煤层气压裂和排采技术
煤层气运移排采过程(自己整理)
煤层气运移排采过程（自己整理）
对于光亮煤分层，煤层气由基质孔隙表面解吸，再由基质块扩散到割理内，然后由割理运移至外生裂隙，最终由外生裂隙运移至井筒。
对于暗淡煤分层，由于分层内割理不发育，当煤层气由基质孔隙表面解吸后，直接由基质块扩散到外生裂隙，最后经外生裂隙运移至井筒。
煤层气由基质表面解吸后向割理或外生裂隙迁移的过程是扩散，服从福克定律；煤层气在割理或外生裂隙中的运移过程是渗流，服从达西线性渗流定律。
煤层气的排采：对于煤层气的排采来讲，首先经由外生裂隙和割理将煤层中的水排出，降低煤储层压力，使外生裂隙和割理表面的煤层气解吸，随着储层压力的进一步降低，煤基质中的煤层气由基质孔隙表面解吸，解吸出的煤层气经割理或外生裂隙运移至井筒并排出。
煤层气井排水采气技术
•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
煤层气排采
煤层气井排采一般包括如下三个阶段：第一阶段一保持高导流能力的人工裂缝。
若压裂后井口压力未扩散完，可先装油嘴或针形阀控制放喷，油嘴大小根据产量和井口压力、煤层情况而定，保证井口不出大量煤粉和压裂砂前提下，排液量一般控制在2～4 m3／h。
待井口压力降为零后，溢流量不大的情况下，下人已选择好的泵。
此时，地面流程及地面排采设备应提前安装好。
排采初期，关闭套管阀门，油管以适当泵送能力排出水，同时要监测环空液面，适时调整排采设备的工作制度，使液面最好每天下降2o～40 m，这一阶段时间尽可能长一些，其目的是保持压裂后形成一个稳定的高导流能力的裂缝。
如果套管出现高真空，应暂时打开套管阀门，使压力趋于平衡。
在这一阶段，随着排水，首先表现出一部分游离气和溶解气产出，过一段时间后，环空液面降低，井底附近储层压力降低到解吸压力，吸附气开始解吸。
当储层压力接近解吸压力时要特别注意，这时易产生一个突变，一般表现为气产量突然增大，套压增大，有时气会将环空水带出，造成环空液面突然下降。
这一突变，对于比较疏松的煤层，极易出大量的煤粉，可能造成填砂裂缝的堵塞。
对于较软的煤层，可能由于储层孔隙压力突然降低，造成割理关闭，从而影响煤层渗透性。
当接近解吸压力时，适当放慢降液速度，控制套压，并使储层压力仍然缓慢下降。
第二阶段——合理地控制井底流压。
在排采初期，由于液面降低，有效应力增加，导致割理间隙减小，孔隙度降低，渗透率减小。
当吸附气开始解吸后，煤层割理收缩，孔渗性增加，继续降低流压，有利于弥补应应作用造成的割理闭合。
在这一阶段主要通过控制环空液面来控制井底流压。
套压升至约1 MPa左右，可用套管针形阀或较小油嘴控制开始产气。
由于继续排水，液面缓慢下降，同时逐步加大油嘴使套压降低，减小套压利于储层中更多的水进入井筒并疏干井筒附近的水，目的是在环空液面降低到泵的吸人口后，地面压力长期保持在正常工作的范围(O．05～0．1 MPa)。
第三阶段——稳定生产阶段。
煤层气压裂及排采技术PPT课件
端割理
微 孔 隙 吸 附 储 气
孔隙
油 气 储 存 空 间
煤岩
砂岩 8
二、 压裂工艺及压裂液体系
1、煤层气压裂工艺
光套管注入工艺
活性水压裂液体系
大液量、大排量
低砂比
新工艺： 水力喷射分段压裂、氮气泡沫压裂、 清洁压裂液、低浓度瓜胶压裂工艺等。
9
二、 压裂工艺及压裂液体系
1、煤层气压裂工艺
现在应用较多的技术是垂直井——射孔完井——压裂加砂——抽 排降液——解吸气体
伤害前渗透率 /10-3um2 124.4 301.8 110.0 301.8 521.8 535.4
伤害后渗透率 /10-3um2 110.1 292.2 18.2 26.2 232.2 101.2
伤害率/%
11.5 3.2 82.7 91.4 54.5 81.0
12
二、 压裂工艺及压裂液体系
2、压裂液体系
成本太高，配套设备不够完善
摩阻低、滤失小，基本 无残渣
表面活性剂类压裂液，容易发生化学吸附，
并且成本高
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二、 压裂工艺及压裂液体系
2、压裂液体系
国内压裂液对煤层伤害率分析
伤害液
活性水 活性水 线性胶 线性胶 冻胶破胶液 冻胶破胶液
煤产地
沁水15# 柳林31# 沁水15# 柳林31#
丰城 沁水1#
渗透率与高压有关
井间干扰利于生产、进行多
层钻井进行开采
3
一、 国内外煤层气现状
国内外煤层气开发对比
技术
国外
国内
储层评价
中低煤阶
中高煤阶
钻井完井技术 直井洞穴完井和羽状水平井 直井套管射孔完井和羽状水平井
