煤层气井排水采气讲座-2011-08-10
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煤层气井排水采气技术
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•第一章：煤层气井生产特征
1.6 我国煤层气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源的主要特点
③高阶煤和低阶煤占主导，高阶煤可产气； 中国勘探实践表明，为美国理论所否定的高阶煤区恰恰是目前
最活跃的勘探区，并取得了产气突破。低阶煤煤层气资源在中国占 的比例最大，但按现有的理论和技术，其开发难度也大。 ④煤体结构破坏严重，低渗、低压、低饱和现象突出；
1.3 煤层气井的生产过程
1.3.2 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10 年以上。
•
•第一章：煤层气井生产特征
1.4 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
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。
•
• 随着排采的进行，围岩中压力梯度逐渐大于煤层中的压力梯 • 度，压力传递轨迹从煤层过渡到围岩中，压力将仅在围岩中 • 传递，开始排采围岩中的水，此时，煤层中压力几乎不再发 • 生变化。
开采过程之中会有煤粉卡泵、会出现煤桥造成气量下降、还会出现 烧泵现象等等，很多。
•
套管
•oil zone
•一开
•表层套 管
•二开
•中间套 管
•(技术套管 )
•三开
•生产套 管
•(油层套管 )
•煤层气井一般都是排 水降压生产，即油管排 水套管产气。
•
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
•第一章：煤层气井生产特征
1.6 我国煤层气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源的主要特点
③高阶煤和低阶煤占主导，高阶煤可产气； 中国勘探实践表明，为美国理论所否定的高阶煤区恰恰是目前
最活跃的勘探区，并取得了产气突破。低阶煤煤层气资源在中国占 的比例最大，但按现有的理论和技术，其开发难度也大。 ④煤体结构破坏严重，低渗、低压、低饱和现象突出；
1.3 煤层气井的生产过程
1.3.2 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10 年以上。
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•第一章：煤层气井生产特征
1.4 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
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。
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• 随着排采的进行，围岩中压力梯度逐渐大于煤层中的压力梯 • 度，压力传递轨迹从煤层过渡到围岩中，压力将仅在围岩中 • 传递，开始排采围岩中的水，此时，煤层中压力几乎不再发 • 生变化。
开采过程之中会有煤粉卡泵、会出现煤桥造成气量下降、还会出现 烧泵现象等等，很多。
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套管
•oil zone
•一开
•表层套 管
•二开
•中间套 管
•(技术套管 )
•三开
•生产套 管
•(油层套管 )
•煤层气井一般都是排 水降压生产，即油管排 水套管产气。
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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
煤层气排采技术讲课文档
3．煤储层渗透性
煤储层的渗透率直接决定了孔—裂隙系统中流
体流动的快慢。当渗透率大时，在同样的排采
时间内，流量大，若补给水的能力相同，则压
力传递快；反之则亦然。
第十四页，共71页。
煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素
4．含水层
若含水层与煤储层水动力联系较强时，储层的供 液能力增强，排采难度增大；若含水层与煤储层
