煤层气排采技术

煤层气排采技术实用文档煤层气排采

1.煤层气生产采出特点

2.排采方法

3.生产井排采特征分析

实用文档力;力;力;煤层气藏具有3

3个方面的特点:一是煤层气在煤中的储集是以吸附状态附在煤的表面;二是在进行大量开采之前，必须降低平均储层压力;三是储层中一般都有水，在采气的同时，必须进行排水。由于煤层的这些特点，在从事煤层气的开采时，涉及以下几个方面(1)最大限度地降低井口压力;(2)水、气的地面分离;;(3)采出气压缩到输送压力;(4)采出水的处置或处理。常规油气生产方法用于煤层气开采时，需要改动。

实用文档

煤层气储层与常规天然气藏的特性比较实用文档产出机理：

实用文档

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。

第三阶段:

非饱和的单相流阶段

压力进一步下降,一定数量煤层气解吸出来,形成气泡,

阻碍水的流动,水的相对渗透率下降，处于非饱和单

相流阶段。实用文档第四阶段:

气水两相流阶段储层压力进一步下降,解吸气、溶解气、游离气开始在裂隙系统中扩散，气体渗透率逐渐增大，气产量逐步增多,

水产量开始下降，直至气泡相互连接,形成连续的流线,处于气-水两相流阶段,但此阶段水的相对渗透率大于气体相对渗透率。第五阶段:

水气两相流阶段压力进一步下降,吸附气体的大量解吸,处于以气为主的水-气两相流阶段。

实用文档2．排采过程煤层有越流补给

(1)饱和水单相流，压力

仅在煤层中传递阶段

(2)饱和水单相流，压力

仅在围岩中传递阶段

(3)饱和水单相流，压力在围岩与煤层中共同传递(4)非饱和流阶段(5)两相流阶段

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。

实用文档2．排采过程煤层有越流补给

随着围岩中影响半径

的增加，煤层中的压

力梯度小于围岩中的

压力梯度，在煤层中

形成很小的压降漏斗

后，压力将仅在围岩

中进行传递，进入第

二阶段。直到煤层中

的压力梯度大于围岩

中的压力梯度为止。

实用文档

排采阶段的划分煤层气井的生产排采是一个长时间排水降压采气过程，煤层气单井生产年限一般为15-20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。实用文档排采阶段的划分中期稳定生产阶段：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。

实用文档排采阶段的划分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。

实用文档

煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素1．煤层含水性

煤层气井的生产是通过抽排煤层及相邻含水层中

的地下水来降低煤储层压力，使煤层中的甲烷释

放并向井口运移，排水是储层压力降低的根本途

径。

煤层富水性直接关系到压力降低的难易程度。富

水性过强，无疑将增加排采的强度，使煤储层压

力很难降低；

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。

实用文档

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。它决定了在煤层气井排采影响范围内的水量，最终影响压力传递的范围。

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。

实用文档

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；若含水层与煤储层水动力联系较弱或无联系时，仅排采煤储层中的水时，压力更容易传递。（越流补给；无越流补给）

5．储层压力梯度

储层压力梯度是煤储层压力与煤层埋深的综合

反映。从某种程度上反映了地层能量的大小。

若储层压力梯度较大，说明地层原始能量较高，

在同样的排采强度、供液能力情况下，压力更

容易传递，更容易降压。实用文档求:排水采气要求

煤层气排水采气要求:

①排液速度快，不怕井间干扰。

②降低井底流压，排水设备的吸液口一般都要求下

到煤层以下。

③要求有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。

实用文档气井系统

梁式泵井下设备螺杆泵

电潜泵排采系统动力系统设备地面排采流程

发电机

控制柜排液系统采气系统

实用文档抽油杆

出水管线

出气管线

表层套管

Φ244.5mm气井系统

井下泵挂结构:

煤层套管

Φ139.7mm

水泥返高

油管

Φ73mm

煤层

泵金属绕丝筛管

丝堵

音标

100m动液面

尾管

沉砂管•

73mm抽油管•

回音标•

管式泵•

尾管•

筛管•

沉砂管•

丝堵

人工井底

实用文档气井系统井下泵挂结构

●泵一般下到筛管距煤层中部深度上下4～20m,抽油杆

出气管线

出水管线

表层套管

Φ244.5mm

煤层套管平均为煤层中部深度以上5.98m处。●

Φ139.7mm水泥返

音标100m动液面所有井煤层均全部射开。

①抽油机泵抽系统设备主要有：

3

型抽油机、

油管Φ73mmΦ56mm二级整体筒管式泵、Φ73mm油管、音标、Φ89mm金属绕丝筛管、管式泵柱塞、Φ19mm抽油杆、煤层

尾管沉砂管

泵金属绕丝筛

丝堵

人工井

Φ25.4mm光杆、丝堵、音标等；

②螺杆泵泵挂系统设备主要有：驱动头、24.5mm光杆+24.5mm抽油杆+抽油杆扶正器+转子+定子+尾管+金属筛管+沉砂管+丝堵；

③电潜泵泵挂系统主要设备有：变频器+入井电缆+电潜泵+筛管+丝堵。实用文档井排液系统：油管出口+

+

口+

+

分离器+水

量

把

水

器+

计

表++

水

表

排

气井系统地面系统单

单井采气系统：油、套环空出口

套管压力表++支管线++火

管线；

放空火炬

气水分离器水表安全阀水管线

气管线井口和采油树

实用文档口+器+地面排采流程

单井采气系统：油、套环空出口+套管压力表+支管线+

火把；

单井排液系统：油管出口++

气、水分离器+水计量表++排

水管线；

实用文档

工艺流程工艺流程：油管内排水的流程和油管环形空间采气流程

排水流程：水——分离器——深井泵——抽油机——

抽吸水——油管——油管头——高压三通——油管出口

线——地面——排液池。

排气流程：井下分离器——气水混合物——油管环空

环——大四通——高压输气管线——地面——气水分离

器——集输装置或火把。

实用文档排采设备简况

目前国内煤层气井排采设备主要有：为5：CYJYCYB--

TH415.：GLB300-为24101-

-500

1、梁式泵：

（有杆泵）

2、螺杆泵：

3、电潜泵：

（理论排量为5.9～63..8m3/d）

抽油机型号：CYJY33-1.5-6.5HB

泵型号：

：CYB

56TH4.5-1.2，泵径56

56mm（理论排量为15.2～50mm3/d）

型号：GLB300-21（理论排量为24～65m3/d

）

型号：

QYB101-50

500S

实用文档排采设备工作原理特点梁式泵（有杆泵）柱塞在泵筒中往复运动由泵管和柱塞组成，排水量较低、价格便宜、维护量大螺杆泵转子在定子中转动转子和定子组成，价格较贵、维护小，防砂、煤粉能力强，占地面积小电潜泵电机带动叶轮转动排量大、扬程高、占地面积小、维护小、价格较高，防砂、煤粉能力强排采设备工作原理

实用文档设备类型型号理论排量3m/d优点缺点梁式泵（有杆泵）CYJY3-1.5-6.5HB5.9-63.859638泵的价格便宜维护量大,防砂、粉能力差螺杆泵GLB300-2115.2-50维护量小、防砂、煤粉能力强换泵的价格较高电潜泵QYB101QYB101--5050--500S24-65维护量小、防砂、煤粉能力强换泵的价格较高排采设备简况

实用文档排水采气方法有杆泵煤层梁式泵法螺杆泵法泵(泵(梁式泵(有杆泵))螺杆泵(地面驱动))

气举水力喷射泵气排水采气的方法电潜泵法

气举法

水力喷射泵法

泡沫法

优选管柱法

实用文档泵(梁式泵(有杆泵))

有杆泵排水是由抽油机、抽油杆和抽油泵为主的

有杆抽吸系统实现。

国内外应用最为广泛的有杆泵设备是游梁式抽油

机泵装置

实用文档

实用文档梁式泵

电动机

地面部分游梁式抽油机减速箱四连杆机井下部分

抽油泵中间部分

抽油杆悬挂在套管内油管的下端

联系地面和井下由一或几种直径和钢级的抽油杆和接箍组成

组成：三抽为主

+

辅助装置

实用文档由5有杆泵主要由5部分组成，包括抽油泵抽油杆地面抽油机减速箱原动机

实用文档17.丝堵1.抽油机2.光杆卡子3.悬绳器4.光杆5.盘根盒6.取样管7

7.油管头密封油管与光杆环形空间的井口动密封装

置游梁式抽油机泵装置

8.套管头

9

9.表层套管

10.产层套管

11.油管

12.抽油杆

13.抽油泵

14.油管接箍

15.筛管

16.砂锚或气锚

实用文档梁式泵排水采气过程工作过程：电动机

三角皮带传动

减速箱三轴二级减速构(四连杆机构(曲柄，连杆、横梁和游梁))输出的旋转运动游梁驴头的往复运动

泵柱塞上下往复运动

悬绳器上冲程光杆和抽油杆

上行下行带动

泵筒下部吸入(

(固定)