煤层气开发工程关键技术及发展趋势探究
煤层气开发工程关键技术及发展趋势探究摘要：煤层气开发工程逐渐受到了社会的广泛关注，主要是因为煤层气开发坚持了高效与环保原则，可以将煤层气开发对环境的影响程度降低到最轻。
煤层气开发具备优越的开发条件，管理人员在煤层气开发的过程中需要应用关键技术，充分发挥关键技术价值，在原来的基础上不断提升煤层气开发水平。
本文主要对常用的煤层气开发工程关键技术进行了论述，并且明确了煤层气开发技术的未来发展趋势，为管理人员应用关键技术提供了更多切实可行的方案。
关键词：煤层气开发工程；关键技术；发展趋势引言：我国进入了新时代，工业的发展水平不断提升，发展速度不断加快，对能源的需求处于不断增长的过程中，我国的能源紧缺问题也进一步加重。
相对于其他国家而言，我国的煤层气资源比较丰富，可以满足工业发展对能源的需求。
目前天然气开发的主要方向是煤层气开发，煤层气开发工程对技术的要求比较高，只有应用比较先进的技术，才可以为煤层气开发创造更多便利条件。
1常见的煤层气开发工程关键技术1.1煤层气勘探技术在煤层气开采工作之前需要做好充足的准备工作，首先需要加强对煤层气勘探的重视，因为煤层气勘探工作的开展可以帮助作业人员及时了解煤层气的具体情况。
相关研究表明，煤层气受地下构造的影响，煤层气的储集与富集程度会根据地下构造的变化而变化。
在一般情况下，压力圈闭气藏会产出大量的天然气，主要分布于单斜顶部。
倘若煤层的位置处于构造变形的地方，那么就会在原来的基础上不断提高煤层气的保存难度。
火山岩活动同样会对煤层气产生一定的影响，倘若活动比较强烈，那么便会对煤层产生较大程度的破坏，倘若活动幅度比较小，那么可以便于煤阶的升高，并且实现煤层的有机转化[1]。
煤层含气量同样受煤层顶底板岩性的影响，倘若密集程度较大，那么煤层含气量就会不断提高。
要想确保煤层气开发工作的顺利开展，就必须进行勘探工作，因为勘探工作可以让作业人员加深对地下构造形态的认识与了解[2]。
作业人员可以在勘探过程中充分了解当地的地质条件以及特征，并且根据煤层气开发要求，制定科学合理的煤层气开采方案。
煤层气排采技术规范
煤层气企业标准煤层气井排采工程技术规范(试行)2008-08-18发布2008-08-18实施煤层气企业标准煤层气井排采工程技术规范1范围本标准规定了煤层气井排采工程施工过程中各工序的技术标准，包括排采总体方案的制定、泵抽系统、排采设备及地面流程的安装、场地标准、下泵作业、洗井、探冲砂、资料录取、分析化验、总结报告编制等技术要求。
本标准适用于煤层气井的排采作业工程。
2引用标准下列标准所包含的条文，通过对标准的引用而成为本规范的条文。
中联煤层气有限责任公司煤层气井排采作业管理暂行办法SY/T 5587.6-93 油水井常规修井作业起下油管作业规程SY/T 5587.7-93 油水井常规修井作业洗井作业规程SY/T 5587.16-93 油水井常规修井作业通井、刮削套管作业规程SY/T 5587.5-93 油水井常规修井作业探砂面、冲砂作业规程SY/T5523-92 油气田水分析方法SY/T6258-1996 有杆泵系统设计计算方法3 排采总体方案的制定3.1基本数据3.1.1钻井基本数据钻井基本数据包括地理位置、构造位置、井别、井型、施工单位、目的层、开钻日期、完钻日期、完井日期、钻井周期、完钻井深、完钻层位、最大井斜、井深、方位、人工井底、补芯高。
3.1.2完成套管程序完成程序包括套管规范、下深、钢级、壁厚、水泥返高、固井质量、短套管、油补距。
3.1.3煤层深度、厚度及射孔井段3.1.4解吸/吸附分析成果包括含气量、含气饱和度、临界压力3.1.5注入/压降测试及原地应力测试数据包括渗透率、表皮系数、储层压力、压力梯度、研究半径、煤层温度、闭合压力、闭合压力梯度、破裂压力等。
3.2 排采总体方案3.2.1排采目的3.2.2排采目的层及排采方式3.2.3排采设备及工艺流程设计3.2.4排采周期3.3工艺技术要求3.3.1动力系统3.3.2抽油机3.3.3泵挂组合3.3.4 地面排采流程a.采气系统；b.排液系统；3.4排采作业管理3.4.1设备管理3.4.2排采场地、人员3.4.3排采资料录取3.4.4排采动态跟踪3.4.5排采汇报制度3.5安全、环保及质量要求3.6应提交的资料、报告3.6.1施工设计书(一式十份)3.6.2排采资料(一式两份)a.排采日报、班报b.排采水样半分析原始记录c.排采水样全分析报告d.排采气样全分析报告e.排采水、气产量动态曲线f.液面资料、示功图资料g.修井资料h.阶段性总结报告3.6.3总结报告（一式十份）3.7排采主要设备、材料4 泵抽系统及地面流程的安装4.1泵抽系统4.1.1执行《中联煤层气有限责任公司煤层气井排采作业管理暂行办法》。