维护量小、 15.2-50 防砂、
煤粉能力强
换泵的价 格
较高
电潜泵
QYB101Q YB101-5050-500S
24-65
维护量小、 防砂、
煤粉能力强
换泵的价 格
较高
第二十五页，共71页。
排水采气方法
梁式泵法
煤 螺杆泵法 有杆泵
层
气 电潜泵法
排
水 气举法
采 水力喷射泵法 气 的 泡沫法 方
法 优选管柱法
产出机理：
第五页，共71页。
பைடு நூலகம் 产出各阶段特征：
第一阶段: 仅有压降传递,无水气流动阶段 压降幅度比较小,还不足以使煤层中的水产生流动,煤 层气无法解吸,处于静水阶段。
第二阶段: 饱和水单相流阶段
随着压降幅度的增大,煤层中的裂隙水开始流动, 极 少量游离气或溶解气在裂隙系统中将处于运移状态, 此阶段以饱和水单相流为表征。
若煤层富水性弱，则需根据围岩与煤层的连通状 况及围岩的含水性而定。煤层含水性影响煤储层
压力传递，但其影响程度需与其他条件综合考虑。
第十三页，共71页。
煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素
2．煤储层边界
煤储层边界是指煤层的不连续界面，可以是断层， 也可以是尖灭带或其他边界。它决定了在煤层气
煤储层的渗透率直接决定了孔—裂隙系统中流
体流动的快慢。当渗透率大时，在同样的排采
时间内，流量大，若补给水的能力相同，则压
力传递快；反之则亦然。
第十四页，共71页。
煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素
4．含水层
若含水层与煤储层水动力联系较强时，储层的供 液能力增强，排采难度增大；若含水层与煤储层
维护量小、 15.2-50 防砂、
煤粉能力强
换泵的价 格
较高
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维护量小、 防砂、
煤粉能力强
换泵的价 格
较高
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排水采气方法
梁式泵法
煤 螺杆泵法 有杆泵
层
气 电潜泵法
排
水 气举法
采 水力喷射泵法 气 的 泡沫法 方
法 优选管柱法
产出机理：
第五页，共71页。
பைடு நூலகம் 产出各阶段特征：
第一阶段: 仅有压降传递,无水气流动阶段 压降幅度比较小,还不足以使煤层中的水产生流动,煤 层气无法解吸,处于静水阶段。
第二阶段: 饱和水单相流阶段
随着压降幅度的增大,煤层中的裂隙水开始流动, 极 少量游离气或溶解气在裂隙系统中将处于运移状态, 此阶段以饱和水单相流为表征。
若煤层富水性弱，则需根据围岩与煤层的连通状 况及围岩的含水性而定。煤层含水性影响煤储层
压力传递，但其影响程度需与其他条件综合考虑。
第十三页，共71页。
煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素
2．煤储层边界
煤储层边界是指煤层的不连续界面，可以是断层， 也可以是尖灭带或其他边界。它决定了在煤层气
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。
煤层气井排水采气技术共80页PPT
煤层气井排水采气技术
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
煤层气井油管产水产气工艺排采开发与实践
煤层气井油管产水产气工艺排采开发与实践李浩;陈召英【摘要】目前煤层气井一般采用油管排水,环空产气的排采工艺,普遍存在井口漏气现象.煤层气井井口漏气不仅给正常生产带来安全隐患,造成气井供气量的普遍下降,而且对环境不利.如果能够对煤层气井泄漏气进行有效回收或封堵,不仅能够大大消除煤层气井场的安全隐患,增加煤层气井的单井供气量,还能积极响应国家环境保护号召,从而提高企业的生产质量和效益,因此防漏堵漏是煤层气生产过程中的一个重要课题.经过现场调研发现,煤层气井漏气现象主要发生在井口盘根盒和排水口两个部位,遇明火可以燃烧,单并漏气量多的可达80m3/d～200m3/d.为有效遏制煤层气井口气泄漏,提高气井产量,研究探索改变现有的常规排采工艺,尝试油管产水产气地面再对水气进行分离的排采工艺.【期刊名称】《山西化工》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】3页(P98-100)【关键词】排采工艺;井口漏气;气体回收封堵;油管产水产气【作者】李浩;陈召英【作者单位】山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西晋城048000;晋煤集团,山西晋城048000【正文语种】中文【中图分类】TE37引言目前常用的排水采气工艺技术主要有气举、有杆泵排水采气技术、螺杆泵排水采气技术、电潜泵排水采气技术、射流泵排水采气技术等，各工艺的适用性及发展趋势简介如下。