)阀打开泵从井中吸入水

柱塞流动阀关闭

柱塞将油管液体上举到井口

抽油泵排出过程

柱塞上排出(游动)阀

下冲程吸入阀关闭游动阀

打开

柱塞下液体经排出阀向上排抽油泵吸入过程

实用文档⎯⎯

⎯→

减速箱⎯⎯

⎯→曲柄连杆⎯

⎯

⎯

⎯→⎯

⎯

→

抽油杆

⎯⎯→有杆泵排水采气过程工作过程：电动机

三轴二级减速三角皮带传动

将旋转运动变为悬绳器

带动泵柱塞上下往复运动游梁上下运动→

抽油减速箱在支架的前面，缩短了游梁的长度，减小了抽油机的规格尺寸，上、下冲程时间不等，从而降低了上冲程的速度和动载荷及减速箱的最大扭距和需要的电机功率。

实用文档由5有杆泵主要由5部分组成，包括井下泵抽油杆地面抽油机、减速箱原动机

实用文档

工作原理

工作方法：将有杆深井泵下入井筒动液面以下适当深度，泵筒中的柱塞在抽油机带动下做上下往复运动而抽汲排水，达到排水采气目的。

水产出通道：进入泵筒内的地层水从油管排出；

气产出通道：煤层气从油管环形空间产出。

实用文档

有杆泵法有杆泵在各种深度和排量下都能工作，适应性强，操作简单。需要天然气发动机或电动机作动力，来带动抽油机驱动的活塞泵抽水，水由油管排出，气靠自身能量由油套环形空间排出井筒。如果气压很低，进不了集输流程，就要考虑用真空泵和压缩机来抽吸和增压输送。

实用文档螺杆泵法

螺杆泵是一种新型采液装置，在美国已广泛用于浅煤层

气井排水采气作业。

螺杆泵主要工作部件是定子和转子，定子与泵外壳连

成一体并接在油管的最下端，下至井内并沉没于被抽

吸的井液中，当转子旋转时，即将井液和气体从油管

内举升至地面。

实用文档螺杆泵相对较新的泵。螺杆泵是由一根旋转杆驱动的。螺杆泵主要由地面驱动装置、抽油杆和井下泵三部分组成。地面驱动装置主要包括电动机和传动齿轮。井下的关键部件是转子和定子。

实用文档螺杆泵法

按驱动方法分为地面驱动和井下驱动

地面驱动螺杆泵需要电动机来驱动抽液杆，

从而使螺杆泵工作，将井内液体排至地面，

而甲烷气由油套环形空间排出井筒。

实用文档

实用文档WeatherFord公司地面驱动螺杆泵示意图

实用文档

实用文档油管电缆导流罩其中柔性轴、减速器保护器、减速器、电机下保护器、电机、电机上保护器

出口等部件均在导流罩里

面。螺杆泵吸入口

实用文档

Progressing

Cavity

PumpsThe

Progressing

Cavity

Pump(PCP)

is

a

positivedisplacementpump

thatconsists

of

a

single

externalhelical

rotor

that

rotatesRotoreccentrically

inside

a

doubleinternal

helical

stator

of

thesame

minor

diameter

&

twicethe

pitch

length.

Stator

ESPCP

实用文档螺杆泵法

螺杆泵是一种新型采液装置，在美国已广泛用于浅煤层

气井排水采气作业。

螺杆泵主要工作部件是定子和转子，定子与泵外壳连

成一体并接在油管的最下端，下至井内并沉没于被抽

吸的井液中，当转子旋转时，即将井液和气体从油管

内举升至地面。

实用文档

螺杆泵主要工作部件是定子和转子，定子与泵外壳连成一体并接在油管的最下端，下至井内并沉没于被抽吸的井液中。转子是一单外螺旋体，截面是圆形，由高强度钢筋加工而成。定子是在一合金钢管内衬以用耐磨蚀的弹性材料模压而成的双内螺旋体。泵抽作用是通过转子在定子内的顺时针旋转产生的。当转子旋转时，在相隔

隔180度的范围内将形成一连串的空穴，把流体从泵的吸入口推向地面。转子与定子之间连续的密封，使得流体能够始终以与泵的旋转速度和空穴体积成正比的速率向上运移。实用文档有杆泵

有杆泵技术成熟,

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。

使用有杆泵对煤层气井实施泵抽作业必须采用一

种系统方法，以解决煤层气井自身存在的固有问

题。对于固体颗粒问题和气体干扰问题必须同时

予以考虑。

实用文档用,在煤层气开采中发挥了较大作用并得到了普遍使用,但在应用中存在着操作不便利和能源消耗大的问题清理有杆泵中大量的固相颗粒，造成了停泵作业和修理，花费了大量的资金。有杆泵也不适用于斜井作业，会造成过量的磨损和抽油杆杆柱故障。

