煤层气排采学习.pptx

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1、一、煤层气概念一、煤层气概念煤层气，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。瓦斯主要由高等植物经烷基化作用形成。以高等植物为主的成煤原始质料在沼泽中细菌参与下经生物降解作用形成活泥炭，泥炭经成岩作用形成褐煤，再经变质作用有机质发生热裂解形成烟煤和无烟煤。第1页/共73页一、瓦斯储层的基本特征一、瓦斯储层的基本特征 1、瓦斯储层是孔隙裂隙双重介质结构：微孔体系和大孔体系；吸附量占80-90%，游离瓦斯量占10-20%。2、瓦斯的运移方式：微孔

2、-大孔-微裂纹-裂隙-裂缝 煤体是由若干尺寸小于极限颗粒组成，在尺寸小于极限粒度的煤粒中，瓦斯流动是扩散运动，符合菲克定律。煤粒在尺寸大于极限粒度的煤粒中，瓦斯的流动是渗流运动，符合达西定律。第2页/共73页一、瓦斯储层的基本特征一、瓦斯储层的基本特征菲克定律式中：式中：qm qm 为煤基质中甲烷扩散量，为煤基质中甲烷扩散量，mm3 3/day/day；D D 为扩散系数，为扩散系数，mm2 2/day/day；为形状因子，为形状因子，mm-2-2；g g 为甲烷的密度，为甲烷的密度，t/mt/m3 3；Vm Vm 为煤基质块的体积，为煤基质块的体积，mm3 3;C(t)C(t)为煤基质中甲烷

3、的平均浓度，为煤基质中甲烷的平均浓度，mm3 3/t;/t;C(P)C(P)为基质为基质-割理边界上的平衡甲烷浓度，割理边界上的平衡甲烷浓度，mm3 3/t/t。扩散模型Fick定律第3页/共73页达西定律式中：式中：V Vl l为为l l相的渗流速度，相的渗流速度，m/sm/s；l l 为为l l相的粘滞系数，相的粘滞系数，MpaMpas s；P Pl l为为l l相的压差，相的压差，MPaMPa；L L 为渗流途径的长度，为渗流途径的长度，mm；K Kl l为为l l相的有效渗透率，相的有效渗透率，1010-3-3mm2 2；K K 为多孔介质的绝对渗透率，为多孔介质的绝对渗透率，1010

4、-3 3mm2 2；K Kr rl l为为l l相的相对渗透率，相的相对渗透率，1010-3-3mm2 2。渗流模型Darcy定律Kl=K Krl一、瓦斯储层的基本特征一、瓦斯储层的基本特征第4页/共73页3、煤储层渗透率大小受多种地质因素影响，其中地应力是最主要的因素。4、基质收缩：煤层气的产出，钻孔周围的瓦斯含量与压力下降，煤体会发生收缩变形，使得煤层中的裂缝张开，增大钻孔周围的煤层透气系数。如天府矿务局刘家沟煤矿，抽放瓦期前，瓦斯原始最高压力是4.6MPa，抽放后压力下降到0.5MPa，透气性增大到原来的60倍。一、瓦斯储层的基本特征第5页/共73页 事实上，在原地储层条件下的煤层气主要

5、呈吸附态赋存于煤层孔隙内表面被大量的等温吸附实验和煤层气开发实践所证实。煤层气赋存状态：煤层气赋存状态：二、煤层气井的采气机理二、煤层气井的采气机理第6页/共73页(1)通过将实测煤层气含量数据与等温吸附实验所获得的理论吸附量进行对比发现，绝大多数样点的煤层气吸附饱和度处于吸附欠饱和或接近吸附饱和状态，很少有吸附过饱和状态。这一事实充分证明煤层气的赋存状态以吸附为主。证据有三：煤层气赋存状态：煤层气赋存状态：二、煤层气井的采气机理二、煤层气井的采气机理第7页/共73页(2)煤层气开发实践进一步证实，煤层气以吸附为主的赋存特点。几乎所有煤层气井都是在排水降压之后才开始产气的，不具备游离气产出的特

6、征。证据有三：煤层气赋存状态：煤层气赋存状态：二、煤层气井的采气机理二、煤层气井的采气机理第8页/共73页(3)尽管煤层孔隙及裂隙中充满了水，但水溶甲烷量相对实测煤层气含量值而言是微不足道的。甲烷水溶实验表明，在通常煤储层温度、压力和矿化度条件下，每升水所能溶解的甲烷也不过0.05 3.11升。若煤层孔隙按30%（此假设值远大于实际情况）计算，每吨煤最多也只有0.25m3的水；用最大溶解度 3 L/L计算，每吨煤最多溶解甲烷只不过是0.75m3证据有三：煤层气赋存状态：煤层气赋存状态：二、煤层气井的采气机理二、煤层气井的采气机理第9页/共73页二、煤层气井的采气机理二、煤层气井的采气机理 煤层