气举排水采气工艺结构简单，基本不受固体颗粒影响，排液量大，适用于大斜度井等复杂井型，缺点是系统效率较低，工艺成本相对较高。
适用于煤粉多、产液量大的初期排采阶段。
有杆泵排水采气工艺发展时间最长，技术比较成熟，运用最为广泛。
其投资和运行成本较低，缺点是煤层在不同的生产阶段出液量不同，有杆抽油泵系统不能满足地层出液量的急剧变化，容易造成排采制度调整不及时，影响煤层气产能发挥。
螺杆泵排水采气工艺设备结构简单、体积小、受气体及固体颗粒影响小，系统效率高，缺点是定子寿命短、易磨损、对井斜度要求高。
煤层气井排水采气技术
第一章：煤层气井生产特征
1.1 煤层气的概念
煤层气又称煤层甲烷气，煤炭工业称之为煤层瓦斯，是在成 煤过程中形成并赋存于煤层中的一种非常规的天然气。这种天然 气大部分（70%-90%）以吸附状态赋存在煤岩基质中，少量成游离 状态存在于煤的割理和其它孔隙、裂隙中，还有少许溶解在煤层 水中。
煤的吸附性导致煤层气成藏机制和开发技术与常井的生产过程
1.3.2 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 要由煤层厚度和含气量控制）， 以及储层的渗透性。
第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
1.3.1 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。
第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
1.3.1 煤层气的产出过程
第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
1.3.1 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。
第一章：煤层气井生产特征
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。
随着排采的进行，围岩中压力梯度逐渐大于煤层中的压力梯 度，压力传递轨迹从煤层过渡到围岩中，压力将仅在围岩中 传递，开始排采围岩中的水，此时，煤层中压力几乎不再发 生变化。
煤层气井排采理论与技术
煤层气产出机理
解吸动力学特征及解吸类型：
（3）扩散解吸 根据分子扩散理论，只要有浓度差存在，就有分子扩散运动，这是气
体分子热力学性质所决定的。研究表明，甲烷气体分子在煤的孔隙内表面 得以高度富集，这就与孔隙、裂隙内的流体构成了高梯度的浓度差，这种 浓度差迫使甲烷分子扩散，从而造成非常规解吸。基于扩散的普遍存在性， 因此扩散解吸也是煤层气开采过程中煤层气解吸的重要的一种作用类型。 鉴于扩散解吸的实质是由于浓度差造成的扩散而导致的“解吸”，因此这 种扩散的本身是偶于“解吸作用”之中的，是解吸作用与扩散作用的耦合。 从解吸的角度，称之为“扩散解吸”。
有杆泵 1～100
500 <3000 4420 一般 一般 较好 较好 较大
2 适宜 一般 适宜
电潜泵 80～700
1400 <2000 2500 适宜 适宜 一般 不适宜
大 1.5 适宜 不适宜 适宜
水力泵 30～600
1245 <3500 5486 适宜 适宜 一般 一般 容易 0.5 适宜 不适宜 适宜
煤层气产出机理
区域压力降、井间干扰与产气特征：
95年 1月，9口 95年 7月，7口，共16 口95年12月，5口，共21口 96年5月，10口，共31口 96年10月，10口，共41口 97年 1月，12口，共53口
井网排采有利于提高煤层气产量
拉顿盆地井网排采增 加煤层气产量的成功实例
排采过程中的产层伤害与保护
在煤层气开采过程中，随着排水降压，煤层中流体的压力将逐步降低，煤层气 开始解吸时刻对应的压力则被称之为“煤层气临界解吸压力”，一般用MPa表示。 临界解吸压力是评价煤层气可采性的重要指标。
理论吸附量
实测气含量
排采培训
排采培训-井下设备简介
5）回音标：
测动液面的标深工 具，其直径以遮住环形 空间的50%-70%为准。
6）筛管：
