煤层气井负压排采工艺技术研究
煤层气井排采工艺技术
煤层气井排采工艺技术Ξ吕景昶ΞΞ(新星公司华北分公司开发处) 朱礼斌 张 涛(华北石油测试公司) 摘要 煤层气的排采与常规油气的产出机理不同,可以通过调节煤层水的产出控制煤层气的产出,使生产制度合理。
简述了煤层气井排采的工艺程序和其确定合理工作制度的影响因素。
主题词 煤成气 排水采气 工程设计 生产压差 煤层气是一种储存于煤层及其邻近岩层中的自生自储式为主的常规天然气。
煤层气的储集性能及力学特征与常规储层(如砂岩、碳酸盐岩)有明显的区别,从而造成开发煤层气的钻井、完井、开发等动态技术的一系列的特殊性,特别是煤层气的排采与其它方式有质的不同,所以在压裂之前就必须着手准备安装好排采设备及地面流程等设施。
煤层气井排采工艺程序1.排采前的准备工作(1)准备工作:①准备井下气砂锚、泵、抽油杆、光杆、油管,以及其它的油管短节、变丝、音标等;②准备适当型号的抽油机、井口装置、地面管线、阀门、分离器、气体及液体的计量仪表、计量箱;③准备容量合适的污水排放池。
(2)检查工作:①地面管线及井口装置是否密封无渗漏;②阀门是否灵活可靠,井口至分离器及计量仪表的阀门是否打开;③分离器上的各种装置是否灵活好用;④计量仪表是否完好。
2.排液降压在压裂后,随着泵的排液,井筒附近的地层压力会逐渐降低并使气和水向井筒方向流动,使井筒附近的含气饱和度增高。
随着油套环空压力的逐渐升高,井筒附近气体的浓度也增大,如果在此时以很高的日产气量进行投产,气和水就会高速流向井筒,同时携带大量的煤粉及砂,从而造成煤粉及砂迅速堵塞微细裂缝,严重降低煤层裂缝的导流能力,影响该层的产气量及产液量;同时,一部分煤粉及砂进入泵筒,造成煤粉及砂粒磨损泵筒或卡泵,另一部分煤粉及砂随着液体到达地面,在地面流程中堆积,堵塞管线或仪表,造成检泵和生产停止。
因此,必须严格执行管理规程和作业程序。
其作业程序为:①关闭井口环空球阀;②开机泵排地层水,使井筒液面降低;③严密检测泵的排量。
煤层气井排采理论与技术
（应力敏感伤害、气锁水锁伤害、吐粉伤害等）
2. 修井作业带来的伤害
（外来物质伤害）
3. 关井带来的伤害
（煤粉堵塞伤害、气锁水锁伤害等）
排采过程中的产层伤害与保护
排采过程中的产层伤害与保护
无因次渗透率与围压和有效压力的关系
煤层气井排采工艺
煤层气井排采工艺
单管气举井下管柱示意图 （a）开式管柱；（b）半闭式管柱；（c）闭式管柱
煤层气井排采工艺
气举过程 （a）停产时；（b）环形液面达到管鞋；（c）气体进入油管
煤层气井排采工艺
气举井内的压力及其分布 套管内的气柱静压力近似直线分布，即
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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
煤层气产出机理
经典的3D理论：
解吸—扩散—渗流
吸附态的甲烷分子的位置，从而使原呈吸附态的甲烷分子变为游离态，故 普遍存在于煤层气开采过程之中。事实上，置换解吸是“优胜劣汰的自然 法则”的具体体现。一方面，未被吸附的其他气体分子和水分子，在普遍 存在于各种原子、分子之间的范德华力作用下在不停地争取被吸附的机会， 以力图达到动态平衡状态；另一方面，气体分子的热力学性质决定了这些 被吸附的气体分子在不停地争脱范德华力束缚，变吸附态为游离态。