7、气井的生产是通过抽排煤储层中的承压水，使得煤层压力降至煤的解吸压力以下，吸附态的甲烷解吸为大量游离态甲烷，并通过扩散和流动两种不同的机制运移到井筒。从煤表面解析通过煤基质和空隙扩散通过割理系统的达西流动第10页/共73页二、煤层气井的采气机理二、煤层气井的采气机理第11页/共73页煤层气井采气前,井中液面高度为地下水头高度,此时井筒与储层之间不存在压力差,地下水系统基本平衡,属于稳定流态；当煤层气井开始排采后,井筒中液面下降,井筒与煤储层之间形成压力差,地下水从压力高的地方流向压力低的地方,地下水就源源不断地流向井筒中,使得煤储层中的压力不断下降,并逐渐向远方扩展,最终在以井筒为中心的煤储层段

8、形成一个地下水头压降漏斗,随着抽水的延续该压降漏斗不断扩大和加深；当煤储层的出水量和煤层气井井口产水量相平衡时,形成稳定的压力降落漏斗,降落漏斗不再继续延伸和扩大,煤储层各点压力也就不能进一步降低，解吸停止,煤层气井采气也就终止。二、煤层气井的采气机理二、煤层气井的采气机理第12页/共73页三、煤层气产出机理三、煤层气产出机理煤层气产出的先决条件是降压解吸煤层气产出机理 排水降压解吸渗流产出排水降压与压降漏斗：煤层气井通过排水，降低了井底流压及其近井地带煤层的流体压力，从而形成漏斗型等压曲线。压降漏斗形态取决于煤层的孔隙度、渗透率、原始储层压力以及排水速度等。第13页/共73页三、煤层气井的生

9、产特征三、煤层气井的生产特征1、煤层气井的生产过程、煤层气井的生产过程 煤层气的产出过程煤层气的产出过程 根据煤层气储层流体的地下流动，可将煤层气的产出过程分为三个阶段：第一阶段：单相流阶段。随着井筒附近地层压力降低，首先只有水产出，因为压力降低较小，煤层气尚未开始解吸，井筒附近只有单相流动。第14页/共73页1 1、煤层气井的生产过程、煤层气井的生产过程 煤层气的产出过程煤层气的产出过程 第二阶段：非饱和的单相流阶段。当煤储层压力进一步下降，有一定数量的煤层气从煤基质块微孔隙表面解吸，开始形成气泡，阻碍水的流动，水的相对渗透率下降，但气体不能流动。三、煤层气井生产特征三、煤层气井生产特征第1

10、5页/共73页1 1、煤层气井的生产过程、煤层气井的生产过程煤层气的产出过程煤层气的产出过程 第三阶段：气、水两相流阶段。随着煤储层压力进一步降低，有更多的煤层气解吸出来，并扩散到煤中裂隙系统中。此时，水中含气已经达到饱和，气泡互相连接，形成连续流动，气的相对渗透率大于零。随着储层压力下降和水饱和度降低，水的相对渗透率不断减小，气的相对渗透率逐渐增大，气产量也随之增加。在这一阶段，在煤中裂隙系统中形成气、水两相达西流动。三、煤层气井生产特征三、煤层气井生产特征第16页/共73页1 1、煤层气井的生产过程、煤层气井的生产过程煤层气井生产阶段煤层气井生产阶段 煤层气井的生产排采是一个长时间排水降压

11、采气过程，煤层气单井生产年限一般为15201520年。从煤层气井生产过程中气、水产量的变化特征可把生产分为三个阶段：三、煤层气井生产特征三、煤层气井生产特征 早期排水降压阶段：主要产水，随着压力降到临界解吸压力以下，气体开始解吸，并从井口产出。这一阶段所需的时间取决于井点所处的构造位置、储层特征、地层含水性、排水速度等因素，持续时间可能是几天或数月。第17页/共73页1 1、煤层气井的生产过程、煤层气井的生产过程 煤层气井生产阶段煤层气井生产阶段 中期稳定生产阶段：随着排水的继续，产气量逐渐上升并趋于稳定，出现高峰产气，产水量则逐渐下降。该阶段持续时间的长短取决于煤层气资源丰度（主要由煤层厚度

12、和含气量控制），以及储层的渗透性。三、煤层气井生产特征三、煤层气井生产特征第18页/共73页煤层气井生产阶段煤层气井生产阶段 后期气产量下降阶段：当大量气体已经采出，煤基质中解吸的气体开始逐渐减少，尽管排水作业仍在继续，产气量下降，产出少量或微量水。该阶段延长的时间较长，可以在1010年以上。三、煤层气井生产特征三、煤层气井生产特征1 1、煤层气井的生产过程、煤层气井的生产过程第19页/共73页三、煤层气井生产特征三、煤层气井生产特征2 2、煤层气井产量的影响因素、煤层气井产量的影响因素 与煤层气开采有关的因素很多,主要有：地质因素：煤层厚度、含气量、煤的种类、煤的沉积方式和分布方式、煤层压力