筛管是目前最常用 的工具，井液通过筛管 微孔流入抽油泵。排液 时常有压裂砂排出，目 前常用筛管进行防砂。
排采培训-井下设备简介
7）沉砂管和尾管
沉砂管：进入筛管压裂砂、煤粉沉落空间 ，防止堵塞抽油泵和筛管。 尾管：提高泵效，保护泵。 8）丝堵：封闭油管底部，防止砂、粉直接进 入泵筒。
刹车不 灵 驴头工 作不正 常
l、刹车片未调好。2、刹车片 l、调整刹车片间隙。2、更换 磨损。3、刹车片或刹车毂油污。 刹车片。3、擦干油污。 l、钢丝绳缺油发干。2、抽油 机不平衡。 1、减速器超载运行。2、抽油 机不平衡。3、润滑油牌号不符 合说明书规定油品。。4、油品 变质。5、齿轮齿面磨损或制造 质量不良。 1、给钢丝绳涂油。2、更换钢 丝绳 1、按规范要求运转。 2、调整平衡状况。3、按规定 油品加油。4、排干润滑油，洗 净并更换油品。5、将减速器送 厂大修或更换零件。
斜 井 泵 工 作 原 理 视 频
排采培训-井下设备简介
2）抽油管
通过井口油管挂 （萝卜头），连接井 下泵及其组合，将储 层水抽排到地面的排 水设备。 种类：目前采用平式油 管或外加厚油管。 型号：保德区块采用 φ73mm和φ89mm抽 油管。
排采培训-井下设备简介 3） 光杆：是抽油机上部一根特殊的抽油杆，主要
齿面损 坏
点蚀严重
排采培训-排采设备简介
抽油机可能出现的故障及排除方法：
故障性 质 连杆拉 断
征 象 拉断前连 杆可能发 生震动 发生周期 性急剧跳 动
故 障 原 因 l、连杆销被卡住。2、曲柄销 上担负的不平衡力太大。3、连 杆上下接头焊接质量。 l、曲柄键压碎。2、曲柄与被 动轴连接松驰。3、轴上键槽损 坏。
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编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.5 产气初期阶段：
随着排采生产的持续进行，井底流动压力和煤层的压力都 会逐步下降，当煤层的压力降到甲烷的临界解吸压力时，吸附 在煤岩表面的甲烷就会脱离煤岩的吸附随煤层水进入煤层裂 隙，依靠特殊排采管柱的作用，煤层产出的甲烷气将从水中分 离进入油、套管环形空间，现场生产表现为油、套管环形空间 的压力上升。这个阶段是煤层气井排采生产最重要的阶段。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，求解多个煤层地质参数；还可以了解煤层在气、水双相 流动的条件下水产量的变化。这个阶段煤层的供水能力会有很 大的起伏，排采生产制度难以控制，需要不断地调整排采生产 制度以稳定液面的波动，有效控制井底流动压力。
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气的基本原理
煤层瓦斯赋存机理
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气的基本原理
m3/t
V=
20
VB
VmP PL+P
煤A－过饱和 煤B－饱和
VC
10
煤C－未饱和
C可采气量
B 可采气量
P=12MPa 0
0
5
10
P,MPa
残存压力
临界解吸压力
原始地层压力
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气的基本原理
的产量将逐步上升和稳定。
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气生产的基本原理
1.2 两种生产井生产机理
1.2.1 多分支水平井生产机理
平
衡
或
欠打
平破
衡 钻
平 衡
井
煤
层
应排
力水
变 化
降 压
孔
眼
局剪
部 形
切 变 化
变
产 生裂 多缝 裂连 缝通
渗 透 率促 提进 高
压 力 传 导
压 降 面 积 增 大
产 能 提 高
表1 多分支水平井和竖直压裂井生产机理对比表
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.1 产能模拟阶段：
2.2 排采试抽阶段:
2.3 排采调整阶段： 2.4 稳定降液阶段：
2.5 产气初期阶段： 2.6 稳定排采阶段：
2.7 控压排水阶段： 2.8 控压产气阶段：
2.9 控压稳产阶段： 2.10 生产测试阶段：
编撰：李玉魁阶段：
