煤层气基本知识简介

煤层气采气工岗前培训计划

一、天然气概述（1）二、煤层气概述：（1）1定义、成因、种类、性质2煤层气储量，国际国内开采现状，以及未来发展前景，3中石油目前开发现状三、煤层气开采模式概述（1）1.井下抽采2地面抽采四、钻井（定向井）（0.5）五、完井，井身结构，井筒状况，井下工具（2）煤层气采气工岗前培训计划

六、开采流程与设备：1井口装置（0.5）2.抽油机——组成，原理，抽油机的保养（3）3.燃气发电机（0.5）4.管式泵及辅助设备（2）5螺杆泵装置（1）七、井场地面流程——气；水（0.5）八、集气站流程与设备：（3）1集气站功用2集气站流程3.空气压缩机4.分离器5汇管十、煤层气的计量，处理，（2）十一、数字化管理（1）第一部分天然气概述天然气是指从油气藏中开采出来以碳氢化合物主要组分的，具有可燃性的混合气体。一般情况（常温常压）下烷烃C1-C4呈气态，是天然气的主要成分。C6-C16呈液态，是石油的主要成分，C17以上的碳氢化合物大都呈固态。戊烷无论是石油还是天然气中都由它的踪影。天然气的组成（1）烃类成分，主要是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。大约占70%——90%。还有部分C5-C10的烷烃，这部分在常温下呈液态，少量的烯烃、炔烃（小于1%）及环烷烃、芳香烃等。（2）非烃类组分，如氮气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、水汽、氧、氢和微量惰性气体等。天然气的分类（1）气田气、凝析气、伴生气气田气：产自气田的天然气，开采中没有或少有天然汽油凝析出来，甲烷含量80%以上。凝析气田气：产自凝析气田的天然气，烃类在气藏中呈气相,开采中有较多的天然汽油凝析出来，与天然气同时采出。石油伴生气：产自油田的天然气，气与油一起开采出来，主要是C2-C6的烷烃组分。天然气的分类（2）干气和湿气按照天然气中凝析油的含量来划分的，戊烷以上可凝结成分含量低于100g/m3干气，一般甲烷含量在90%以上。戊烷以上可凝结成分含量高于100g/m3的为湿气，一般甲烷含量小于80%。（3）酸气和洁气含有显著的硫化氢和二氧化碳等酸性气体，需要净化处理才能达到管输标准的天然气称为酸气。硫化氢和二氧化碳含量甚微，不需要净化处理即可管输的称为洁气。天然气的密度与相对密度密度：单位体积天然气的质量叫密度.气体的密度与压力、温度有关，在低温高压下同时和压缩因子有关。相对密度：相同温度压力下天然气的密度与空气密度的比值叫相对密度。相对密度计算:=M气/M空气天然气的粘度（一）天然气的粘度是指气体的内摩擦力。当气体内部有相对运动时，就会因内摩擦力而产生内部阻力，气体粘度越大，阻力就越大，气体流动就越困难。粘度分动力粘度和运动粘度，动力粘度的单位是[帕.秒]，动力粘度除以流体密度就是运动粘度，它的单位时平方米/秒。天然气的粘度和压力温度及组分含量都有关系。而且低压和高压下变化规律不一样.天然气粘度变化规律：低压下（〈0.98MPa）:（1）几乎与压力无关；（2）随温度升高而增大；（3）随分子量的增大而减小；（4）非烃类气体比烃类气体的粘度高。高压下（〉6.86MPa）:（1）随压力增大而增加；（2）随温度的增高而降低；（3）随分子量的增加而增加天然气的临界状态气体的临界状态是气体转化为液体的一个特定状态。在低温高压下，任何气体都可以转化为液体。温度越低，使气体变为液体的压力越低；温度越高，必须相应地提高压力才能使气体液化。但当温度高到某一定值后（不同气体有不同的值），无论加多大的压力也不能使气体液化.这种由气体转化为液体所允许的最高温度叫做该气体的临界温度，在临界温度时气液转化所需的最低压力叫做临界压力。由临界温度和临界压力所决定的气体状态叫临界状态。天然气是混合气体，区别于单组分气体，把天然气的临界温度和临界压力分别称为视临界温度和视临界压力。天然气的含水量天然气的含水量：单位体积天然气中含有水蒸气的数量称为天然气的含水量。天然气的含水量用湿度来表示。湿度有绝对湿度和相对湿度之分。每1立方米天然气中所含有的水蒸气的质量叫做天然气的绝对湿度。用e表示。天然气的饱和含水量：一定压力、温度下，每立方米天然气中含有的最大水蒸气克数，称为天然气的饱和含水量，用es表示。如果e﹤es天然气未被水蒸气饱和；如果e=es，天然气刚好被水蒸气饱和。在地层条件下，一般e=es饱和水蒸气和天然气经过脱水装置脱水后，e<