临储压力比为临界解吸 压力与储层压力之比， 临储压力比越大，表明 越易于排采。
煤层气井排水采气技术
2
套管
oil zone
一开 表层套管
二开
中间套管
(技术套管)
煤层气井一般都是排水 降压生产，即油管排水 套管产气。
三开 生产套管
(油层套管)
3
目录
第一章 煤层气井生产特征 第二章 国内外煤层气井排采设备研究 第三章 煤层气井排采设备分析 第四章 煤层气井排水采气方式优化设计
煤层气井排水采气技术
1
煤层气井排水采气技术
排采系排水采气的简称，即利用机械举升设备（主要就是用排采设 备下到指定煤层进行排水采气，一般有螺杆泵、管式泵、电潜泵 等），将井筒内的水举升到地面，逐步降低井底流压。随着井底流 压降低，逐渐形成压降漏斗并逐步向外扩展，进而逐步降低煤层的 储层压力，迫使吸附在煤基质孔隙内表面的煤层气被解吸，然后通 过基质孔隙的渗流和扩散到天然裂隙，煤层气再从裂隙中渗流到井 筒，从而被采出。
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第一章：煤层气井生产特征
1.2 煤层气井的采气机理
煤层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。
从煤表面解吸 通过煤基质和微孔隙扩散 通过割理系统的达西流动
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第一章：煤层气井生产1.6 我国煤层气资源的主要特点
煤层气是常规天然气的接替能源之一，开发和利用我国丰富的 煤层气资源将对我国的能源储备起到至关重要的作用。 ①资源量丰富，但在分布上既分散又集中；
中国陆上埋深2000m以浅的煤层气资源量广泛分布在不同的含 煤盆地中，其中具有优势开发潜力的资源又相对集中在华北地区的 中东部(62%)，该区既是常规气的发育盲区，又是洁净能源的消费 旺区 ②储层不均一性强烈，华北地区相对优越；
煤层气排采技术
一、煤层气排采的工艺技术
2、煤层气井排采的关键
控制井底流压、控制煤粉的产出。
压力管理 降压的连续性 产水量 产气量 套管压力
煤粉管理 及时性 可控性 设备维护 储层保护
引导地质过程
生产连续性、及时性、可控性 获得最大产量
井底流压
气量下降，地面放气阀堵塞
上涨
套压不变 地层新的裂缝开始产水
敲击放气阀，放气
先做观察，待井底流压稳定后 继续降压生产
套压下降 两相流水相大于气相
加大排水量
井底流压 不变
套压上涨 套压不变 套压下降
液位下降，抽排过快 达不到降压要求 液位上涨，抽排慢
先降转速，然后做放气操作 加大排水量，然后放气 加大排水量
一、煤层气排采的工艺技术
各阶段的生产特点及核心目标
⑤控压稳产阶段：根据单井的生产能力确定合理的产能指标进行稳定 生产。产液量和产气量相对稳定。排采控制的重点是尽可能维持排采 作业的连续性和稳定性 、不追求峰产 ，尽量控制井底流压，以延长 稳产时间，实现煤层气井产量最大化。 核心目标：控制流压在一定值，稳定产量。
套压上涨 转速过高
适当放气
井底流压 套压不变
------------------------
下降
套压下降
气量上涨，做完放气操作 气量下降，地层通道堵塞
调整排量，稳定液面 降低排量，稳定井底流压