根据现场综合分析判断，当煤层内的游离水已经被大量地 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，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，煤岩中的气相组分不断增加，气相渗透率快速提高， 水相渗透率急剧下降。现场生产表现为套管压力快速上升、产 气量也会迅速上升，而产水量会快速下降。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，防止由于生产压 差过大造成煤层伤害。
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气生产的基本原理
1.2 两种生产井生产机理
1.2.2 竖直压裂井生产机理
完井方式 理论基础
增产措施
增产原理
多分支 水平井
应力释放
营造多条多方向 长距离小洞穴
增加煤层裸露面积、降低煤层 表皮效应、促进煤层裂隙连通
竖直 压裂井
裂缝导流
聚能射孔连通 与煤层裂缝沟通
压裂形成裂缝，煤层中多裂缝 相互连通并部分支撑形成连通网络
1、煤层气井排水采气的基本原理
1.1 排水采气基本原理 1.2 两种生产井排采机理的区别
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气的基本原理
1、1 基本生产原理
煤层甲烷以吸附、溶解、游离等三种状态储存于煤层或煤系地层之中，它 是一种非常规的天然气。在原始地层条件下，煤层孔隙、裂隙中的流体处于一 种相对稳定的平衡状态。
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.7 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续上升。这时，为了 继续有效地排出煤层内的压裂液和游离水，需要控制好油、套 管环形空间的压力，尽量保持煤层裂隙流体一定的压力，控制 好煤层裂隙和围岩的应力差，使煤层中的游离水更顺畅、更多 地从煤层的深部排出地面，为后期的采气做准备。
竖直压裂井是指进行过水力加砂压裂的煤层气井。这类井一般是从近垂直煤 层层面方向钻穿煤层，利用射孔方式连通煤层与井眼，部分井采取完全裸眼或筛 管内衬裸眼的方式完井，使煤层直接与生产井眼连通。竖直井无论采取那种工艺 完井，其生产井眼与煤层的有效连通面积总是有限的，煤层深部的原始渗透性基 本没有改变。为了使这类井获得比较高的产能，对煤层进行水力加砂压裂改造是 最常用的也是最主要的方法。
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.11 稳定生产阶段：
根据产能测试取得的生产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，配产产量要科学合理，尽 量使煤层气生产井能够保持较长时间的稳定生产。
编撰：李玉魁
3、影响排水采气生产的主要因素
3.1 排水采气生产过程中煤层应力的变化 3.2 排水采气生产过程中煤岩结构的变化 3.3 排水采气生产过程中气、水相渗透率的变化 3.4 生产流体的流速对煤层渗透率的影响 3.5 外来流体对煤层渗透率的影响 3.6 煤层产状和构造位置对生产井的影响 3.7 多煤层组井层间干扰对生产井的影响
在连续不断的排水降压过程中，煤层裸眼段的流体被连续不断地排出，导致煤
层裸眼段的压力不断下降，围岩的应力不断地朝向煤层的裸眼段释放，煤层内的
地应力不断地重新分布，使煤层的内部结构不断地发生变化，有效地促进煤层裂
隙的相互连通，进一步改善和提高煤层的渗透性。随着煤层压力的不断下降，煤
层渗透性的不断改善，在一定时期内，随着排水采气生产的连续进行，煤层气井
煤层水力加砂压裂是利用增应力的方法对煤层实施的一种进攻性措施。它是 利用强大的水动力对煤层实施强行注水，当煤层的注水压力超过煤岩的抗压强度 时，煤层中的微裂缝被压开并在横向上和纵向上得到延伸。由于煤岩与其上下围 岩的岩石力学性质有较大的差异，一般情况下裂缝被限制在煤层范围内，压开的 主裂缝沿最大水平主应力方向在煤层中延伸，动态裂缝的单向延伸距离可达到 130米以上。为了保持裂缝的导流能力，在压裂施工中需要在裂缝中充填特殊要 求的支撑剂。水力加砂压裂的结果是：在煤层中建立了一条具有较高导流能力的 主支撑裂缝，同时使煤层中的众多微裂缝相互连通并部分支撑，在煤层中形成复 杂的连通网络，从而达到提高煤层渗透性，达到增产的效果。由于压裂是对煤层 采用的增应力，在压裂裂缝的扩展、连通和支撑过程中，压裂液对煤岩本体是一 种强的挤压作用，它会导致煤岩的弹性或朔性变形，给以后的裂缝闭合提供能量 基础，所以，压裂井的早期排采生产管理非常重要。