13、和解吸压力等；完井方式：不同地质条件下的煤层气井完井方式不同；渗透性能：渗透率是决定煤层气单井产量的关键因素一；开采方式：主要是排采设备的选择。第20页/共73页三、煤层气井生产特征三、煤层气井生产特征3.3.影响煤层气井排采效果的主要因素影响煤层气井排采效果的主要因素 非连续性排采的影响:煤层气井的排采生产应连续进行,使液面与地层压力持续平稳的下降。如果因关井、卡泵、修井等造成排采终止,给排采效果带来的影响表现在:(1):(1)地层压力回升,使甲烷在煤层中被重新吸附；(2)(2)裂隙容易被水再次充填，阻碍气流；(3)(3)回压造成压力波及的距离受限,降压漏斗难以有效扩展，恢复排采后需要很长时

14、间排水,气产量才能上升到停排前的状态。井底流压的影响：井底流压是反映产气量渗流压力特征的参数,制定合理的排采制度和进行精细的排采控制应该以井底流压为依据。较低的井底流压,有利于增加气的解吸速度和解吸气体量。第21页/共73页三、煤层气井生产特征三、煤层气井生产特征3.3.影响煤层气井排采效果的主要因素影响煤层气井排采效果的主要因素 排采强度的影响：煤层气排采需要平稳逐级降压,抽排强度过大带来的影响有:(1):(1)易引起煤层激动，使裂隙产生堵塞效应,降低渗透率；(2)(2)降压漏斗得不到充分的扩展,只有井筒附近很小范围内的煤层得到了有效降压和少部分煤层气解吸出来，气井的供气源将受到了严重的限制

15、。(3)(3)对于常规压裂的直井在排采初期 如果在裂缝尚未完全闭合时,排采强度过大,导致井底压差过大引起支撑砂子的流动,使压裂砂返吐,影响压裂效果；(4)(4)煤粉等颗粒的产出也可能堵塞孔眼,同时出砂、煤屑及其它磨蚀性颗粒也会影响泵效,并对泵造成频繁的故障,使作业次数和费用增加。我国大多数煤层属于低含水煤层,因此抽排速度一定要按照煤层的产水潜能,进行合理排水。第22页/共73页四、排采中的伤害及伤害机理研究四、排采中的伤害及伤害机理研究9090年代初期，我国曾有一批煤层气生产试验井因排采过程中速度控制不当导致产量锐减。年代初期，我国曾有一批煤层气生产试验井因排采过程中速度控制不当导致产量锐减。

16、如如“八五八五”期间施工的大城煤层气生产试验井、期间施工的大城煤层气生产试验井、TL-006TL-006井等。产量锐减的主要原因有三：井等。产量锐减的主要原因有三：原因一，排采过快导致水产量和气产量锐减 机理：煤粉伤害、应力敏感性伤害 原因二，修井作业导致水产量和气产量锐减 机理：外来物质伤害、气锁或水锁伤害 原因三，关井停产导致水产量和气产量锐减 机理：煤粉伤害、气锁或水锁伤害根据前述的伤害及伤害机理研究结论可以确定，煤层气井排采控制的基本要素是：控制要点一：控制合理的工作压差 控制要点二：控制适度的煤粉产出速度第23页/共73页 煤层气井在长期的排采过程中,容易发生以下的问题,造成煤层气井

17、产量的下降和渗透性的降低,不利于煤层气的开发。(1)由于停抽造成煤粉堵塞。(2)煤层具有机械强度弱,脆而软,既易压性破裂又易张性破损的特性,这必然造成煤层的压力敏感性,煤层中的微孔隙、裂缝及孔隙候道受压会变的更加细微或者变形,甚至于闭合。(3)起压初期停抽时间较长或停抽比较频繁,井内液面升高,近井地带的气体停止解吸,而远端的气体并未停止解吸,气体会逐渐增大成气泡,堵塞住孔隙候道,形成气锁。四、排采中的伤害及伤害机理研究第24页/共73页 煤粉堵塞伤害 煤岩的力学性质,导致其容易破碎,天然构造变动和压裂施工过程中,煤储层受到外力作用与煤岩表面的剪切与磨损作用产生了大量的煤粉及大小不一的煤碎屑。这

18、些颗粒聚集在一起,不仅容易导致压裂过程中施工压力过高,而且在排采过程中容易造成大量煤粉悬浮,沉降聚集,阻塞先期形成的流体的运移通道。我们将煤层流体运移过程中,煤粉沉降,阻塞煤层中已经形成的运移通道的现象称为煤粉堵塞。四、排采中的伤害及伤害机理研究第25页/共73页地层气锁伤害：煤层气井见气起压初期,由于停抽时间较长或停抽比较频繁,使井内液面上升,井底流压升高。这样近井地带的甲烷气体停止解吸,而远端的气体并未停止解吸,煤基质微孔隙和微裂隙内小气泡会逐渐聚集成大气泡,在排驱压力较小的情况下大气泡无法排出微孔隙堵塞住孔隙候道,形成气锁。应力敏感伤害：煤层是对地应力非常敏感的天然储集层,煤层气开采过程

19、中由于排水降压而使煤层气井周围地层有效应力重新分布;多项研究表明,煤层渗透率是有效应力的函数。排水降压强度,直接关系到压降的传播程度和范围,压降不仅影响煤层气的解吸过程,也改造了煤储层的有效应力及渗透性指标四、排采中的伤害及伤害机理研究第26页/共73页五、煤层气井排采控制理论五、煤层气井排采控制理论有效地控制生产压差和产量液面控制 排水试气液面要逐步下降，初期每天降液速度要小，以防止井底生产压差过大，造成吐砂和煤粉。见气后要控制液面基本稳定进行观察，然后控制降液速度排采，具体的抽排强度和液面下降速度都要根据测试数据和返出液体的性质来确定。根据试气和煤粉排出状况，进行清洗煤层的作业,清洗作业必