正确的理解生产参数的变化，是实现生产过程控制的前提和基础。对 不同单井由于开发层位不同，即使同一层位的井也由于煤储层的非均 质性及工程等因素，排采过程中会出现多种情况，需做出合理判断并 及时调整，做到单井精细化管理。
煤层气井排采讲稿模板
煤层气井排采讲稿模板尊敬的评委、各位观众：大家好！我今天非常荣幸能够在这里给大家分享一下煤层气井排采的相关知识。
煤层气是一种重要的能源资源，其开发利用对于能源供应和环境保护都具有重要意义。
而煤层气井的排采工作则是煤层气开发的核心环节之一。
接下来，我将从煤层气井的排采工艺流程、技术挑战以及环境保护方面，简要介绍煤层气井排采的情况。
首先，我将介绍一下煤层气井排采的工艺流程。
煤层气井的排采主要分为三个阶段：减压采气、稳定生产和压裂增产。
其中，减压采气是煤层气井开采的初始阶段，通过减小井下压力，从而使煤层气进入井筒并顺利地流出井口。
稳定生产阶段是指井口煤层气产量达到可稳定生产的状态，这一阶段需要针对煤层气井特点进行合理的生产调整，以保证煤层气井的安全高效排采。
压裂增产阶段则是对井筒进行压裂处理，进一步提高井筒壁面煤层的渗透性，从而增加煤层气产量。
这三个阶段相互衔接，共同完成煤层气井的排采工作。
其次，我将谈谈煤层气井排采面临的技术挑战。
首先，由于煤层气储量分布范围广，储量不均匀，因此井网布置上存在一定的复杂性。
其次，煤层气井产量低、单井产气量较小，所以需要建立相应的增产技术手段，提高单井产气量，优化采气工艺。
另外，煤层气井长期开发后，井底压力下降，排采效果逐渐变差。
对此，需要研究推进与储层协同作用的采气增产新技术。
此外，煤层气井开采过程中，还需要关注地下水防治、煤层气安全排采等相关技术问题。
最后，我将强调一下煤层气井排采中的环境保护。
煤层气井排采过程中产生的附带气体对环境的影响具有一定的不确定性。
在煤层气井开采过程中，需要进行附带气体的收集利用，尽量减少大气中对人体和环境造成的污染。
此外，煤层气井的建设和运营要遵循环境保护的原则，合理规划井网布局，采取有效措施预防水土流失和地下水污染。
煤层气开采过程中，还需要监测煤层气开采对地下水的影响，确保水资源的可持续利用。
总之，煤层气井排采是煤层气开发的核心环节之一，其工艺流程、技术挑战和环境保护等方面都需要引起重视。
煤层气井排采工艺研究
１ １ 压 裂 改 造 后 支 撑 剂 返 吐 影 响 ．
由于煤 层低 渗透 的特 性 ，煤层气 的开采首 先要 对煤层 进行 压裂 改造 ，形 成气液 通 道 ，压 后裂缝 的有
效支 撑对煤 层 气 的产 出是 致关 重要 的 。同时 ，也 由于煤 层一 般埋 藏较 浅 ，人 工裂 缝 闭合压力 低 ，在排 采
煤 层 气 井 排 采 工 艺 研 究
程 百 利 （ 中石化华东石油分公司工程技术管理处， 江苏 南京２０１） １０９
［ 要 ］ 排 采是 煤 层 气 井 开 发 的 关键 技 术 之 一 。 通 过 分 析 煤 层 气 井 的 排 采 影 响 因 素 和 现 场 排 采 的 试 验 研 摘
第 ３ 第 ６期 ２卷
程 百利 ：煤层 气 井 排 采 工 艺 研 究
２ 煤 层 气 井 各 排 采 阶 段
从煤 层气 的生产过 程 可 以看 出 ，煤层 气井 从 压裂 施工 后到 见气 ，要一 段很 长 时间 的排 液期 。在煤 层
气井 排采 过程 中 ，影 响排采 的因素决 定 了对煤 层气 排采 过程 的工艺要 求 。现场 排采 研究 表 明 ，煤 层气 井
