mm光桿+24.5mm抽油桿+抽油

6、桿扶正器+轉子+定子+尾管+金屬篩管+沉砂管+絲堵；電潛泵泵掛系統主要設備有：變頻器+入井電纜+電潛泵+篩管+絲堵。口+器+地面排采流程單井采氣系統：油、套環空出口+套管壓力表+支管線+火把；單井排液系統：油管出口+ 氣、水分離器+水計量表+排水管線； 工藝流程工藝流程：油管內排水的流程和油管環形空間采氣流程排水流程：水分離器深井泵抽油機抽吸水油管油管頭高壓三通油管出口線地面排液池。排氣流程：井下分離器氣水混合物油管環空環大四通高壓輸氣管線地面氣水分離器集輸裝置或火把。 排采設備簡況目前國內煤層氣井排采設備主要有：為5：CYJYCYB- TH415.：GLB300-為24101- -5001、

7、梁式泵：（有桿泵）2、螺桿泵：3、電潛泵： （理論排量為5.963.8m3/d）抽油機型號：CYJY33-1.5-6.5HB泵型號： ：CYB 56TH4.5-1.2，泵徑56 56mm（理論排量為15.250mm3/d）型號：GLB300-21（理論排量為2465m3/d ）型號： QYB101-50 500S 排采設備工作原理特點梁式泵（有桿泵）柱塞在泵筒中往復運動由泵管和柱塞組成，排水量較低、價格便宜、維護量大螺桿泵轉子在定子中轉動轉子和定子組成，價格較貴、維護小，防砂、煤粉能力強，占地面積小電潛泵電機帶動葉輪轉動排量大、揚程高、占地面積小、維護小、價格較高，防砂、煤粉能力強排采設備工作

8、原理 設備類型型號理論排量3m/d優點缺點梁式泵（有桿泵）CYJY3-1.5-6.5HB5.9-63.859638泵的價格便宜維護量大,防砂、粉能力差螺桿泵GLB300-2115.2-50維護量小、防砂、煤粉能力強換泵的價格較高電潛泵QYB101QYB101-5050-500S24-65維護量小、防砂、煤粉能力強換泵的價格較高排采設備簡況 排水采氣方法有桿泵煤層梁式泵法螺桿泵法泵(泵(梁式泵(有桿泵)螺桿泵(地面驅動)氣舉水力噴射泵氣排水采氣的方法電潛泵法氣舉法水力噴射泵法泡沫法優選管柱法 泵(梁式泵(有桿泵)有桿泵排水是由抽油機、抽油桿和抽油泵為主的有桿抽吸系統實現。國內外應用最為廣泛的有桿

9、泵設備是游梁式抽油機泵裝置 梁式泵電動機地面部分游梁式抽油機減速箱四連桿機井下部分抽油泵中間部分抽油桿懸掛在套管內油管的下端聯系地面和井下由一或幾種直徑和鋼級的抽油桿和接箍組成組成：三抽為主 + 輔助裝置 由5有桿泵主要由5部分組成，包括抽油泵抽油桿地面抽油機減速箱原動機 17.絲堵1.抽油機2.光桿卡子3.懸繩器4.光桿5.盤根盒6.取樣管7 7.油管頭密封油管與光桿環形空間的井口動密封裝置游梁式抽油機泵裝置 8.套管頭9 9.表層套管10.產層套管11.油管12.抽油桿13.抽油泵14.油管接箍15.篩管16.砂錨或氣錨 梁式泵排水采氣過程工作過程：電動機 三角皮帶傳動 減速箱三軸二級減速

10、構(四連桿機構(曲柄，連桿、橫梁和游梁)輸出的旋轉運動游梁驢頭的往復運動泵柱塞上下往復運動懸繩器上沖程光桿和抽油桿 上行下行帶動泵筒下部吸入( (固定) )閥打開泵從井中吸入水 柱塞流動閥關閉 柱塞將油管液體上舉到井口 抽油泵排出過程 柱塞上排出(游動)閥 下沖程吸入閥關閉游動閥 打開 柱塞下液體經排出閥向上排抽油泵吸入過程 減速箱 曲柄連桿 抽油桿 有桿泵排水采氣過程工作過程：電動機三軸二級減速三角皮帶傳動將旋轉運動變為懸繩器 帶動泵柱塞上下往復運動游梁上下運動 抽油減速箱在支架的前面，縮短了游梁的長度，減小了抽油機的規格尺寸，上、下沖程時間不等，從而降低了上沖程的速度和動載荷及減速箱的最大