20、须将井筒内的砂和煤粉洗净。套管压力控制 排采初期，油管出口进分离器，关套管闸门，当解吸气产出后，打开套管闸门进分离器测气。根据套压的高低决定油咀大小，防止砂、煤粉颗粒运移造成井筒附近煤层堵塞。第27页/共73页五、煤层气井排采控制理论五、煤层气井排采控制理论排采过程中井底流压的监控：通过定期监控动液面和套压实现人工监控：定期监测动液面和套压，观察压力变化规律，实现合理工作压差。通过井底压力计和自控装置实现自动监控：井底安装直读电子压力计，井口安装自动控制装置，实现实时自动监测；根据监测数据，通过智能控制实现井底流压自动控制。第28页/共73页五、煤层气井排采控制理论五、煤层气井排采控制理论排采

21、过程中煤粉的监控：排采记录要求：严格记录产气量、产水量、动液面、套压及冲程、冲次、泵效等，定期取水样测定煤粉含量，注意观察产出水的颜色。遇到产出水颜色加深，适当调整工作制度。水样采集要求：正常情况下，每周一次取一个水样，利用离心机将煤粉分离出来，用天平测定饱和水、干燥状态下的煤粉重量，换算产出水煤粉含量（mg/mL），并保存煤粉。遇到产出水颜色加深，加密取样。第29页/共73页六、煤层气井排采过程中各排采参六、煤层气井排采过程中各排采参数间关系数间关系排采中应测定的参数：排采工作应测定的参数一般为:产气量、排水量、井口套压、液面深度、系统压力、气温、水温、气体成份、水成份、固体携出物和携出量、

22、油嘴直径、抽油机特征数(如冲程、冲次、工作时间和功能图等)等。其中:系统压力和气温用于标准方气量的换算;气体成份用以确定气体质量以及判断产气层位;水成份用以确定压裂液排出情况及指示水的来源;根据固体携出物和携出量判断井的工作状况;抽油机特征数用以了解抽油机的工作效率和工作状况等等。因此参数中经常直接影响产气量的参数为排水量、井口套压和液面深度。第30页/共73页1、动液面与套压的关系 套压和液面深度都是反映储层产气时的压力参数，二者之间均呈正相关关系。整个排采过程中二者的回归方程为：P=0.0048H 0.3045，式中P 为套压,MPa；H 为动液面深度，m。a.当套压很小时，其压力有较小的

23、变化，液面深度则有较大变化，此时井底压力主要为液柱压力；b.当套压大时，液面深度变化较小，而套压变化较大，此时井底压力主要取决于套压。因此，在排采过程中，可以通过调整套压，来控制液面。六、煤层气井排采过程中各排采参六、煤层气井排采过程中各排采参数间关系数间关系第31页/共73页2、产气量与套压的关系 套压与产气量之间的关系并非简单的线性关系，排采阶段不同，二者间的关系则不同：a.在排水降压的阶段，套压与产气量之间为正相关关系；同样在这一阶段，二者之间又可以为负相关关系；b.在稳产阶段，二者之间的关系具有两重性，并非单一的线性关系，但总体呈现正相关关系。产气量与套压的关系总体趋势为套压降低，产气

24、量升高，这种关系符合流体的渗透规律。六、煤层气井排采过程中各排采参数间关系第32页/共73页3、井底压力与产气量的关系：套压和动液面之间具有相互调整的变化关系，彼此消长，二者的共同作用导致井底压力的变化，从而影响产气量的变化。因此，井底压力的变化能更好地反映产气量的变化。井底压力由套压、液面至井口的气柱重量以及气-水混合液柱压力组成。井底压力与产气量关系的在排水降压阶段，井底压力与产气量表现为明显的负相关关系；稳产阶段，二者也同样为负相关关系，即井底压力增大时，产气量降低，这种现象符合渗流定律。六、煤层气井排采过程中各排采参数间关系第33页/共73页4、产气量与液面深度的关系 产气量与液面深度

25、之间没有明显的线性相关关系，在排采的不同阶段，有不同的表现特征。4.1生产早期的排水降压阶段，随着液面降低，即液面深度变深，产气量逐渐增大；负相关；太明显相关性，4.4在稳产阶段，二者之间关系很难用一种模式概括。从整个排采过程来看，产气量与液面深度之间的关系也较为从整个排采过程来看，产气量与液面深度之间的关系也较为复杂复杂，造成这种，造成这种现象的主要原因在于现象的主要原因在于套压和液面深度之间存在正相关关系。套压和液面深度之间存在正相关关系。液面深度受套压控制，液面深度受套压控制，两者之间的这种可人为相互调整的关系，致使液面深度与产气量的关系受控于产两者之间的这种可人为相互调整的关系，致使液