２ １ 压 裂 初 期 流 动 压 力 大 于 煤 层 压 力 期 间 的 排 采 ．
煤层 气井 压裂初 期 ，由于压 裂施 工 ，大量 的压 裂液处 于 近井地 带 ，同时压 裂后 的余 压也原始 压力 。该 期 间的排 采 ，主要是 以排 出压 裂 液 、降低 施 工余 压 效 应 为 目的 ，
究 ，介 绍 了如 何 进 行 煤 层 气 井 的 排 采 ， 给 出 了排 采 原 则 、 各 排 采 阶 段 过 程 控 制 的 方 法 ，并 结 合 实 例 进 行
煤层气排采工艺技术研究和展望
排 采 中必 须 测定 各 项排 采 参数 ， 通过 对 排采 参数 的 分 析 ， 立 排采 参 数 间 的关 系 ， 极 其 有 意义 的一 建 是 项工作 ， 它将 成 为 掌 握 排 采特 征 ， 立合 理 工 作 制 建 度 的基 础 。 同时 ， 可 以指 导 排 采 生 产 ， 现 高 产 还 实
郭 大立 ， 玉军 ， 贡 李曙光 ， 煤层 气排 采工 艺技 术研 究和 展望 ［ 西南石 油 大学学 报 ： 等 Ｊ ］ 自然科学 版 ， ０２ ３ （） ９ — ８ ２ １ ，４ ２ ： １９ Ｇ ｏ ｌ Ｇ ｎ ｕｕ ，ｉ ｈ ｇａｇｅａ． ｅｅｒｈ ｎ Ｐｏｐ ｃＡ ｏｔｈ Ｃ Ｍ Ｄ ａ ａｅ ｅｈ ｏ ｇ ［ ．ｏｒａｏ Ｓ ｕｈ ｓＰｔ ｌｕ Ｕ ｉ ｒｔ ｕ Ｄａ， ｏｇ￣ｊｎＬ Ｓ ｕｕｎ ，ｔ１Ｒ ｓａｃ ｄ ｒｓｅｔ ｂ ｕｔｅ Ｂ ｉ ａ ｒｉ ｇ Ｔｃｎｌ ｙＪ Ｊｕｎｌｆ ｏ ｔ ｔ ｅ ｏ ｍ ｎｖ ｓｙ ｎ ｏ ］ ｗｅ ｒｅ ｅｉ
文献 标 识 码 ：Ａ
煤层气排采工艺技术研究和展望 米
郭大立 ， 。 贡玉军 李曙光 ， ， 曾晓慧 ， 臻 李
１ “ 气 藏地质 及 开发工 程”国家重 点实验 室 ・ ．油 西南 石 油大学 ， 四川 成 都 ６０ ０ １５０
２ 西 南 石油大 学理 学 院 ， ． 四川 成 都 ６０ ０ １５ ０
３ 北 京大学 工 学院 能源 与资源 工程 系 ， ． 北京 海淀 １０７ ０８１ ４ 中国石 油煤 层气 有限 责任公 司勘 探开 发项 目部 ， 京 朝 阳 １０ ２ 北 ００ ８
５ 西南 石油 大学 石油工 程学 院 ， ． 四川 成都 ６ ００ １５０
摘
要 ： 煤层气勘探开发 的主要 工艺技术流程是钻井、 压裂和排 采 ， 排采是煤层 气开发 的重要环节。作为开发链条上 的
煤层气井排采工艺技术研究及其应用
片稳定、累计厚度大，以碎裂煤为主，含气量 16 m3 / t， 压力系数 0． 7 ～ 0． 9。区块总面积 17 428． 456 km2 ，龙 潭组含煤面积 9 790 km2 ，是目前中国南方面积、资 源规模最大的煤层气勘探区块。
3 个试验区均为中高煤阶煤层，且都具有煤层 变质程度高，吸附能力强，含气量高，渗透率、煤层压 力低，开采难度大的特点［2］。已完钻的煤层气探井 多采用套管完井技术，压裂后进入排采阶段。
此阶段排采控制的重点是尽可能维持排采作业的连续性稳定性和渐变性控制好井底流压以稳定生产延长稳产时间通过对排采过程的动态研究和论证优化制订了五段制的排采工作制度井排采工作制度阶段划分液面下降速度监测观察煤层压裂后的渗透能力15观察产水能力稳定降液面10稳定排采降液面防止煤粉大量产出解吸产气预期阶段注意观察套管压力液面下降速度相对稳定煤层开始有解吸气产出控制液面下降速度相对稳定关上套管阀门求取真实的煤层解吸压力控压排水煤层气开始解吸气水同时产出动液面波动较大套压逐渐上升