es在一定条件下，天然气的含水量与饱和含水量之比，称为天然气的相对湿度，用ψ表示。ψ=e/es在采输工程上，常用露点表示饱和含水量。露点:就是在—定的压力下，天然气被水饱和时对应的温度。例如某天然气的露点-10℃，就表示在-lO℃时大然气处于含水饱和状态，只要温度再稍降低，就会凝析出液态水。压力相同时，温度越高，含水量越高；温度相同时，压力越高，含水量越低。天然气中重烃或杂质气体的含量及地层水的含盐量，都会影响含水量.天然气的可燃性限和爆炸限可燃性限可燃物和空气中的氧化合而放出光、热的现象桩称为燃烧。天然气燃烧时空气量过多过少都不好。空气重过少使燃烧不完全而降低了热值，同时生成一氧化碳，二氧化硫等对人体产生毒害；空气量过多使过剩空气被加热而降低了燃烧温度甚至使火焰熄灭。当甲烷在空气中的含量占其总体积的5％～15％时，甲烷与空气的混合物才能稳定燃烧。可燃气体与空气组成的混合物，可以稳定燃烧的最低浓度称为可燃性低限，最高浓度称为可燃性高限，低限和高限之间的浓度范围简称为可燃性限。

爆炸限燃烧与爆炸是同一序列的化学过程，但在反应强度上爆炸比燃烧激烈。天然气爆炸是在一瞬间产生高压、高温(2000—3000)的燃烧过程，体积突然膨胀，同时发出巨大声响，爆炸波速达2000m／左右，具有很大的破坏力。天然气与空气以一定比例组成的混合物，在封闭系统中，遇明火就爆炸。可能发生爆炸的最低浓度称为爆炸低限，最高浓度称为爆炸高限。低限和高限之间的浓度范围，称为爆炸界限，简称爆炸限。实验证明，天然气所处压力、温度越高，爆炸范围越大。例如甲烷在不同压力下的爆炸限：100kPa：5~15%。1000kPa：5.8~17%。5000kPa：5.7~29.5%。12500kPa：5.7~45.4%第二部分采气常用术语压力

(1)原始地层历力：气藏在原始静止状态下的压力，也就是气藏刚被打开时的压力,即该气藏上第一口井钻完后，关井测得的井底压力。

(2)目前地层压力：气藏开发一段时间后，在静止状态下的地层压力，称为目前地层压力，通过生产井关井、待压力恢复平稳后所取井底压力得到的。

(3)井底流动压力：气井采气时，在气层中部深度点上的压力称为井底流动贩力。

(4)井口压力：气井的井口压力是井口测得的流体压力。井口压力分油压(油管压力)和套压(套管压力)。油压是气井油管内流体的压力，套压是气井油、套管环形空间的压力。油管压力和套管压力的大小与采气方式有关。油管采气时，套压大于油压；套管采气时，套压小于油压。绝大多数气井采用油管采气。5)输气压力：天然气经过采气地面设备后进人输气管时的压力称为输气压力