11、扭距和需要的電機功率。 由5有桿泵主要由5部分組成，包括井下泵抽油桿地面抽油機、減速箱原動機 工作原理工作方法：將有桿深井泵下入井筒動液面以下適當深度，泵筒中的柱塞在抽油機帶動下做上下往復運動而抽汲排水，達到排水采氣目的。水產出通道：進入泵筒內的地層水從油管排出；氣產出通道：煤層氣從油管環形空間產出。 有桿泵法有桿泵在各種深度和排量下都能工作，適應性強，操作簡單。需要天然氣發動機或電動機作動力，來帶動抽油機驅動的活塞泵抽水，水由油管排出，氣靠自身能量由油套環形空間排出井筒。如果氣壓很低，進不了集輸流程，就要考慮用真空泵和壓縮機來抽吸和增壓輸送。 螺桿泵法螺桿泵是一種新型采液裝置，在美國已廣泛用

12、于淺煤層氣井排水采氣作業。螺桿泵主要工作部件是定子和轉子，定子與泵外殼連成一體并接在油管的最下端，下至井內并沉沒于被抽吸的井液中，當轉子旋轉時，即將井液和氣體從油管內舉升至地面。 螺桿泵相對較新的泵。螺桿泵是由一根旋轉桿驅動的。螺桿泵主要由地面驅動裝置、抽油桿和井下泵三部分組成。地面驅動裝置主要包括電動機和傳動齒輪。井下的關鍵部件是轉子和定子。 螺桿泵法按驅動方法分為地面驅動和井下驅動地面驅動螺桿泵需要電動機來驅動抽液桿，從而使螺桿泵工作，將井內液體排至地面，而甲烷氣由油套環形空間排出井筒。 WeatherFord公司地面驅動螺桿泵示意圖 油管電纜導流罩其中柔性軸、減速器保護器、減速器、電機下

13、保護器、電機、電機上保護器出口等部件均在導流罩里面。螺桿泵吸入口 Progressing Cavity PumpsThe Progressing Cavity Pump(PCP) is a positivedisplacement pump thatconsists of a single externalhelical rotor that rotatesRotoreccentrically inside a doubleinternal helical stator of thesame minor diameter & twicethe pitch length.StatorESPCP

14、螺桿泵法螺桿泵是一種新型采液裝置，在美國已廣泛用于淺煤層氣井排水采氣作業。螺桿泵主要工作部件是定子和轉子，定子與泵外殼連成一體并接在油管的最下端，下至井內并沉沒于被抽吸的井液中，當轉子旋轉時，即將井液和氣體從油管內舉升至地面。 螺桿泵主要工作部件是定子和轉子，定子與泵外殼連成一體并接在油管的最下端，下至井內并沉沒于被抽吸的井液中。轉子是一單外螺旋體，截面是圓形，由高強度鋼筋加工而成。定子是在一合金鋼管內襯以用耐磨蝕的彈性材料模壓而成的雙內螺旋體。泵抽作用是通過轉子在定子內的順時針旋轉產生的。當轉子旋轉時，在相隔 隔180度的范圍內將形成一連串的空穴，把流體從泵的吸入口推向地面。轉子與定子之間連

15、續的密封，使得流體能夠始終以與泵的旋轉速度和空穴體積成正比的速率向上運移。有桿泵有桿泵技術成熟, 投資少, 工藝配套技術好, 維護費用相對較低。但排量不能過高, 且需考慮氣體的影響因素。使用有桿泵對煤層氣井實施泵抽作業必須采用一種系統方法，以解決煤層氣井自身存在的固有問題。對于固體顆粒問題和氣體干擾問題必須同時予以考慮。 用,在煤層氣開采中發揮了較大作用并得到了普遍使用,但在應用中存在著操作不便利和能源消耗大的問題清理有桿泵中大量的固相顆粒，造成了停泵作業和修理，花費了大量的資金。有桿泵也不適用于斜井作業，會造成過量的磨損和抽油桿桿柱故障。 螺桿泵法有一定程度的應用,但容易造成井下事故當含氣量

16、過高時，螺桿泵將損壞。螺桿泵作業時要求液體應能擴散掉因轉子和定子之間摩擦產生的熱量。一般情況下，螺桿泵用于泵抽含有固體顆粒流體的能力要強于有桿泵，但會受到磨損，并損失容積效率（泵效）（泵的實際排量/理論排量），高壓下的CO2從而導致泵的運行故障。螺桿泵的應用一般限制在淺井中。 靜液面：關井后，環空液面緩升到一定位置穩定下來的液面。動液面：井正常生產時，井口至油套管環形空間的液面的距離。動液面可大致判斷地層能量水平、供液能力，可用來推算井底流壓，進而推算目前油藏壓力（無關井靜壓值時） 油管壓力 力tubing pressure簡稱油壓。是油氣從井底流到井口油嘴之前所剩余的壓力。由油管壓力表測得。

17、油井生產情況的變化可反映在油管壓力的變化上。套管壓力casing pressure簡稱套壓。是油套管環形空間氣柱頂部的壓力。由裝在套管閘門后面的套管壓力表測得。 產能釋放節奏控制產能釋放過程通過水平井眼實現快速降壓引導滲透率改善激發解吸解吸氣體通過由滲透率改善創造的通道流向低壓井口啟動解吸引導這個釋放過程需要精細化控制兩個重要條件幫助加快降壓過程擴大降壓范圍壓力管理液面與降壓連續性產水量產氣量套管壓力引導地質過程煤粉管理及時性可控性設備維護儲層維護生產連續性、及時性和可控性獲得設計產量 井底壓力氣水兩相流態井底壓力計算模型隨著排采的進行，當井底壓力降低到煤層氣臨界解吸壓力以下時，氣體開始解產出