煤层气井排采试气技术
煤层气井排采试气技术姚艳芳Ξ李新春 姚小勤(中原油田井下特种作业处) 摘要 我国的煤层气资源十分丰富,但煤层的地质条件复杂,类型多样,明显不同于国外某些煤层气资源开发较为成功的国家和地区。
根据煤层特性及煤层气赋存特点、产出机理,对煤层气排采设计和设备选择作了论述。
通过实际排采曲线分析,在总结十多口井排采经验的基础上,指出了影响排采效果的一些施工因素及其影响机理。
主题词 煤成气 排水采气 工程设计 煤层气为自生自储型非常规天然气,主要以吸附状态存在于煤层中。
我国大部分煤层属于欠饱和煤层气藏,如沁水煤气田含气饱和度为84%～95%,屯留煤气田为26%～27%,吴堡煤气田为69%～85%,鄂尔多斯盆地东部煤气田为80%。
煤层气的产出可分为三个过程:排采初期煤层主要产水,同时也可能伴随有少量游离气、溶解气产出;当煤层降至临界解吸压力以下时,煤层甲烷分子迅速解吸,然后扩散到裂隙中,使气的相对渗透率增加,水的相对渗透率减小,表现为气产量逐渐增大,水产量逐渐减小;随着采出水量的增加、生产压差的进一步增大,煤层中含水饱和度相对降低,变为以产气为主,并逐渐达到产气高峰,水产量则相对稳定在一个较低的水平上。
随着地层能量的衰竭,最后进入气产量缓慢下降阶段,该阶段与常规裂缝性气藏流动相似。
排采试气设计原则1.排采试气方法目前,我国煤层气井一般采用油管排水,套管采气的方法试气。
2.排采试气原则①根据压裂裂缝闭合情况确定开井排液时间,并控制排液速度。
②降低煤层压力到解吸压力以下,同时也要使液柱对煤层造成一定的回压。
③排采试气要连续进行并持续一定时间。
3.确定煤层排采工作制度的原则煤层排采必须适应煤储层的特点,符合煤层气的产出规律。
煤层气排采试气工程应结合不同的煤岩特性和室内研究工作,在排采之前进行储层产能模拟,对气水产量、产出规律进行预测,确定合理的试采设备,控制动态参数及试采周期,以便正确评价煤层产气状况。
通常采用以下三种工作制度:①定产量制度:在煤层排采试气的各个阶段,根据地层产能和供液能力,控制水、气产量,以保障流体的合理流动。
煤层气采气井排采系统优化设计
煤层气采气井排采系统优化设计煤层气是一种重要的清洁能源资源，其开发利用对于缓解能源紧缺、减少污染排放具有重要意义。
煤层气采气井排采系统是煤层气勘探开采的关键设备，其性能优劣直接影响到煤层气的采收效果和经济效益。
因此，对煤层气采气井排采系统进行优化设计具有重要意义。
近年来，随着煤层气勘探开发的深入，煤层气采气井排采系统的设计优化也越来越受到重视。
煤层气采气井排采系统的设计优化旨在提高采气效率、降低生产成本、延长井寿命，从而实现可持续发展。
在进行时，需考虑多方面的因素，包括井筒结构、井眼装备、井底测试、压裂技术等。
首先，在井筒结构方面，需要考虑井筒直径、井深、井眼位置等因素。
井筒结构的合理设计能够提高井的稳定性和完整性，减少井漏和井壁垮塌的风险，保障井的安全运行。
同时，通过优化井筒结构还可以提高井眼通透性，增加煤层气的采收效率。
其次，在井眼装备方面，需要考虑井口装备、井下泵设备、井下测井等装备的选择和配置。
井口装备的选择应考虑到井口封堵、防喷溢、排砂排砂和排矿的功能，以保证井口的安全运行。
同时，选择适当的井下泵设备能够有效提高煤层气的采收效率，降低生产成本。
另外，在井底测试方面，需要充分考虑井底测试的频率、测试方法、测试参数等因素。
井底测试是煤层气采气井排采系统运行过程中的重要环节，通过井底测试可以实时监测煤层气产量、地层压力、水平动压力等参数，发现问题及时调整，保障井的正常运行。
此外，在压裂技术方面，需要注意压裂液配方、注入压力、注入速度等因素。
压裂技术是提高煤层气采收效率的重要手段，通过合理设计压裂液配方和控制压裂参数，可以有效改善煤层气的渗透性，提高采收率。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，煤层气采气井排采系统的优化设计是一个复杂的系统工程，需要综合考虑多种因素，从而实现煤层气的高效开采和利用。
通过不断研究和实践，提高煤层气采气井排采系统的设计水平，促进煤层气资源的可持续开发利用。
希望未来能够有更多的研究者投入到煤层气采气井排采系统优化设计领域，为我国煤层气资源的保障和可持续发展做出更大的贡献。
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
煤层气开采方法与技术
.