(6)气井和气层压力间的相互关系，以油管生产为例：

地层压力-井底流动压力=采气压差；井底流动压力-油压=在油管中的压力损失油压-输压=在采气地面设备中的压力损失气井生产时各种压力间的关系为：地层压力>井底流动压力>套压>油压>计量前分离器压力>流量计静压>输气压力不同情况下气井油套压的关系

油管生产油压<套压纯气井套管生产油压>套压开井油套合采油压≈套压油管生产油压《套压气水同产井套管生产油压》套压油套合采油压≈套压关井井筒无液柱油压=套压（压力稳定后）油管液柱高于环空液柱油压<套压油管液柱低于环空液柱油压>套压温度：1)地层温度：气层中部的温度，称为地层温度。地层温度是气井关井后用井底温度计下至气层中部测得。地层温度在气藏开发过程中可以近似认为不变。(2)井口温度：

1)关井井口温度：气井关井后在井口测得的天然气温度。关井井口温度变数，初关井时温度高，随关井时间延长温度降低，最后等于大气温度，并随大气温度的变化而变化。

2)井口流动温度：气井采气时在井口测得的天然气温度。(3)井筒平均温度：气井井口温度与井底温度的算术平均值井筒平均温度=（井口温度+井底温度）/2.

流量产量:单位时间内从气井产出的气态或液态物质的数量。常用m3/d表示。(标准状态)绝对无阻流量：在气井井底流压等于0.1MPa时气井的产量，它是气井的最大理论产量。实际气井不可能按它进行生产。无阻流量：是指气井井口压力等于0.1MPa时气井的产量。第三部分气井的钻井完井和井身结构一钻井二完井三井身结构四井口装置钻井为了开采地下的天然气资源，从勘探到气田开发的各个阶段都必须钻井，由于钻井的目的的不同，气井又分为资料井、探井、生产井。资料井：在勘探阶段，为了研究某地区的地层情况、沉积特点、构造形态所钻的井。探井：为了进一步探明气田构造、储气层的性质、含水、气的边界等综合资料而钻的井。生产井：在已探明的气田上，为了开采天然气而钻的井。整个钻井过程，可分为三个阶段：1）钻前准备：包括平整井场、钻机搬家和井口安装等工作。2）钻进：包括钻碎岩石，循环泥桨，保护井壁、加深井眼等工作。3）完井：包括电测、固井、射开气层、替喷诱流等工作。钻井时，吊升系统悬吊着方钻杆、钻杆钻铤、钻头等钻具，由系统的转盘带动方钻杆和下面的钻具一同旋转.钻头旋转时,钻入地层破碎岩石,随着井眼被加深,钻头也不断下移.同时循环系统由泥浆泵向井内循环泥浆,泥浆经水龙头沿方转杆、钻杆中心流向井底，从钻杆水眼冲出，冲刷岩石，清洗井底，破碎的岩石从钻杆的环形空间返回地面，返出的泥浆流到泥浆槽里，经筛网过滤和沉淀，除去岩石后，又被泥浆泵打到井底循环使用。钻井时循环泥浆起着冷却钻头、泛出岩屑、清洗井底，保护井壁、润滑钻具等多种作用。当钻完一段深度后，方钻杆的上端靠近钻盘面，就要加长钻具。当钻头磨损不能钻碎岩屑时，就要把全部钻具其出来。换上新钻头，再下入井内钻进。

钻进过程中，钻头穿过各种地层，有的地层易塌，有的易漏，有的含高压水等，如果这类底层影响正常钻进，就要下钢质套管，并在套管外注水泥浆，将这类地层隔开。然后用较小钻头继续钻进，直到钻穿地层。向井内下套管，注入水泥的工作称为固井。根据不同的目的，有的井要下几层套管，进行几次固井。除了有特殊要求外，一般井筒应当垂直不变，钻进过程中对油气层不能污染损害，所有应隔开的地层应毫无窜漏。完井钻井的最后一个工序是完井.完井就是只用什么方法使气层和井筒连通。完井的方法很多，主要由裸眼完井、射孔完井、衬管完井、尾管完井4种，具体要用哪一种方法要根据气层的特点而定。