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.6 稳定排采阶段：
当煤层压力降到甲烷的临界解吸压力以下后，随着排采生 产的持续进行，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相流变为两相流。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。由于气相渗 透率的逐步升高和水相渗透率的不断下降，煤层的供水能力也 会有所下降，这时，必须控制好排水采气的强度（一般情况下 要逐步降低排水的速度），保持井底流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，避免煤层受到伤害。
1、1 基本生产原理示意图
煤
储
层 中 的
排 水
甲
烷
气
体
地
应
力
、
临煤
原
界层
生
解压
结
吸力
构
压降
、
力到
渗
透
率
变
化
图1
煤
扩
储
浓压
散
层
度
运
甲
差差
移
烷
到
解
裂
吸
缝
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气生产的基本原理
1.2 两种生产井生产机理
1.2.1 多分支水平井生产机理
多分支水平井是从钻井方面改善煤层原始应力分布和煤层原始结构状态，提高 煤层渗透性的有效方法。在钻井过程中，从煤层中排出大量的煤屑，最后又采取 完全裸眼的方式完井，相当于在煤层中营造了多条长距离的小洞穴，极大地增加 了煤层的裸露面积，扩展了煤层流体的泄流面积，最大限度地降低了煤层的表皮 效应，对后期的排水采气生产起到至关重要的作用。
煤层气井排水采气 生产机理认识 与生产控制原则
北京九尊能源李玉魁
2011年8月10日
内容提要
1、煤层气井排水采气的基本原理 2、煤层气井排水采气的基本阶段 3、影响排水采气生的主要因素分析 4、排水采气对井底流动压力的控制原则 5、煤层气井排水采气的一般规律 6、对煤层气井排水采气工艺的认识
编撰：李玉魁
2.11 稳定生产阶段：
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.1 产能模拟阶段：
对于所有的煤层气生产井，在排采生产以前，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，进行初步的产能模拟，为排采生产提供技术参考。
2.2 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产，在煤层中逐步建立连续 的压力降、逐步启动煤层流体的流动。
水平井眼钻井过程中，钻井液的水动力作用和钻头的机械破碎作用都会对煤层
的结构产生破坏，煤层的原地应力只有重新分布才能适应新的环境。裸眼完井又 给煤层的原地应力重新分布提供了空间。在原地应力重新分布过程中，煤层的原 生结构和次生结构都将发生变化，由于煤层主要受减应力作用的影响，所以煤层 中的裂隙以张开为主，因此，多分支水平井钻井和完井的复合作用使煤层的渗透 性得到一定程度的提高。完井作业结束后，煤层的地应力重新分布并没有结束， 随后的排水采气生产使煤层的地应力重新分布继续进行。
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.5 产气初期阶段：
随着排采生产的持续进行，井底流动压力和煤层的压力都 会逐步下降，当煤层的压力降到甲烷的临界解吸压力时，吸附 在煤岩表面的甲烷就会脱离煤岩的吸附随煤层水进入煤层裂 隙，依靠特殊排采管柱的作用，煤层产出的甲烷气将从水中分 离进入油、套管环形空间，现场生产表现为油、套管环形空间 的压力上升。这个阶段是煤层气井排采生产最重要的阶段。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，求解多个煤层地质参数；还可以了解煤层在气、水双相 流动的条件下水产量的变化。这个阶段煤层的供水能力会有很 大的起伏，排采生产制度难以控制，需要不断地调整排采生产 制度以稳定液面的波动，有效控制井底流动压力。
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气的基本原理
煤层瓦斯赋存机理
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气的基本原理
m3/t
V=
20
VB
VmP PL+P
煤A－过饱和 煤B－饱和
VC
10
煤C－未饱和
C可采气量
B 可采气量
P=12MPa 0
0