26、面深度与产气量的关系受控于产气量与套压的关系气量与套压的关系六、煤层气井排采过程中各排采参数间关系第34页/共73页第35页/共73页 1、产能模拟阶段：2、排采试抽阶段:3、排采调整阶段：4、稳定降液阶段：5、产气初期阶段：6、稳定排采阶段：7、控压排水阶段：8、控压产气阶段：9、控压稳产阶段：10、生产测试阶段：11、稳定生产阶段：七、煤层气井排水采气生产的基本七、煤层气井排水采气生产的基本阶段阶段第36页/共73页1、产能模拟阶段：七、煤层气井排水采气生产的基本七、煤层气井排水采气生产的基本阶段阶段 传统理论对于所有的煤层气排采生产井在排采生传统理论对于所有的煤层气排采生产井在排采生产以

27、前都要根据生产井所处的构造位置和煤层特点，产以前都要根据生产井所处的构造位置和煤层特点，对煤层的产水、产气能力给予评估，进行初步的产能对煤层的产水、产气能力给予评估，进行初步的产能模拟，为排采生产提供技术参考。模拟，为排采生产提供技术参考。2、排采试抽阶段:由于影响煤层气井生产的因素比较多，产能模拟由于影响煤层气井生产的因素比较多，产能模拟数据与煤层的实际产能有一定的差距，因此，在排水数据与煤层的实际产能有一定的差距，因此，在排水生产的初期阶段，需要用较小的排采制度进行排采生生产的初期阶段，需要用较小的排采制度进行排采生产，在煤层中逐步建立连续的压力降、逐步启动煤层产，在煤层中逐步建立连续的压

28、力降、逐步启动煤层流体的流动。流体的流动。第37页/共73页3、排采调整阶段：排采初期阶段，由于我们对煤层认识的局限性，排采初期阶段，由于我们对煤层认识的局限性，很难迅速找到合理的排采生产制度。所以，必须由小很难迅速找到合理的排采生产制度。所以，必须由小到大地逐步调整排采生产制度，逐步达到排采降液的到大地逐步调整排采生产制度，逐步达到排采降液的设计要求。设计要求。4、稳定降液阶段：经过初期的排采生产，基本掌握了煤层的产水、经过初期的排采生产，基本掌握了煤层的产水、供水能力后，就可以确定比较合理的排采生产制度进供水能力后，就可以确定比较合理的排采生产制度进行排采生产。由于煤层的供水能力随着井底压

29、力的变行排采生产。由于煤层的供水能力随着井底压力的变化而变化，所以，稳定降液阶段还需要对排采生产制化而变化，所以，稳定降液阶段还需要对排采生产制度进行调整，不断满足稳定降液的排采要求。度进行调整，不断满足稳定降液的排采要求。七、煤层气井排水采气生产的基本七、煤层气井排水采气生产的基本阶段阶段第38页/共73页七、煤层气井排水采气生产的基本七、煤层气井排水采气生产的基本阶段阶段5、产气初期阶段：随着排采生产的连续进行，井底流动压力和煤层的压随着排采生产的连续进行，井底流动压力和煤层的压力都会逐步下降，一旦煤层的压力降到甲烷的临界解吸压力都会逐步下降，一旦煤层的压力降到甲烷的临界解吸压力时，长期吸

30、附在煤岩表面的甲烷就会脱离煤岩的吸附随力时，长期吸附在煤岩表面的甲烷就会脱离煤岩的吸附随煤层的水流进入井筒，在特殊排采管柱的作用下，煤层产煤层的水流进入井筒，在特殊排采管柱的作用下，煤层产出的甲烷气将从水中分离进入油、套管的环形空间，现场出的甲烷气将从水中分离进入油、套管的环形空间，现场生产表现为油、套管环形空间的压力上升。这个阶段是煤生产表现为油、套管环形空间的压力上升。这个阶段是煤层气井排采生产的最重要的阶段。首先，我们可以利用此层气井排采生产的最重要的阶段。首先，我们可以利用此时的井底压力确定煤层在原始条件下的临界解吸压力，求时的井底压力确定煤层在原始条件下的临界解吸压力，求解多个煤层地

31、质参数；其次，我们可以了解煤层介质在气、解多个煤层地质参数；其次，我们可以了解煤层介质在气、水双相流动的条件下水产量的变化。这个阶段煤层的供水水双相流动的条件下水产量的变化。这个阶段煤层的供水能力会有很大的起伏，排采生产制度难以很好的控制，需能力会有很大的起伏，排采生产制度难以很好的控制，需要不断地调整排采生产制度以稳定液面的波动。要不断地调整排采生产制度以稳定液面的波动。第39页/共73页七、煤层气井排水采气生产的基本七、煤层气井排水采气生产的基本阶段阶段6、稳定排采阶段：煤层的压力一旦降到甲烷的临界解吸压力以下，煤层的压力一旦降到甲烷的临界解吸压力以下，随着排采生产的连续进行，近井区域的煤