29
课程提纲
一、 课程简介与煤层气概念 二、 国内外煤层气勘探开发现状 三、 煤储层物性特征
四、 煤层气富集与成藏
五、 煤层气资源与评价
六 、煤层气资源开采方法与技术
1 煤层气开采原理与特征
2 煤层气钻井与完井
5 煤层气集输与处理
5.1 集输总工艺流程
结合煤层气开发的井间距小、井口压力低、井数多等特点，通常采用 “低压集气、多井串接、两级增压、集中脱水”的集输工艺。
采气干线
集气干线
外输管道
4MPa
10MPa
井场 （多井场串接） 0.1 ～ 0.2MPa左右
集气站
（分离增压） 进站：0.05MPag 出站：3.6MPa左右
5 煤层气集输与处理
5.3 井场工艺
井口螺杆泵 分离器
水管线 气管线
水表
太阳能发电装置
安全阀
.
25
六、煤层气资源开采方法与技术
5 煤层气集输与处理
5.3 井场工艺
抽油杆
出水管线 出气管线
➢ 水产出通道：进入泵筒内的地层水
从油管排出；
音标
100m
➢ 气产出通道：煤层气从油管环形空
动液面
间产出。
➢ 充分利用油管排水，套管采气的井 筒结构，优化简化地面工艺流程和 设施。
煤层气地质学
.
1
课程提纲
一、 课程简介与煤层气概念 二、 国内外煤层气勘探开发现状 三、 煤储层物性特征 四、 煤层气富集与成藏 五、 煤层气资源与评价 六 、煤层气资源开采方法与技术
.
2
煤层气压裂和排采技术
20世纪80年代，我国开始引进和消化吸收国外先进的煤层气压裂技术，经过多年的 研究和实践，逐步形成了具有自主知识产权的煤层气压裂技术体系。
02
煤层气压裂技术原理
高压气体在煤层中的作用
01
02
03
扩展煤层裂隙
高压气体在煤层中产生压 力，使煤层产生裂隙，增 加煤层的渗透性。
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某矿区煤层排采技术的应用
总结词
实现了煤层气的持续稳定生产
详细描述
在某矿区，通过应用煤层排采技术，实现了煤层气的持续 稳定生产。该技术通过建立排水系统，将煤层中的水排出 ，从而释放出被水封存的煤层气。通过持续稳定的排采， 确保了煤层气的持续供应。
总结词
降低了生产成本
详细描述
该技术的应用显著降低了煤层气的生产成本。由于排采技 术能够有效地将煤层中的水排出，减少了人工排水和相关 设备的投入，从而降低了生产成本。
某矿区煤层气压裂和排采技术的联合应用
总结词
提高了资源利用率
VS
详细描述
联合应用这两种技术提高了该矿区的资源 利用率。通过气压裂和排采的联合作用， 充分释放了煤层中的气体资源，提高了资 源的利用率，延长了矿区的开采寿命。
某矿区煤层气压裂和排采技术的联合应用
总结词
促进了矿区可持续发展
详细描述
该技术的应用促进了该矿区的可持续发展。通过优化煤层气开发效果和提高资源利用率， 矿区的经济效益得到提高。同时，降低生产风险和保护环境也有利于矿区的可持续发展。
总结词
有效缓解了矿区环境压力
详细描述
不同压裂工艺下煤层气井排采效果分析
１ ０ — １ ２ — ４ １ １ — １ — ３ １ 卜２ 一 Ｚ ｌ １ — — ４ １ １ — ４ — ３ １ ３ — ５ — ３ １ １ — ６ — ２ １ １ 一卜２ １ １ — ８ — １ １ ｌ 一 ８ — ３ １
日期
图１ ＷＬ Ｇ ０ １井 、 ＷＬ Ｇ ０ ２井 和 ＷＬ Ｃ ， ０ ３井 日产 气 量 曲线 图
１ ． 背景
中煤科 工集 团西 安研 究 院 在淮 北 矿 区芦 岭 井 田施 ＿ Ｉ ＝ 的 ５口地 面 煤 层 气 井 ， 在 压 裂 过 程 中采 取 了 ３种 不 同 的压 裂 工艺 ： （ １ ） 常规 的活性 水压 裂工 艺 ； （ ２ ） 活性 水 压裂液伴注液态二氧化碳工艺 ； （ ３ ） 活性水压裂液伴注 液态氮 气 工艺 。 ２ ．常规 的活 性水压 裂 工艺 和活 性水压 裂液 伴注 液 态 二氧化 碳工 艺对 比 ＷＬ Ｇ ０ ３井在压 裂工 艺上 采用 活性 水压 裂液伴 注 液 态二 氧 化碳 工艺 ， 活 性 水 压 裂液 伴 注 液 态 二 氧 化 碳 工 艺是 通 过 在压 裂 过 程 中 向煤 层 内注 入 Ｃ Ｏ ， 极 易 挥 发 的液态 Ｃ Ｏ 在煤层间气化后 ， 体积迅速扩大上百倍 ， 有 利于压力封闭型煤层气藏克服在低渗透煤层中的流动 阻 力， 确 效增 加煤 层气 向井 筒 流 动 的推 动 力 ， 加快 了井 筒液 体 的有效 排 出 。气 化 Ｃ Ｏ 通过 与 甲烷 （ 煤 层气 ） 复 杂的物理和化学互相作 用过程 ， 使存于煤层 中少量气 态 甲烷被有效 挤出。