5
10
P,MPa
残存压力
临界解吸压力
原始地层压力
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气的基本原理
的产量将逐步上升和稳定。
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气生产的基本原理
1.2 两种生产井生产机理
1.2.1 多分支水平井生产机理
平
衡
或
欠打
平破
衡 钻
平 衡
井
煤
层
应排
力水
变 化
降 压
孔
眼
局剪
部 形
切 变 化
变
产 生裂 多缝 裂连 缝通
渗 透 率促 提进 高
压 力 传 导
压 降 面 积 增 大
产 能 提 高
表1 多分支水平井和竖直压裂井生产机理对比表
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.1 产能模拟阶段：
2.2 排采试抽阶段:
2.3 排采调整阶段： 2.4 稳定降液阶段：
2.5 产气初期阶段： 2.6 稳定排采阶段：
2.7 控压排水阶段： 2.8 控压产气阶段：
2.9 控压稳产阶段： 2.10 生产测试阶段：
编撰：李玉魁阶段：
根据现场综合分析判断，当煤层内的游离水已经被大量地 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，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，煤岩中的气相组分不断增加，气相渗透率快速提高， 水相渗透率急剧下降。现场生产表现为套管压力快速上升、产 气量也会迅速上升，而产水量会快速下降。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，防止由于生产压 差过大造成煤层伤害。
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气生产的基本原理
1.2 两种生产井生产机理
1.2.2 竖直压裂井生产机理
完井方式 理论基础
增产措施
增产原理
多分支 水平井
应力释放
营造多条多方向 长距离小洞穴
增加煤层裸露面积、降低煤层 表皮效应、促进煤层裂隙连通
竖直 压裂井
裂缝导流
聚能射孔连通 与煤层裂缝沟通
压裂形成裂缝，煤层中多裂缝 相互连通并部分支撑形成连通网络
1、煤层气井排水采气的基本原理
1.1 排水采气基本原理 1.2 两种生产井排采机理的区别
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气的基本原理
1、1 基本生产原理
煤层甲烷以吸附、溶解、游离等三种状态储存于煤层或煤系地层之中，它 是一种非常规的天然气。在原始地层条件下，煤层孔隙、裂隙中的流体处于一 种相对稳定的平衡状态。
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.7 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续上升。这时，为了 继续有效地排出煤层内的压裂液和游离水，需要控制好油、套 管环形空间的压力，尽量保持煤层裂隙流体一定的压力，控制 好煤层裂隙和围岩的应力差，使煤层中的游离水更顺畅、更多 地从煤层的深部排出地面，为后期的采气做准备。
竖直压裂井是指进行过水力加砂压裂的煤层气井。这类井一般是从近垂直煤 层层面方向钻穿煤层，利用射孔方式连通煤层与井眼，部分井采取完全裸眼或筛 管内衬裸眼的方式完井，使煤层直接与生产井眼连通。竖直井无论采取那种工艺 完井，其生产井眼与煤层的有效连通面积总是有限的，煤层深部的原始渗透性基 本没有改变。为了使这类井获得比较高的产能，对煤层进行水力加砂压裂改造是 最常用的也是最主要的方法。
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.11 稳定生产阶段：
根据产能测试取得的生产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，配产产量要科学合理，尽 量使煤层气生产井能够保持较长时间的稳定生产。
编撰：李玉魁
3、影响排水采气生产的主要因素
3.1 排水采气生产过程中煤层应力的变化 3.2 排水采气生产过程中煤岩结构的变化 3.3 排水采气生产过程中气、水相渗透率的变化 3.4 生产流体的流速对煤层渗透率的影响 3.5 外来流体对煤层渗透率的影响 3.6 煤层产状和构造位置对生产井的影响 3.7 多煤层组井层间干扰对生产井的影响