18、，井口套壓開始有了讀數。此時，井底壓力由井口套壓、井筒液面至井口的氣柱重力和氣體自液面至井口的環空間中的摩阻而構成的液面壓力、井底至液面的液柱壓力組成。井口套壓可通過壓力表直接讀出pt，液面壓力(pM)可用純氣井井底壓力的計算方法求得，液柱壓力可通過產氣量相近、排水量相當，套壓和液面深度有顯著變化的兩個穩定段井底壓力相等的方法計算得 由此可得到井底壓力計算公式為： 響: 煤層氣垂直井排采傷害非連續性排采的影響煤層氣井的排采生產應連續進行, 使液面與地層壓力持續平穩的下降。如果因關井、卡泵、修井等造成排采終止, 給排采效果帶來的影響表現在:（1）地層壓力回升, 使甲烷在煤層中被重新吸附；（2）

19、裂隙容易被水再次充填，阻礙氣流；（3） 賈敏效應（4）速敏效應 賈敏效應解吸產氣后，發生長時間停抽，近井地帶地層壓力逐漸恢復，煤儲層裂隙再次被水充填，使得煤層吼道處的流動空間變小，甲烷氣體流動阻力增大，在吼道處發生“賈敏效應”，致使氣體不能順利通過吼道，阻止煤層氣繼續向井筒運移，造成供氣能力不足，產氣量下降。 賈敏效應FZP04-2在控壓產氣階段，連續發生卡泵事故，由于道路問題無法及時作業，造成近 近60天的停抽，導致儲層受到嚴重傷害。后經過多次的激動作業，消除了部分賈敏效應，氣量有所上升，單井產能已經無法完全恢復。速敏效應排采過程中，煤儲層內流體流速快，地層流體攜帶大量煤粉,發生停抽后流體流

20、速減小，煤粉原地沉淀，堵塞裂縫通道，產生“速敏效應”。“速敏效應”使儲層滲透性嚴重降低，其可致使多分支水平井產氣、產水快速下降。 FP1-1井控壓階段，最高產氣量達到1.9萬方，井底流壓0.428MPa，還有較大上升空間。由于放氣速度過快，發生連續煤粉卡泵停抽，煤灰大量沉積在滲流通道，引起了“賈敏效應”、“速敏效應”，儲層遭受嚴重傷害，煤儲層滲透率降低，產氣能力大幅下降壓,排采強度的影響：煤層氣排采需要平穩逐級降壓 抽排強度過大帶來的影響有:(1)易引起煤層激動，使裂隙產生堵塞效應,降低滲透率；(2) 影響泄流半徑(3) 吐砂(4) 煤粉產出(5) 裂縫閉合(6) 應力敏感 影響泄流半徑排采階

21、段，如果液面下降速率過快，井筒附近的流體就會以較高的速度和較大流體壓力差流向井筒，有效應力快速增加，裂縫過早閉合，煤層無法將壓力傳遞到更遠處，造成降壓漏斗得不到充分擴展，泄流半徑得不到有效延伸。只有井筒附近很小范圍內的煤層得到了有效降壓，有效排采半徑變得很小，氣井產氣量在達到高峰后，由于氣源的供應不足而急劇下降，無法長期持續生產，甚至停產. 期, 時,眼,吐砂在排采初期 如果在裂縫尚未完全閉合時 排采強度過大,導致井底壓差過大引起支撐砂子的流動,使壓裂砂返吐,影響壓裂效果。煤粉產出煤粉等顆粒的產出也可能堵塞孔眼 同時出砂、煤屑及其它磨蝕性顆粒也會影響泵效, 并對泵造成頻繁的故障, 使作業次數和費用增加。 裂縫閉合水力加砂壓裂目的是建立具有較高導流能力的主支撐裂縫，同時使煤層中的眾多微裂縫相互連通并部分支撐，在煤層中形成復雜的連通網絡體系，從而達到改善煤層的裂隙系統，提高滲透性，實現增產的效果。然而煤層在上覆靜巖壓力和構造應力作用下有壓密煤層使裂縫閉合之勢，抵抗這種閉合作用的有裂縫接觸點(或面)上的支撐劑支撐應力和裂隙流體壓力。 若排采速率過快，流體快速產出，流體壓力降低，有效應力快速增加，裂縫支撐點壓力增加，再加上煤的抗壓強度較低，將發生支撐劑顆粒鑲嵌煤層現象。閉合壓力越大，鑲嵌越強烈。煤體強度、閉合壓力、支撐劑強度都是不可改變的；要延緩裂縫閉合時間、盡可能擴大排采降壓范圍，