由于 Ｃ Ｏ 具有高度的吸附性 ， 煤 层会 逐 步吸 附 Ｃ Ｏ ， 大 量 处 于 吸 附状 态 的 甲烷 ， 最 大 限 度地 从 煤层 中被 置 换 出来 ， 此外 Ｃ Ｏ ：在等 压 状 态 下 能 通过降低游离甲烷分压 ， 影 响其吸附等温线 ， 到达 吸附 甲烷 被 提取 出来 的 目的 。注人 气 体 还 增加 了煤层 气 向 井 筒流 动 的推 动 力 ， 有 利 于 压 力 封 闭 型 煤 层 气 藏 克 服 在低 渗 透煤 层 中 的 流 动 阻 力 ， 增 加 煤 层 气 井 产 量 和 采 收率 。Ｃ Ｏ 能够在一定程度上抑制水基压裂液对地层 黏土产生的膨胀作用 ， 同时水基压裂液用量的减少 ， 能 够 降低 压 裂 液 对 地 层 的 污 染 。 Ｃ Ｏ 溶 于 水 中 形 成 低 Ｐ Ｈ值 的酸液 ， 使 地 层 液 态 环 境 呈 酸性 ， 地 层 黏 土 颗 粒 收缩 ， 减 少黏 土颗粒 的运 移 ， 具 有 解堵 和抑 制 黏 土膨 胀 的作 用 。可见 活性 水压 裂 液伴 注 液 态 二氧 化 碳工 艺 具 有很好 的应用 前景 。 由于液 化 Ｃ Ｏ 的 临 界 温 度 为 ３ １ ℃， 临 界 压 力 为 ７ ． ３ ＭＰ ａ ， 因此就决 定 了活 性水 压 裂 液 伴 注 液 态 二 氧 化 碳工艺不会在任何条件都适用 ， 这就要求所要改造储
中国煤层气压裂技术应用现状及发展方向
中国煤层气压裂技术应用现状及发展方向一、引言煤层气压裂技术是煤炭开采中的一项重要技术，其应用可以有效地提高煤层的渗透性，增加煤炭的产量，提高开采效率。
本文将就中国煤层气压裂技术的应用现状及发展方向进行探讨。
二、高效增产技术1.水力压裂技术水力压裂技术是一种常用的煤层气压裂技术，其基本原理是通过高压泵将压裂液注入煤层，利用压裂液的流动压力使煤层产生裂缝，再通过支撑剂的填充，提高煤层的渗透性。
在中国，此技术已广泛应用于煤炭开采，并取得了良好的增产效果。
2.气体压裂技术气体压裂技术是一种新型的煤层气压裂技术，其基本原理是通过注入气体（如二氧化碳、氮气等）在煤层中形成高压，从而产生裂缝。
此技术的优点是可以有效降低对地层的伤害，提高采收率。
目前，此技术在中国的应用尚处于试验阶段，但未来有望得到广泛应用。
三、排采技术1.自动排采技术自动排采技术是一种先进的煤层气压裂技术，其基本原理是通过自动化设备进行排采，实现连续、自动的开采。
此技术的优点是可以提高开采效率，降低人工成本。
目前，此技术在中国的应用尚处于探索阶段，但未来有望得到广泛应用。
2.智能排采技术智能排采技术是一种基于物联网技术的煤层气压裂技术，其基本原理是通过传感器对煤层进行实时监测，根据监测数据调整排采参数，实现高效、安全的排采。
此技术的优点是可以提高开采效率，减少人工干预，降低事故发生率。
目前，此技术在中国的应用尚处于起步阶段，但未来有望得到快速发展。
四、发展方向1.高效增产技术的进一步发展随着煤炭开采技术的不断提高，高效增产技术将成为未来煤层气压裂技术的重要发展方向。
对于水力压裂技术，需要进一步研究新型的压裂液和支撑剂，提高压裂效果和采收率；对于气体压裂技术，需要进一步研究气体的注入方式和压力控制，实现更好的裂缝诱导和采收率提高。
2.排采技术的智能化和自动化随着自动化和智能化技术的不断发展，排采技术的智能化和自动化将成为未来煤层气压裂技术的重要发展方向。
煤矿区煤层气地面钻井抽采技术
煤矿区煤层气地面钻井抽采技术
2013-04-16 | 来源：矿产资源储量司 | 【大中小】【打印】【关闭】
一、技术类型
煤炭资源综合利用技术。
二、适用范围
适用于中硬、中渗透率、高含气量煤层的煤层气开发。
三、技术内容
（一）基本原理
采用地面钻井进入煤层排采煤层解吸和游离态的煤层气。
（二）关键技术
钻井工艺，水力压裂，煤层气排采工艺。
（三）工艺流程
钻井→固井→测井→完井→压裂→排采→集输。
四、主要技术特点
根据矿区煤层赋存条件和地形地貌，地面钻井可选用垂直井、丛式井、水平井、水平羽状井等开采煤层气。
钻井参数、井间距、井深等基本参数依据矿区具体条件设计。
如晋城矿区采用直径8英寸（215.9mm），下7英寸半（190.5mm）套管，井间距选用300m×300m。
五、典型实例及成效
该技术已在晋城、韩城、阜新、阳泉、淮南、淮北等矿区应用。
晋城无烟煤集团已形成直井为主的地面钻井规模化开采煤层气。
2010年地面井抽采煤层气9.08亿
m3。
六、推广前景
煤矿区地面煤层气开采技术解决了煤层透气性低、解吸难度大的难题，形成了从钻井、完井、压裂抽采和集气输送的成套工艺，实现了商业化运营，可以在各煤层气富集矿区推广应用。
煤层气排采技术(谷风研究)
技术研究
9
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、
排采系统
井下设备
动力系统设备 地面排采流程
技术研究