织金试验区块（ 含郎岱、安顺区块） 位于黔中隆 起之上完整块体（ 扬子地台） ，刚性结晶基底，且抬升 变浅，构造变形程度弱，区内煤体结构保存较好。煤 阶为高阶煤（ Ro = 3． 08 ～ 4． 19） 。煤层多且薄，但连
收稿日期： 2011 － 07 － 10； 2011 － 10 － 05 修订 作者简介： 杨怀成（ 1973—） ，硕士研究生，高级工程师，现 在中石化华东分公司采油厂从事油气管理工作。Tel： 0523 － 86667196。
根据对和顺区块 22 口排采井的调整结果，截至 2011 年 4 月，工作制度调整后解吸井的排采平均产 水量为 39． 25 m3 / 月，比和 2 井多产水 25． 01 m3 / 月， 增水效果显著，采气量大幅度提高。
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煤层气井负压排采工艺技术研究
作者：王阳
来源：《环球市场》2017年第23期
摘要：煤层气勘探开发的主要工艺技术流程是钻井、压裂和排采，排采是煤层气开发的重要环节。
根据煤层气的排采机理，实现煤层气排采定量化和自动化，对合理开发煤层气、提高煤层气藏开采规模、降低成本和优化中国能源结构具有重要意义，是十分必要和紧迫的。
关键词：煤层气；排采；机理；研究
1、排采阶段的制度
1.1套压（p）与动液面深度（H）的关系
套压（p）和动液面深度fH）都是反映储层产气时的压力参数。
杨秀春等指出二者之间呈正相关关系，并给出回归方程：p=0.0048H-0.3045。
在煤层气井的整个排采阶段，无论产气量大小，均保持这种相关关系。
曹立刚[8]等则指出套压和液面深度之间应该是指数正相关关系，其回归方程为：p=0.133+e，相关系数R=0.98。
井底压力主要取决于套压。
1 2产气量与排水量的关系
曹立刚等指出产气量与排水量之间呈正相关关系，相关系数为0.917，较为明显。
在保持井稳定不排砂和煤粉的条件下，加大排水量将提高产气量。
总体看，产气量与动液面深度为正线性相关，但是当液面深度较小时，这种线性关系几乎不存在。
造成这种现象的原因主要是套压与动液面深度存在密切正相关关系。
1.3产能模型和排采
阶段模型的建立煤层气储层准确模拟为科学生产提供了依据和保证。
通常，使用气藏储层模拟方法或利用真实气体拟压力方程和气体物质平衡方程来求得产量与时间的关系曲线，进行产量预测。
近期，郭大立提出了煤层压裂裂缝三维延伸模型和产量动态预测模型，在模型基础上研发的压裂压后评估及其产能预测模拟方法，在陕西韩城煤层气开发中应用，效果较好。
吴晓东等建立了煤层甲烷的非平衡拟稳态吸附扩散模型和产能预测模型。
而杨川东等用物质平衡法建立了煤层气井产能预测模型并进行了数值模拟。
杨永国运用灰色系统和时间序列分析方法建立了煤层气产能预测的随机动态模型。
ShiJQ，DumcanS和Babu，等建立了完全耦合岩石力学和流体流动的有限元模型。
产能预测模型还有很多，不再一一列举。
2、地面采集设备
煤层气井一般是在较低的井底压力条件下采气。