32、层甲烷就会随着排采生产的连续进行，近井区域的煤层甲烷就会连续不断地解吸，煤层介质内的流体就会由原来的单连续不断地解吸，煤层介质内的流体就会由原来的单项流变为两相流。气、水两相流体对煤屑和固相颗粒项流变为两相流。气、水两相流体对煤屑和固相颗粒的携带能力就会大大加强，同时，由于气相渗透率的的携带能力就会大大加强，同时，由于气相渗透率的逐步升高和水相渗透率的不断下降，煤层的供水能力逐步升高和水相渗透率的不断下降，煤层的供水能力也会有所下降，这时，必须控制好排水采气的速度也会有所下降，这时，必须控制好排水采气的速度（一般情况下要逐步降低排水的速度），保持井底流（一般情况下要逐步降低排水的速度），保持井

33、底流动压力和煤层的压力相对稳定，防止气、水混合流体动压力和煤层的压力相对稳定，防止气、水混合流体在煤层中流速过快，引发煤层内固相颗粒的运移，避在煤层中流速过快，引发煤层内固相颗粒的运移，避免煤层受到不必要的伤害。免煤层受到不必要的伤害。第40页/共73页七、煤层气井排水采气生产的基本七、煤层气井排水采气生产的基本阶段阶段7、控压排水阶段：随着排水采气生产的持续进行，煤层的压力不断下随着排水采气生产的持续进行，煤层的压力不断下降，煤层甲烷的解吸面积不断扩大，煤层解吸的甲烷量降，煤层甲烷的解吸面积不断扩大，煤层解吸的甲烷量逐渐增加，现场生产表现为油、套管环形空间的压力持逐渐增加，现场生产表现为油、

34、套管环形空间的压力持续上升。这时，为了继续有效地排出煤层内的游离水，续上升。这时，为了继续有效地排出煤层内的游离水，需要控制好油、套管环形空间的压力，尽量保持煤层裂需要控制好油、套管环形空间的压力，尽量保持煤层裂隙流体的压力，控制好煤层和围岩的应力差，使煤层中隙流体的压力，控制好煤层和围岩的应力差，使煤层中的游离水更顺畅、更快地从煤层的深部排出地面。的游离水更顺畅、更快地从煤层的深部排出地面。第41页/共73页七、煤层气井排水采气生产的基本七、煤层气井排水采气生产的基本阶段阶段8、控压产气阶段：根据现场的生产综合分析判断认为：煤层内的游根据现场的生产综合分析判断认为：煤层内的游离水已经被大量地

35、排出，煤层的产水量也已经基本稳离水已经被大量地排出，煤层的产水量也已经基本稳定后，可以控制套管压力进行采气生产。在此阶段，定后，可以控制套管压力进行采气生产。在此阶段，由于煤层的压力降逐步向煤层的深部扩展，煤层内更由于煤层的压力降逐步向煤层的深部扩展，煤层内更大面积的甲烷气开始解吸，煤层的供气能力逐步加强，大面积的甲烷气开始解吸，煤层的供气能力逐步加强，煤岩中的气相渗透率快速提高，水相渗透率急剧下降。煤岩中的气相渗透率快速提高，水相渗透率急剧下降。现场生产表现为煤层气井的产气量快速上升、迅速达现场生产表现为煤层气井的产气量快速上升、迅速达到一个产气峰值，而产水量快速下降。这个阶段排水到一个产气

36、峰值，而产水量快速下降。这个阶段排水采气生产的要点是：务必控制好套管的生产压力，防采气生产的要点是：务必控制好套管的生产压力，防止由于生产压差过大造成煤层伤害。止由于生产压差过大造成煤层伤害。第42页/共73页七、煤层气井排水采气生产的基本七、煤层气井排水采气生产的基本阶段阶段9、控压稳产阶段：经过一段时间的排水采气生产，煤层的压力降基经过一段时间的排水采气生产，煤层的压力降基本稳定，煤层的供气面积逐渐扩展，煤层的供气、供本稳定，煤层的供气面积逐渐扩展，煤层的供气、供水能力基本稳定，就要稳定排水采气的生产制度，保水能力基本稳定，就要稳定排水采气的生产制度，保持煤层气井的稳定生产。持煤层气井的稳

37、定生产。10、生产测试阶段：煤层气井稳定生产一段时间后，就可以根据需要煤层气井稳定生产一段时间后，就可以根据需要按照设计的生产技术方案进行生产测试。生产测试阶按照设计的生产技术方案进行生产测试。生产测试阶段的主要任务是：保持稳定的生产工作制度，取得稳段的主要任务是：保持稳定的生产工作制度，取得稳定生产工作制度条件下的稳定的气、水产量和生产压定生产工作制度条件下的稳定的气、水产量和生产压力、水样、气样、固相成分等数据。力、水样、气样、固相成分等数据。第43页/共73页七、煤层气井排水采气生产的基本七、煤层气井排水采气生产的基本阶段阶段11、稳定生产阶段：根据生产测试取得的数据和产能模拟的生产趋势

