第八章煤层气井排采控制理论与工艺技术

1、第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 煤层气储层特征煤层气储层特征第三章第三章 煤层气钻井技术与工程设计煤层气钻井技术与工程设计第四章第四章 煤层气工程管理与质量控制煤层气工程管理与质量控制第五章第五章 煤层气测井煤层气测井第六章第六章 煤层气钻井煤层气钻井第七章第七章 煤层气增产技术煤层气增产技术第八章第八章 煤层气排采控制理论与工艺技术煤层气排采控制理论与工艺技术第九章第九章 煤层气数值模拟煤层气数值模拟煤层气开发与开采煤层气开发与开采煤层气储集特征（吸附）煤层气储集特征（吸附）煤层气产出的先决条件是煤层气产出的先决条件是降压解吸降压解吸排水排水降压降压解吸解吸渗流渗流产出产出2021-9-

2、235 煤层气井通过排水，降低煤层气井通过排水，降低了井底流压及其近井地带煤层了井底流压及其近井地带煤层的流体压力，从而形成漏斗型的流体压力，从而形成漏斗型等压曲线。等压曲线。 压降漏斗形态取决于煤层压降漏斗形态取决于煤层的孔隙度、渗透率、原始储层的孔隙度、渗透率、原始储层压力以及排水速度等。压力以及排水速度等。2021-9-236 随着煤层气井的继续排水随着煤层气井的继续排水降压，压降漏斗不断向外扩展。降压，压降漏斗不断向外扩展。 压降漏斗扩展速度同样也压降漏斗扩展速度同样也取决于煤层的孔隙度、渗透率、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。原始储层压力以及排水速度等。202

3、1-9-237 以临界解吸压力等压曲线以临界解吸压力等压曲线为界，高于临界解吸压力的区为界，高于临界解吸压力的区域，煤层气未被解吸，为单相域，煤层气未被解吸，为单相流状态；低于临界解吸压力的流状态；低于临界解吸压力的区域，煤层气被不同程度解吸，区域，煤层气被不同程度解吸，呈现为水和气两相流状态。呈现为水和气两相流状态。 两相流的流动状态取决于两相流的流动状态取决于相对渗透率特征。相对渗透率特征。 大量的实验研究表明，煤层气吸附大量的实验研究表明，煤层气吸附/ /解吸具有解吸具有一定的可逆性一定的可逆性并且并且解吸表现出一定的滞后性解吸表现出一定的滞后性，这是，这是一个问题的两个方面一个问题的两

4、个方面，是物理吸附客观本质的体现。，是物理吸附客观本质的体现。012345 56789100510152025303540吸 附 数 据解 吸 数 据压 力 / MPa 含气量 / m3t-1烟煤烟煤012345678910051015202530吸 附 数 据解 吸 数 据含气量 / m3t-1压 力 / MPa 吸附吸附/ /解吸实验（解吸实验（3030） 无烟煤无烟煤 根据煤层气解吸条件和解吸特征（物理），将其解吸分为：降压解吸降压解吸置换解吸置换解吸扩散解吸扩散解吸升温解吸升温解吸 等四个亚类。 当然，降压解吸是最主要的也是对煤层气产出贡献最大的。l排水降压阶段排水降压阶段l稳定生产阶

5、段稳定生产阶段l气产量下降阶段气产量下降阶段 9090年代初期，我国曾有一批煤层气生产试验井因排采过年代初期，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。如程中速度控制不当导致产量锐减。如“八五八五”期间施工的大期间施工的大城煤层气生产试验井、城煤层气生产试验井、TL-006TL-006井等。井等。 产量锐减的主要原因有产量锐减的主要原因有三：三： 原因一，排采过快导致水产量和气产量锐减原因一，排采过快导致水产量和气产量锐减 机理：机理：煤粉伤害、应力敏感性伤害煤粉伤害、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原因二，修井作业导致水产量和气产量锐减 机理：机

6、理：外来物质伤害、气锁或水锁伤害外来物质伤害、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原因三，关井停产导致水产量和气产量锐减 机理：机理：煤粉伤害、气锁或水锁伤害煤粉伤害、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，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：煤层气井排采控制的基本要素是：液面控制液面控制 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

7、度排采，具体的抽排强度和本稳定进行观察，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据试气和煤粉排出状况，进行清洗煤层的作业, ,清洗作业必须将清洗作业必须将井筒内的砂和煤粉洗净。井筒内的砂和煤粉洗净。套管压力控制套管压力控制 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。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、煤粉颗粒运移造根据套压的高低