在完成人工举升排水之后，还需要一整套地面设备，包括气、水分离设备和机器增压设施等。
低压采集系统一般包括一个脱水分离器、一个压力控制器、一个水蒸气分离器、一个装有标准压力补偿器的涡轮流量计、一个泄压安全阀。
近20多年来，煤层气自动化开采迅速发展，并取得了重大成果。
美国Burlington资源公司的子公司Meridian石油公司一直致力于圣胡安盆地煤层气的开采自动化。
这套生产自动化系统由遥控器、中继线系统和计算机监控三大部分组成。
煤层气的自动化开采优点突出，能大大节省人力、物力，财力，改善井的管理条件和质量等。
以美国黑勇士和圣胡安盆地为例，一般以20口井为一组，配备一套地面加压设备和相应的管路，用以供气。
美国的煤层气开发活动日益扩大，煤层气的产量不断提高，煤层气开采配套技术更加迅速发展和完善，煤层气井开始实现遥控和连片自动化操作运行。
国内沁水气田自主开发了McWi无线宽带接入系统，具有接人带宽高、上下行带宽可调、支持非视距传输、频谱利用率高等特点，生产自动化正不断得到实现。
韩城区块的煤层气自动化软件监控调节设备运用成熟，可实现图像采集传输，实现了设备运作参数传输以及调节，并对设备进行全天候的监控，能够及时发现问题，并迅速做出调整，避免了人工巡检时不到位不及时的情况发生。
3、排采存在的问题
钻井、压裂和排采是实现煤层气产气的3个必不可少的环节，在地质条件不变的前提下，钻井、压裂效果成败的关键就在于排采。
现场施工发现，排采工作制度中组合方式不合理，煤层气井排采有过快和较慢的现象。
煤层气排采过快会导致煤层激励、吐粉吐砂严重，导致渗流通道堵塞，使一口钻井和压裂均可能很成功的井完全报废。
过快的排采制度，使低渗透煤层气井在排水采气时，井筒附近很快得到了降压，煤层气很快解吸出来。
但快速排采使井筒附近本来很低的渗透率急剧降低，一方面使煤层气井压降漏斗得不到充分扩展，另一方面由于井筒附近煤层的压密死锁，地层中后期出现压力恢复的现象，只有距井筒很小范围内的煤层气解吸出来形成了产量。
相反，渗透率很高、含水量很大的井，如果排采过于缓慢，液面无法在合理的时间内降低，因长期达不到临界解吸压力，几年不出气就导致开发商可能因采气成本高而放弃可能产量还不错的井。
所以，在快速排采条件下，煤层气井气产量在很短的时间内达到一个较高值，但有效泄压的煤层范围很小，气源有限，高产无法长久持续。
针对这种由于不合理排采造成的煤层气井产能不持续的问题，可以通过控制煤层气井排采制度的方法来解决或缓解。
结束语
实践表明，目前，国内外煤层气排水开采最常见的人工举升方法都存在有不足之处，其中有杆泵排水采气工艺在国内众多煤层气勘探开发作业中，应用效果相对较好。
以吐哈油田为例，有杆泵技术较为成熟，投资少，工艺配套技术好，维护费用相对较低。
但排量不能过高，
且需考虑气体的影响因素。
解决中国煤层气开发中存在的问题，使煤层气井获得长期持续的较高产量，需要从以下几方面着手。
1、适当控制生产压差、排采速度，调整排采组合方式，将定压排采和定产排采结合，建立合理的工作制度，这是解决问题的前提条件。
2、搞清煤层与上下地层水的动力联系，依据地下水系统的概念，建立煤层上覆及下伏地层的流体动力体系模型和流固耦合数学模型，通过数值模拟给出较为合理的煤层气逐级降压排采制度。
3、自主研发符合国情的排采软件，实现煤层气排采自动化，优化并建立适合中国煤层气井特点的煤层气排采工作制度是煤层气井开发取得突破的关键。