在连续不断的排水降压过程中，煤层裸眼段的流体被连续不断地排出，导致煤
层裸眼段的压力不断下降，围岩的应力不断地朝向煤层的裸眼段释放，煤层内的
地应力不断地重新分布，使煤层的内部结构不断地发生变化，有效地促进煤层裂
隙的相互连通，进一步改善和提高煤层的渗透性。随着煤层压力的不断下降，煤
层渗透性的不断改善，在一定时期内，随着排水采气生产的连续进行，煤层气井
煤层水力加砂压裂是利用增应力的方法对煤层实施的一种进攻性措施。它是 利用强大的水动力对煤层实施强行注水，当煤层的注水压力超过煤岩的抗压强度 时，煤层中的微裂缝被压开并在横向上和纵向上得到延伸。由于煤岩与其上下围 岩的岩石力学性质有较大的差异，一般情况下裂缝被限制在煤层范围内，压开的 主裂缝沿最大水平主应力方向在煤层中延伸，动态裂缝的单向延伸距离可达到 130米以上。为了保持裂缝的导流能力，在压裂施工中需要在裂缝中充填特殊要 求的支撑剂。水力加砂压裂的结果是：在煤层中建立了一条具有较高导流能力的 主支撑裂缝，同时使煤层中的众多微裂缝相互连通并部分支撑，在煤层中形成复 杂的连通网络，从而达到提高煤层渗透性，达到增产的效果。由于压裂是对煤层 采用的增应力，在压裂裂缝的扩展、连通和支撑过程中，压裂液对煤岩本体是一 种强的挤压作用，它会导致煤岩的弹性或朔性变形，给以后的裂缝闭合提供能量 基础，所以，压裂井的早期排采生产管理非常重要。
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.6 稳定排采阶段：
当煤层压力降到甲烷的临界解吸压力以下后，随着排采生 产的持续进行，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相流变为两相流。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。由于气相渗 透率的逐步升高和水相渗透率的不断下降，煤层的供水能力也 会有所下降，这时，必须控制好排水采气的强度（一般情况下 要逐步降低排水的速度），保持井底流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，避免煤层受到伤害。
1、1 基本生产原理示意图
煤
储
层 中 的
排 水
甲
烷
气
体
地
应
力
、
临煤
原
界层
生
解压
结
吸力
构
压降
、
力到
渗
透
率
变
化
图1
煤
扩
储
浓压
散
层
度
运
甲
差差
移
烷
到
解
裂
吸
缝
编撰：李玉魁
1、煤层气井排水采气生产的基本原理
1.2 两种生产井生产机理
1.2.1 多分支水平井生产机理
多分支水平井是从钻井方面改善煤层原始应力分布和煤层原始结构状态，提高 煤层渗透性的有效方法。在钻井过程中，从煤层中排出大量的煤屑，最后又采取 完全裸眼的方式完井，相当于在煤层中营造了多条长距离的小洞穴，极大地增加 了煤层的裸露面积，扩展了煤层流体的泄流面积，最大限度地降低了煤层的表皮 效应，对后期的排水采气生产起到至关重要的作用。
煤层气井排水采气 生产机理认识 与生产控制原则
北京九尊能源李玉魁
2011年8月10日
内容提要
1、煤层气井排水采气的基本原理 2、煤层气井排水采气的基本阶段 3、影响排水采气生的主要因素分析 4、排水采气对井底流动压力的控制原则 5、煤层气井排水采气的一般规律 6、对煤层气井排水采气工艺的认识
编撰：李玉魁
2.11 稳定生产阶段：
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.1 产能模拟阶段：
对于所有的煤层气生产井，在排采生产以前，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，进行初步的产能模拟，为排采生产提供技术参考。
2.2 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产，在煤层中逐步建立连续 的压力降、逐步启动煤层流体的流动。
水平井眼钻井过程中，钻井液的水动力作用和钻头的机械破碎作用都会对煤层
的结构产生破坏，煤层的原地应力只有重新分布才能适应新的环境。裸眼完井又 给煤层的原地应力重新分布提供了空间。在原地应力重新分布过程中，煤层的原 生结构和次生结构都将发生变化，由于煤层主要受减应力作用的影响，所以煤层 中的裂隙以张开为主，因此，多分支水平井钻井和完井的复合作用使煤层的渗透 性得到一定程度的提高。完井作业结束后，煤层的地应力重新分布并没有结束， 随后的排水采气生产使煤层的地应力重新分布继续进行。