38、，根据生产测试取得的数据和产能模拟的生产趋势，按生产计划的要求对生产井进行配产生产，尽量使煤按生产计划的要求对生产井进行配产生产，尽量使煤层气生产井能够保持较长时间的稳定生产。层气生产井能够保持较长时间的稳定生产。第44页/共73页八、煤层气排采原则八、煤层气排采原则 煤层气井排采要坚持缓慢降压、连续抽排、平稳调峰、快速检泵的原则，同时控制好套流压、液面和煤粉迁移，以达到稳产期长、采收率高的目标。1、煤层解吸压力决定了煤层气井的初始产气时间。地解压差值愈小。说明煤层含气饱和度愈高。抽排中见气时间愈早、开采效果愈好。第45页/共73页 2、大多数的煤层都含水，含水煤层气井有气水同出、储层压力低、

39、固体颗粒(煤粉、压裂砂)含量高等特点。在排水采气工艺技术上有三个特殊要求：一是使进液口位于煤层以下，井筒要留足够长的砂缓和水袋；二是要有防固体颗粒危害的措施，要不间断稳定抽排，严防猛抽猛排，过分激动煤层；三是制定合理的生产制度，加强排采过程的动态管理，严禁勤换生产制度，这是排水采气工艺技术的关键环节。八、煤层气排采原则八、煤层气排采原则第46页/共73页 3、由于煤层低渗透特点，要使用压裂工艺改善煤层的渗透性。无论是排采早期尚未达到临界解析压力时的单相水流动还是达到解吸压力后的气、水两相流动，流体最终都要经过裂缝进入井筒。所以要确定合理的抽排制度，既要保证一定的抽排强度，缩短抽排时间，又要保持

40、均衡降压，防止煤粉和砂子在裂缝中的流动阻塞，影响抽排效果。因此，在抽排初期（未达到解吸压力之前）压差的控制应以保证煤粉不迁移，压裂砂不反吐，煤层气解析速度慢为原则；同时在设备和地层条件允许的情况下，应尽量加大生产压差，使液面下降速度加快，尽早排出压裂液，减少污染。八、煤层气排采原则八、煤层气排采原则第47页/共73页 4、煤层气排采要连续进行。为防止地层压力重新回升。在煤层中产生反吸附作用，煤层气排采要连续进行。排采过程中要保证液面和地层压力均衡，以液面稳定下降为原则。泵排液能力与煤层供液能力应相适应，充分利用地层能量，保证环空液面均匀缓慢下降或稳定。若排采强度过大易引起煤层激动，使煤粉及压裂

41、砂堵塞裂隙，降低渗透率，妨碍煤层整体降压，影响煤层气的开采效果。八、煤层气排采原则八、煤层气排采原则第48页/共73页 6、确定合适的油嘴、保持适当的套压。放大油嘴，套压下降。生产压差增大，产气量上升；反之，减小油嘴。套压上升，生产压差减小，产气量下降。当套压降为零时，由于空气密度大于天然气密度，空气有可能混入井中，与煤层接触发生氧化作用，形成氧化膜阻止气体解析。影响煤层渗透性。不利于煤层气产出。套压过高，不利于气体解析。八、煤层气排采原则八、煤层气排采原则第49页/共73页 7、洗井冲砂施工会对污染煤层。如何将污染减小到最小是施工的要点。煤层原始压力系数大多数都小于l。且经过一段时间的抽排后

42、。地层压力下降，压力系数更小。这样，在生产过程中的洗井或冲砂施工可能会导致大量的洗井液漏入地层、造成污染，因此检泵时尽量不要洗井。八、煤层气排采原则八、煤层气排采原则第50页/共73页九、煤层气井排采工作制度九、煤层气井排采工作制度 一般地,对一个新的地区,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,对气水产量及其产出规律进行预测,做到心中有数,然后选择适当的排采设备、制定合理的排采制度。实际上,煤层气井的产量直接受控于排采制度的调整,煤层气的排采必须适应煤储层的特点,符合煤层气的产出规律。对于不同的煤层气地质条件、储层条件以及不同的排采阶段,需要制定不同的排采制度。而合理的排采制度

43、应该是保证煤层不出现异常的砂及煤粉的前提下的最大排液量。第51页/共73页1、最大程度地控制煤粉、最大程度地控制煤粉2、精细化控制排采速度、精细化控制排采速度3、自动化录取排采信息、自动化录取排采信息采用新的排采系统的优势：采用新的排采系统的优势：-减少修井减少修井-减少排采人员及成本减少排采人员及成本-连续稳定排采连续稳定排采-气体产量及采收率最大化气体产量及采收率最大化采用的新的排采用的新的排采设备系统会采设备系统会增加一部分成增加一部分成本，但相对于本，但相对于可以获得的持可以获得的持续稳定高产来续稳定高产来说，这些增加说，这些增加的投资是微不的投资是微不足道的足道的九、煤层气井排采工作

44、制度第52页/共73页九、煤层气井排采工作制度九、煤层气井排采工作制度1.工作制度建立的原则 在已选好抽油机的情况下,确定煤层气井排采工作制度的指标是:泵挂深度、泵径、冲程、冲次。确定指标的原则是在满足排液的前提下优先考虑使用小泵径、长冲程和小冲次。其优点是:(1)可充分利用泵筒的有效长度,按比例地增加泵的排量。在地层供液能力充足的情况下,可降低液面,提高排液量,不会对设备产生影响,同时使泵筒均匀磨损。(2)可降低单位时间内的冲程次数,减少振动载荷,改善示功图形状;还可减轻抽油杆磨损,从而延长其使用寿命。(3)由于冲次减少,使得柱塞自上死点到下死点的时间增加,使煤层产出的砂及煤粉等有充分时间沉