1、裸眼完井：用于坚硬不易垮塌的无夹层水的裂缝性石灰岩气层。

2、衬管完井：用于裸眼完井的易垮塌岩层。

3、射孔完井：用于易垮塌的砂岩气层或要进行选择性增产的气层。

4、尾管完井：用于节省大量套管的射孔完井裸眼完井钻达油层顶部后，先下套管固井完成井身，然后钻开产层投产。气层气层套管表层套管裸眼完井法的优缺点：

优点：裸眼完井法的井底结构最简单，油层全部裸露，渗滤面积最大，完井液对产层的损害较小。

缺点：不能进行分层开采，不能采取防止油层出砂措施．因此，裸眼完井法只适用于油层岩石坚硬的单一产层，以及裂缝性产层。衬管完井:气层衬管（带眼套管）气层套管衬管悬挂器表层套管射孔完井钻穿油层后，先下入油层套管固井完成井身，然后用井下射孔器对准产层射孔，穿透套管、水泥环进入产层深处，构成产层与井筒的通道。表层套管气层套管气层（2）射孔完井法的优缺点：

优点：可以对产层进行选择和调整，实现分层开采，因而适用于多产层油井。

缺点：完井过程中，会对油气层造成较大损害，渗滤面积小，油流入井阻力大，降低了油井原始生产能力。三、井身结构

井身结构是指气井井身下入套管的层次，各层套管的尺寸及下入深度，各层套管相应的钻头直径、各层套管外水讲的返回高度、井底深度或射孔完成的水泥塞深度、以及采用何种完井方法等。在一口井内，应该下几层套管，每层套管应该下多深，这主要是决定于要钻穿的地下岩石情况。井身结构井身结构图包括以下几项数据：1、地面海拔和补心海拔2、钻井日期3、产油气层段4、钻头程序5、套管程序6、完钻井身及射孔完井的水泥塞深度7、水泥返高及试压情况。8、油管规格及下入深度。9、油气井完成方法10、其他情况（井下有无落物）井身结构图井身结构表层套管下入深度一般在30-1500米之间,管外水泥应返至地面。用以防护浅水层污染，封隔松软地层及浅层气，同时用来安装井口防喷器以便继续钻进.气层套管（生产套管）目的在于保护井壁阻断上覆地层和油层的通路，在套管内形成升举油气的良好通道。各油田下井所用套管尺寸最大为51/2in,（140mm)其次为65/8in。管外水泥应返至通常要返至产层顶部200m以上，常用国产套管技术参数技术(或中间)套管这是下在表层套管和生产套管之间的一层套管，用于封隔表层套管以下的复杂地层，以利钻进，同时对生产套管还具有保扩作用。油管柱油管柱由油管挂（锥管挂）、油管、筛管、油管鞋组成。油管挂：是金属制成的带有外密封圈的空心锥体，坐在大四通内，并将油、套管的环形空间密封起来。筛管：由油管钻空制成，每根长3-10m，钻孔孔径10-12mm，钻孔孔眼的总面积要求大于油管的横截面积，以增加气流通道，弥补油管鞋入口处过小对产量的影响。油管鞋：接在油管最下部，是一个内径小于井底压力计直径的短节，防止测压时压力计或其他入井工具掉落井内。油管鞋油管接箍筛管油管鞋油管柱作用使地层产出的油气水从井底输送到井口;压井洗井酸化压裂作业;保护套管.气井的试气目的:了解所钻探的层有无油气及产量的多少,为评价气层和气层的开采提供依据.气井的试气工艺通井洗井压井射孔诱喷测试四.气井的井口装置1、组成：套管头、油管头和采气树2、作用：悬挂各层套管