梁式泵 螺杆泵 电潜泵
发电机 控制柜 排液系统 采气系统
17
气井系统
井下泵挂结构: • 73mm抽油管 • 回音标 • 管式泵 • 尾管 • 筛管 • 沉砂管 • 丝堵
技术研究
音标 100m 动液面
尾管 沉砂管
抽油杆 出水管线 出气管线
表层套管 Φ244.5mm 煤层套管 Φ139.7mm 水泥返高
地层含水性、排水速度等因素，
持续时间可能是几天技或术研数究 月。
10
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。
ห้องสมุดไป่ตู้
技术研究
11
排采阶段的划分
技术研究
3
煤层气储技层术研与究常规天然气藏的特性比较
4
产出机理：
技术研究
5
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。
煤层气井排水采气技术
第一章：煤层气井生产特征
1.5 影响煤层气井排采效果的主要因素
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) 回压造成压力波及的距离受 限,降压漏斗难以有效扩展，恢复排采后需要很长时间排水, 气产量才能 上升到停排前的状态。（4）贾敏效应和速敏效应
第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
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
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。
第二章：国内外煤层气井排采设备研究
2.1 国外研究现状
1986年，美国又开始使用螺杆泵排水采气实验，不断地改进螺杆泵 系统，使其发展到适合煤层气井排水所需的排量和扬程，同时可以 很好地适应井液中细煤粉及气液混合体，加上投资成本和运行成本 低等特点，使该设备在特殊开采要求的煤层气井中得到推广。
煤层气排采技术规范
煤层气企业标准煤层气井排采工程技术规范(试行)2008-08-18发布2008-08-18实施煤层气企业标准煤层气井排采工程技术规范1范围本标准规定了煤层气井排采工程施工过程中各工序的技术标准，包括排采总体方案的制定、泵抽系统、排采设备及地面流程的安装、场地标准、下泵作业、洗井、探冲砂、资料录取、分析化验、总结报告编制等技术要求。
本标准适用于煤层气井的排采作业工程。
2引用标准下列标准所包含的条文，通过对标准的引用而成为本规范的条文。
中联煤层气有限责任公司煤层气井排采作业管理暂行办法SY/T 5587.6-93 油水井常规修井作业起下油管作业规程SY/T 5587.7-93 油水井常规修井作业洗井作业规程SY/T 5587.16-93 油水井常规修井作业通井、刮削套管作业规程SY/T 5587.5-93 油水井常规修井作业探砂面、冲砂作业规程SY/T5523-92 油气田水分析方法SY/T6258-1996 有杆泵系统设计计算方法3 排采总体方案的制定3.1基本数据3.1.1钻井基本数据钻井基本数据包括地理位置、构造位置、井别、井型、施工单位、目的层、开钻日期、完钻日期、完井日期、钻井周期、完钻井深、完钻层位、最大井斜、井深、方位、人工井底、补芯高。
3.1.2完成套管程序完成程序包括套管规范、下深、钢级、壁厚、水泥返高、固井质量、短套管、油补距。
3.1.3煤层深度、厚度及射孔井段3.1.4解吸/吸附分析成果包括含气量、含气饱和度、临界压力3.1.5注入/压降测试及原地应力测试数据包括渗透率、表皮系数、储层压力、压力梯度、研究半径、煤层温度、闭合压力、闭合压力梯度、破裂压力等。
3.2 排采总体方案3.2.1排采目的3.2.2排采目的层及排采方式3.2.3排采设备及工艺流程设计3.2.4排采周期3.3工艺技术要求3.3.1动力系统3.3.2抽油机3.3.3泵挂组合3.3.4 地面排采流程a.采气系统；b.排液系统；3.4排采作业管理3.4.1设备管理3.4.2排采场地、人员3.4.3排采资料录取3.4.4排采动态跟踪3.4.5排采汇报制度3.5安全、环保及质量要求3.6应提交的资料、报告3.6.1施工设计书(一式十份)3.6.2排采资料(一式两份)a.排采日报、班报b.排采水样半分析原始记录c.排采水样全分析报告d.排采气样全分析报告e.排采水、气产量动态曲线f.液面资料、示功图资料g.修井资料h.阶段性总结报告3.6.3总结报告（一式十份）3.7排采主要设备、材料4 泵抽系统及地面流程的安装4.1泵抽系统4.1.1执行《中联煤层气有限责任公司煤层气井排采作业管理暂行办法》。
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一.煤层压裂地质特征