实用文档螺杆泵法有一定程度的应用,但容易造成井下事故当含气量过高时，螺杆泵将损坏。螺杆泵作业时要求液体应能扩散掉因转子和定子之间摩擦产生的热量。一般情况下，螺杆泵用于泵抽含有固体颗粒流体的能力要强于有杆泵，但会受到磨损，并损失容积效率（泵效）（泵的实际排量/理论排量），高压下的CO2从而导致泵的运行故障。螺杆泵的应用一般限制在浅井中。

实用文档静液面：关井后，环空液面缓升到一定位置稳定下来的液面。动液面：井正常生产时，井口至油套管环形空间的液面的距离。动液面可大致判断地层能量水平、供液能力，可用来推算井底流压，进而推算目前油藏压力（无关井静压值时）

实用文档油管压力

力tubing

pressure简称油压。是油气从井底流到井口油嘴之前所剩余的压力。由油管压力表测得。油井生产情况的变化可反映在油管压力的变化上。套管压力casing

pressure简称套压。是油套管环形空间气柱顶部的压力。由装在套管闸门后面的套管压力表测得。

实用文档产能释放节奏控制

产能释放过程通过水平井眼实现快速降压引导渗透率改善激发解吸解吸气体通过由渗透率改善创造的通道流向低压井口启动解吸引导这个释放过程需要精细化控制两个重要条件帮助加快降压过程扩大降压范围

压力管理

液面与降压连续性

产水量

产气量

套管压力引导地质过程煤粉管理

及时性

可控性

设备维护

储层维护

生产连续性、及时性和可控性获得设计产量

实用文档

实用文档

井底压力

气水两相流态井底压力计算模型随着排采的进行，当井底压力降低到煤层气临界解吸压力以下时，气体开始解产出，井口套压开始有了读数。此时，井底压力由井口套压、井筒液面至井口的气柱重力和气体自液面至井口的环空间中的摩阻而构成的液面压力、井底至液面的液柱压力组成。井口套压可通过压力表直接读出pt，液面压力(pM)可用纯气井井底压力的计算方法求得，液柱压力可通过产气量相近、排水量相当，套压和液面深度有显著变化的两个稳定段井底压力相等的方法计算得

实用文档由此可得到井底压力计算公式为：

实用文档响:

煤层气垂直井排采伤害

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）地层压力回升,

使甲烷在煤层中被重新吸附；（2）

裂隙容易被水再次充填，阻碍气流；（3）

贾敏效应（4）速敏效应实用文档

贾敏效应

解吸产气后，发生长时间停抽，近井地带地层压

力逐渐恢复，煤储层裂隙再次被水充填，使得煤

层吼道处的流动空间变小，甲烷气体流动阻力

增大，在吼道处发生“贾敏效应”，致使气体不

能顺利通过吼道，阻止煤层气继续向井筒运移，

造成供气能力不足，产气量下降。实用文档

贾敏效应

FZP04-2在控压产气阶段，连续发生卡泵事故，由于道路问题

无法及时作业，造成近

近60天的停抽，导致储层受到严重伤害。

后经过多次的激动作业，消除了部分贾敏效应，气量有所上

升，单井产能已经无法完全恢复。实用文档速敏效应

排采过程中，煤储层内流体流速快，地层流体携

带大量煤粉,发生停抽后流体流速减小，煤粉原

地沉淀，堵塞裂缝通道，产生“速敏效应”。

“速敏效应”使储层渗透性严重降低，其可致使

多分支水平井产气、产水快速下降。

实用文档

FP1-1井控压阶段，最高产气量达到1.9万方，井底流压0.428MPa，还有较大上升空间。由于放气速度过快，发生连续煤粉卡泵停抽，煤灰大量沉积在渗流通道，引起了“贾敏效应”、“速敏效应”，储层遭受严重伤害，煤储层渗透率降低，产气能力大幅下降实用文档压,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)易引起煤层激动，使裂隙产生堵塞效应,降低

渗透率；

(2)

影响泄流半径

(3)

吐砂

(4)

煤粉产出

(5)

裂缝闭合

(6)

应力敏感

实用文档影响泄流半径

排采阶段，如果液面下降速率过快，井筒附近的流

体就会以较高的速度和较大流体压力差流向井筒，

有效应力快速增加，裂缝过早闭合，煤层无法将压

力传递到更远处，造成降压漏斗得不到充分扩展，

泄流半径得不到有效延伸。只有井筒附近很小范围

内的煤层得到了有效降压，有效排采半径变得很小，

气井产气量在达到高峰后，由于气源的供应不足而

急剧下降，无法长期持续生产，甚至停产.

实用文档期,

时,眼,

吐砂

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。

煤粉产出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。

实用文档裂缝闭合

水力加砂压裂目的是建立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体系，从而达到改善煤层

的裂隙系统，提高渗透性，实现增产的效果。然而煤层

在上覆静岩压力和构造应力作用