8、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。成井筒附近煤层堵塞。通过定期监控动液面和套压实现人工监控：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。工作压差。通过井底压力计和自控装置实现自动监控：通过井底压力计和自控装置实现自动监控：井底井底 安装安装 直读电子压力计，直读电子压力计， 井口井口 安装安装 自动控制装置，自动控制装置，实现实时自动监测；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。根据监测数据，通过智能控制实现井底流压自动控制。排采记录要求：排采记录

9、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，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，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。适当调整工作制度。水样采集要求：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，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/mLmg/mL），并保存煤粉。遇到产出水颜

10、色加深，加密取样。），并保存煤粉。遇到产出水颜色加深，加密取样。生产工艺特点生产工艺特点生产布局生产布局生产工艺特点生产工艺特点井筒结构井筒结构l井底钻至目的层下井底钻至目的层下4040米，留足口袋，便于生米，留足口袋，便于生产水在排出前储存产水在排出前储存l油管置于套管内部，实现气水初步分离，减油管置于套管内部，实现气水初步分离，减少地面气水分离器数量，水从油管中泵出，少地面气水分离器数量，水从油管中泵出，气则从油管和套管间环形空间产出气则从油管和套管间环形空间产出l通过口袋收集固体物质（煤屑，细纱等），通过口袋收集固体物质（煤屑，细纱等），减少其向井筒排放量减少其向井筒排放量排采方法排采方

11、法-设备设备l梁氏泵梁氏泵l螺杆泵螺杆泵l气举气举l电潜水泵电潜水泵排采方法排采方法-梁氏泵梁氏泵地面部分地面部分- -游梁式抽油机：电动游梁式抽油机：电动机、减速箱、四连杆机构机、减速箱、四连杆机构井下部分井下部分- -抽油泵，悬挂在套管抽油泵，悬挂在套管内油管的下端内油管的下端连接部分连接部分- -抽油杆，由一或几种抽油杆，由一或几种直井直径和钢级的抽油杆和接直井直径和钢级的抽油杆和接箍构成箍构成特点特点排采方法排采方法-螺杆泵螺杆泵美国黑勇士盆地煤层气开采中用于浅层排美国黑勇士盆地煤层气开采中用于浅层排采，用旋转杆传动，包括：采，用旋转杆传动，包括：地面装置：电动机和皮带轮，驱动抽油杆地

12、面装置：电动机和皮带轮，驱动抽油杆和井下泵和井下泵井下泵：关键部件包括转子和定子，转子井下泵：关键部件包括转子和定子，转子由高强度钢加工而成，呈单外螺旋形，定由高强度钢加工而成，呈单外螺旋形，定子由耐磨合成橡胶铸成，呈双内螺旋形，子由耐磨合成橡胶铸成，呈双内螺旋形，转子在定子内转动，将流体输送至油管并转子在定子内转动，将流体输送至油管并举升至地面。举升至地面。排采方法排采方法-气举气举美国黑勇士盆地和圣胡安盆地都在用，电美国黑勇士盆地和圣胡安盆地都在用，电价格昂贵或缺乏地区可用价格昂贵或缺乏地区可用由一系列气举阀构成，两种方式：由一系列气举阀构成，两种方式：油管注气，套管与油管环形空间内产出油

13、管注气，套管与油管环形空间内产出气水混合物，气水混合物，套管注气，油管向上运移套管注气，油管向上运移气体进入流体气体进入流体- -流体密度降低，气水分离流体密度降低，气水分离特点特点排采方法排采方法-电潜水泵电潜水泵水下电动机和离心泵构成，通过电缆提供水下电动机和离心泵构成，通过电缆提供动力动力大量排出液体，适于在产水量较大的生产大量排出液体，适于在产水量较大的生产井中使用井中使用缺点：成本高，泵易烧坏缺点：成本高，泵易烧坏 煤层气井的排采设备选择是保障煤层气井长期、稳定和连煤层气井的排采设备选择是保障煤层气井长期、稳定和连续排采的前提条件。续排采的前提条件。首先排采设备必须性能可靠，持久耐用，节能低耗，易于首先排采设备必须性能可靠，持久耐用，节能低耗，易于维修保养。维修保养。其次，要有从低排量到高排量较大范围内的排液能力与控其次，要有从低排量到高排量较大范围内的排液能力与控制排液能力，还要有较强的和较灵敏的井口及产气系统的压力制排液能力