基质渗透率普遍低，储层物性变化大
四 个 区 块 的
渗 透 率 分 布
受 所 取 煤 样 所 限 ，
室 内 实 验 结 果 可 能
不 完 全 具 有 代 表 性
汇 报 提 纲
一．煤层压裂地质特征
二．煤层压裂裂缝规律
三．煤层气采出机制
四．煤层压裂技术革命的发展方向
五．煤层压裂技术革命的实现途径
64
二.煤层压裂裂缝规律
裂缝规模：用煤层压裂三维模拟软件计算支撑裂缝（有效裂 缝），并用现场监测的动态缝长进行校核
统计模拟结果表明：水力 裂缝在长轴方向的支撑裂 缝半长在45-81m之间， 平均为59.2 m，占动态 裂缝半长的49.7%；估算 在短轴方向的支撑裂缝半 长为40m左右
为便于后面研究和计算， 设定裂缝规模：长轴、短 轴方向的支撑裂缝半长分 别为60、40m，长轴与 短轴之比为3:2
150
150
K=0.01mD
120
K=0.01mD K=0.1mD
120
K=0.1mD K=1mD K=10mD
流经的距离（米）
K=1mD K=10mD
流经的距离（米）
90
90
60
60
30
30
0 0 5 流动时间（年） 10 15
0 0 5 流动时间（年） 10 15
不同渗透率储层在不同压差下流体流经的距离与流动时间的关系
压降面积与支撑裂缝面积随生产时间的变化
面积 （m2） 支撑裂缝面积 5年 不压裂 0 压裂 7540 10年 不压裂 0 压裂 7540 15年 不压裂 0 压裂 7540
压降面积
8044
31480
12908
40586
15262
44699
条件：煤层均质且各向同性，渗透率为0.1mD，不因压裂和排采而变 10MPa压差稳定、连续生产 排采不影响支撑裂缝的规模和导流能力
300 长轴方向 250 短轴方向
动态裂缝半长（米）
200
150
120×60m
100
50
0 800 1800 压裂液用量（方） 2800 3800
258.3×136.9m
五.煤层压裂技术革命的实现途径
有效支撑裂缝：动态裂缝不管用，支撑裂 缝才有效，这与页岩气体积压裂本质不同
最重要和关键的途径：
长轴
短 轴
短轴 长轴
韩3-1-015井11#煤层压裂的微地震监测结果
二.煤层压裂裂缝规律
裂缝形态：根据压裂基础理论，结合煤层压裂地质特征，以 现场裂缝监测结果为依据，综合判定煤层压裂所形成的水力 裂缝为裂缝网络，平面上呈不规则的椭圆形；为便于研究和 计算，平面上简化为基本规则的椭圆形
③ 微细裂缝，连接于次裂 缝，小割理或微裂隙 ① 主裂缝，从井筒向外， 沿最大主应力方向延伸 以井为中心，基本呈对称分布 ② 次裂缝，连接于主裂缝 开始延伸，大割理 该裂缝网络主要由主裂 缝、次裂缝、微细裂缝 交织而成，可形象化比 喻为交通网络，其中主 裂缝是高速公路，次裂 缝是普通公路，微细裂 缝是乡村小道
煤层气压裂和排采技术
前
言
煤层压裂是煤层气开发利用的核心和关键。近年来，煤层 压裂在技术上已有很大进步，在应用上已取得显著成效，
但也暴露出一些重大问题，亟待转变思想，大胆创新，以
煤层压裂技术革命的形式，用非常规手段（这里提出非常 规体积压裂）解决制约这种非常规资源勘探开发的技术难
题和瓶颈，真正实现煤层气井长期高产稳产
水 平 缝
转 向 缝
复杂裂缝 裂
Tห้องสมุดไป่ตู้形 缝
缝 网 络
水平井压裂形成裂缝网络，称之为体积压裂；直井压裂形 成裂缝网络，称之为缝网压裂，也属于体积压裂的范畴
二.煤层压裂裂缝规律
裂缝形态：从煤层压裂的现场监测结果来看，无论是测斜仪 监测，还是微地震监测，9井14层压裂形成的水力裂缝形态 都是一致的。这里仅显示韩3-1-015井11#煤层压裂的微地 震监测结果，并进行分析
煤层压裂裂缝模型
该裂缝模型可解释所有现场现象，易于被专业人士接受
二.煤层压裂裂缝规律
裂缝规模：为研究煤层压裂所形成水力裂缝的规模，对测斜 仪监测结果和微地震监测结果进行统计分析
9井14层压裂的裂缝监测结果
井号 韩3-5-077 煤层 11# 5# 3# 11# 11# 5# 3# 11# 11# 5# 5# 11# 11# 11# 裂缝方位 NE150 NE345 NE30 NW10 裂缝长轴/m 200 170 340 180 270 160 390 300 210 160 100 192 238 裂缝短轴/m 160 170 140 110 150 160 70 160 100 50 100
韩3-5-086
韩3-1-015 WL2-018向1 合试5 合试4 韩3-3-039 韩3-4-085 韩3-4-086
NE50 NE40 NE45 NE45
NE57 NE57 NE57