45、降。(4)上冲程时柱塞运行速度变慢,有利于增强气、砂锚的防气和防砂效果,从而减轻泵的磨损,延长检泵周期及泵的使用寿命。第53页/共73页2、泵径的选择:泵径不同会使抽油机的悬点负荷不同。其泵径越大则悬点载荷越大,这就意味着可能要使用钢质更好或直径更大的抽油杆。因此,将可能会使整个排采系统的成本增加。3、冲程与冲次的选择:在保证排量的情况下,冲程尽可能选择抽油机的最大能力,而冲次选择410 次/分钟之间。九、煤层气井排采工作制度九、煤层气井排采工作制度第54页/共73页4、生产压差的选择:(1)初选的生产压差,要以不破坏煤层的原始状态,不使煤层的割理系统受到损害,避免造成煤层大量出砂和煤粉以及煤

46、层的坍塌为原则。(2)使泵的排液能力与煤层的供液能力相适应,充分利用地层能量,保证环空液面均匀缓慢下降或稳定。(3)套压的控制:当套压降为零时,由于空气密度大于甲烷的密度,空气有可能进入井中,与煤层接触发生氧化作用,形成薄氧膜阻止气体的解吸,不利于煤层气的产出。套压过高,不利于气体的解吸。九、煤层气井排采工作制度九、煤层气井排采工作制度第55页/共73页5、下泵深度选择:对于煤层气井,要求液面接近煤层或降到煤层以下,这样生产压差就接近地层压力:a.在排采初期,基本以排压裂液为主,产液量较大,因而,泵挂不宜过深,过深则易造成煤粉和砂卡泵;b.在排采的过程中,根据实测的动液面确定适当的生产压差,当

47、环空液面下降逐渐相对稳定的情况下,泵才能下至煤层中部以下3040 m。九、煤层气井排采工作制度九、煤层气井排采工作制度第56页/共73页十、煤层气排采动力技术十、煤层气排采动力技术 从上世纪九十年代末起，我国煤层气生产进入规模化开发阶段。在开发实践过程中，国内煤层气井口排采动力技术逐步形成以下三种形式：1、10KV输电线路380V/10KV变压器抽油机电机 2、井口燃气发动机游梁式抽油机 3、660V燃气发电机井口抽油机电机 1、国内煤层气井口排采动力技术的现状分析第57页/共73页2、未来井口排采动力技术的创新形式十、煤层气排采动力技术十、煤层气排采动力技术 随着数字变频技术不断发展，产品价

48、格大幅下降，变频器在抽油机电机调速控制方面的应用越来越普及，对提高生产效率，节能降耗、减少投资产生了极大作用。这种新型的节能技术具有非常高的电能利用率和节能效果。目前已大量应用于轧钢、纺织、造纸、船舶以及油田采油等领域。该技术具有功率因数高、智能控制、故障率低、维护量小、和减少投资等优点，为煤层气井口排采动力技术的降低投资，提高节能效益提供了创新思路。第58页/共73页 井口排采动力技术是煤层气开发技术基础的重要组成部分，它关系到采气区地面工程的建设成本、运行管理成本，甚至采气井的高产、稳产，是煤层气开发的专用技术。积极开展井口排采动力技术创新研究，是新兴的煤层气产业发展的迫切需要；煤层气产业

49、是一个社会效益巨大，经济利润空间有限的发展中新兴产业。采用用技术措施压缩投资，降低生产成本是产业发展的既定策略。3、结论十、煤层气排采动力技术十、煤层气排采动力技术第59页/共73页十一、：煤层气井排采设备分析十一、：煤层气井排采设备分析1 1、煤层气排采设备的选择、煤层气排采设备的选择 煤层气排采设备及其合理选型是保障煤层气井连续稳定排采的重要因素。因此所用的排采设备必须成熟可靠、持久耐用、节能低耗、易于维修，还要有较大范围的排液能力和控制排液、系统压力的能力以及有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。对于给定的一口煤层气井，究竟选择何种排水采气工艺应在对气井压力、产量及产水情况进行分析的基础上，地

50、面环境、井下状况、开采条件、维修管理等也是考虑的重要因素。此外，选择排采设备时，还需要考虑可靠性、设计难易、维护简便性等。而最终考虑因素是经济投入。第60页/共73页2 2、主要排采设备的工作原理和技术特点、主要排采设备的工作原理和技术特点十一、煤层气井排采设备分析十一、煤层气井排采设备分析排采设备工作原理技术特点三抽有杆泵将抽油泵下入到井筒液面以下将抽油泵下入到井筒液面以下的适当深度，泵柱塞在抽水机的适当深度，泵柱塞在抽水机的带动下，在泵筒内作上下往的带动下，在泵筒内作上下往复抽吸运动，从而达到从油管复抽吸运动，从而达到从油管内抽吸排水、降低液柱对井底内抽吸排水、降低液柱对井底的回压，从油套