水力裂缝在长轴方向的动 态裂缝半长在85-195m 之间，平均为119m；在 短轴方向的动态裂缝半长 在50-85m之间，平均为 63.5m；长轴与短轴之比 为1:0.53 为便于后面研究和计算， 设定裂缝规模：长轴、短 轴方向的动态裂缝半长分 别为120、60m，长轴与 短轴之比为2:1
四.煤层压裂技术革命的发展方向
非常规体积压裂：在尽可能不降低煤层 渗透率的前提下，造最大可能的支撑裂 缝网络，形成横贯南北、跨越东西、四 通八达的立体化裂缝网络，完全彻底地 沟通远井区域，流体奔流入井
发展方向
四.煤层压裂技术革命的发展方向
同时，承前启后，推动地质选区、选井选层、井网部署、合 理完井、正确排采等技术，实现跨越式发展（后面专门详细 探讨井网部署、正确排采等）
最重要和关键的途径：
压裂液粘度 施工排量 压裂液用量
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝：①提高压裂液粘度是必然的选择，但压裂液 的高效能与低伤害、与低成本永远是矛盾
根据模拟结果，考虑低伤害 与低成本的要求，压裂液粘 度可选3－6cp，最佳5cp
300
长轴方向
250
短轴方向
弹性模量
泊松比 弹性模量 泊松比 弹性模量 泊松比 弹性模量
2812.3
0.41 1576.5 0.32 1637.1 0.30 2865.1
MPa
无因次 MPa 无因次 MPa 无因次 MPa
大宁－吉 县区块
原煤电镜扫描结果
一.煤层压裂地质特征
普遍发育天然裂缝、面割理与端割理，充填物少，主要为碳 酸钙、黄铁矿等
动态裂缝网络
支撑裂缝网络
汇 报 提 纲
一．煤层压裂地质特征
二．煤层压裂裂缝规律
三．煤层气采出机制
四．煤层压裂技术革命的发展方向
五．煤层压裂技术革命的实现途径
六．煤层压裂技术革命的可行方案
七．煤层压裂技术革命的配套措施 八．结论、展望与建议
三.煤层气采出机制
采出机理及过程：煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤 层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离， 通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再经裂缝流入井筒，即 先解吸扩散后渗流入井的采出过程
端割理
面割理
一.煤层压裂地质特征
属于典型的压敏储层，压力敏感性强
六块煤芯的压敏实验结果
10
8
-3 渗透率（10 μ m2 ）
B C E G
6
F H
4
2
0 0 2 4 6 8 10 12 14
净围压（MPa）
当围压增至12MPa时，煤芯剩余渗透率在1.78～5.14%，平均为3.86%
当回复至1MPa时，煤芯渗透率损失在55.12～78.48%，平均为63.91%
300 长轴方向 250 短轴方向
动态裂缝半长（米）
200
150
120×60m
100
50
0 7 10 13 施工排量（方/分钟） 16 19
176.2×93.4m
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝：③众所周知，大规模
根据模拟结果，找拐点，压 裂液用量可选2800－3500 m3，最佳3000m3
高性能压裂液和超高排量 支撑剂轻重结合
支撑剂大小结合
布砂方式优化
五.煤层压裂技术革命的实现途径
有效支撑裂缝：①高粘压裂液易于携砂， 超高排量便于带远
五.煤层压裂技术革命的实现途径
有效支撑裂缝：②超低密度支撑剂输送到 远端，普通密度支撑剂铺设于近井地带
流入支撑裂缝或井筒
气体从基质中解析
面割理 端割理
三.煤层气采出机制
采出机理及过程：煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤 层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离， 通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再经裂缝流入井筒，即 先解吸扩散后渗流入井的采出过程
流入支撑裂缝或井筒
气体从基质中解析
面割理 端割理
200
动态裂缝半长（米）
150
120×60m
100
50
143.7×76.2m
1 4 压裂液粘度（厘泊） 7 10
0
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝：②提高压裂施工排量是必须的，唯有强大的 动能，才能满足超常规的需求
根据模拟结果，考虑设备能 力，施工排量可选15－20 m3/min，最佳16m3/min
汇 报 提 纲
一．煤层地质特征
二．煤层压裂裂缝规律
三．煤层气采出机制
四．煤层压裂技术革命的发展方向
五．煤层压裂技术革命的实现途径