煤层气井排水采气讲座-2011-08-10
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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。
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。
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.8 控压产气阶段：
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
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。
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。
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：
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
2.5 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
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。
煤层甲烷主要以物理吸附状态储存于煤岩之中，连续不断的排水将使煤储 层中的压力持续下降，当煤储层中的孔隙、裂隙压力低于甲烷的临界解吸压力 时，在压力差、浓度差和相关条件的共同作用下，煤层甲烷便从煤岩表面解吸 出来，扩散并运移到煤层裂隙中，最终以游离气的方式，通过井筒采出地面。
由于煤岩是一种特殊的以固定碳为主的有机岩体，除了煤岩的外表面吸附 甲烷外，煤岩体内部吸附的甲烷更多，依靠煤层孔隙、裂隙不断地降压，煤岩 外表面的甲烷不断地解吸和产出，煤岩内部的甲烷在压力差和浓度差等多种条 件的作用下，不断地由煤岩内表面向煤岩的外表面运移，给煤岩的外表面甲烷 解吸和产出提供物质支持，直到煤岩内外的甲烷解吸到枯竭，整个煤层只剩余 残留甲烷为止。
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
mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/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
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。
编撰：李玉魁
3、影响排水采气生产的主要因素分析
3.1 排水采气生产过程中煤层应力的变化
煤层气井排水采气生产过程中，煤层应力的变化是一个较长期的过程。任 何一口煤层气井，随着排水生产的持续进行，井筒内的动液面会不断地下降， 井底压力也会不断下降，在压力传导作用下，煤层裂隙的压力也将随之下降； 在煤层围岩压力作用下，煤岩与煤层裂隙的压力差将逐步增加，随着这种压力 差的增加，无论是煤层内的原生和次生裂隙或是压裂的裂缝，其有效宽度和体 积都将逐渐变窄和变小；对于煤岩这种以固体有机碳为主要成分的特殊岩体， 应力与应变的关系是比较复杂的，它们有一个共同特点就是：随着应力差的增 加，煤岩的渗透率逐步下降，其对应关系是曲线而不是直线；当围岩与孔隙的 应力差增加到一定的数值时，煤岩的渗透率将下降到难以使煤层水流动的状 态，我们把这个应力值称为煤层的临界应力。随着应力差的减小，煤岩的渗透 率会有所恢复，但是，煤岩渗透率的恢复值很低；在应力差增加的不同阶段， 煤岩渗透率下降的速度有很大的差别。煤岩的应力敏感对于我们控制生产井的 液面下降速度、控制井底的流动压力、控制煤层的压力下降、控制煤层气井的 产量都有重要的意义。同时，也是我们探讨不同区块、不同类型的煤层其合理 开发深度的依据；也是高应力区煤层气开发需要特别关注的问题。
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
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
2.3 排采调整阶段：
排采初期阶段，由于我们对煤层认识的局限性，很难迅速 找到合理的排采生产制度。所以，必须由小到大地逐步调整排 采生产制度，逐步达到排采降液的设计要求。
2.4 稳定降液阶段：
经过初期的排采生产，基本掌握了煤层的产水、供水能力 后，就可以确定比较合理的排采生产制度进行排采生产。由于 煤层的供水能力随着井底压力的变化而变化，所以，稳定降液 阶段还需要对排采生产制度进行调整，不断满足稳定降液的排 采要求。
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
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
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
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
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.9 控压稳产阶段：
经过一段时间的连续排水采气生产，煤层的压力降范围会 进一步扩展，煤层的供气面积逐渐增加，煤层的供气能力不断 增加、供水能力逐渐稳定，这时，就要稳定排水采气的生产制 度，保持煤层气井的稳定生产。
2.10 产能测试阶段：
煤层气井稳定生产一段时间后，就可以根据需要，按照设 计进行产能测试。产能测试阶段的主要任务是：保持稳定的生 产工作制度，取得稳定生产工作制度条件下的稳定的气、水产 量和生产压力，获得准确的水样、气样化验分析数据。
图2
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
钻井原井眼切面
初应力变化后的井眼切面
终应力变化井眼切面
图 3 多分支水平井排采过程井眼切面应力变化示意图
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
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。
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。
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.8 控压产气阶段：
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
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。
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。
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：
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
2.5 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
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。
煤层甲烷主要以物理吸附状态储存于煤岩之中，连续不断的排水将使煤储 层中的压力持续下降，当煤储层中的孔隙、裂隙压力低于甲烷的临界解吸压力 时，在压力差、浓度差和相关条件的共同作用下，煤层甲烷便从煤岩表面解吸 出来，扩散并运移到煤层裂隙中，最终以游离气的方式，通过井筒采出地面。
由于煤岩是一种特殊的以固定碳为主的有机岩体，除了煤岩的外表面吸附 甲烷外，煤岩体内部吸附的甲烷更多，依靠煤层孔隙、裂隙不断地降压，煤岩 外表面的甲烷不断地解吸和产出，煤岩内部的甲烷在压力差和浓度差等多种条 件的作用下，不断地由煤岩内表面向煤岩的外表面运移，给煤岩的外表面甲烷 解吸和产出提供物质支持，直到煤岩内外的甲烷解吸到枯竭，整个煤层只剩余 残留甲烷为止。
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
mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/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
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。
编撰：李玉魁
3、影响排水采气生产的主要因素分析
3.1 排水采气生产过程中煤层应力的变化
煤层气井排水采气生产过程中，煤层应力的变化是一个较长期的过程。任 何一口煤层气井，随着排水生产的持续进行，井筒内的动液面会不断地下降， 井底压力也会不断下降，在压力传导作用下，煤层裂隙的压力也将随之下降； 在煤层围岩压力作用下，煤岩与煤层裂隙的压力差将逐步增加，随着这种压力 差的增加，无论是煤层内的原生和次生裂隙或是压裂的裂缝，其有效宽度和体 积都将逐渐变窄和变小；对于煤岩这种以固体有机碳为主要成分的特殊岩体， 应力与应变的关系是比较复杂的，它们有一个共同特点就是：随着应力差的增 加，煤岩的渗透率逐步下降，其对应关系是曲线而不是直线；当围岩与孔隙的 应力差增加到一定的数值时，煤岩的渗透率将下降到难以使煤层水流动的状 态，我们把这个应力值称为煤层的临界应力。随着应力差的减小，煤岩的渗透 率会有所恢复，但是，煤岩渗透率的恢复值很低；在应力差增加的不同阶段， 煤岩渗透率下降的速度有很大的差别。煤岩的应力敏感对于我们控制生产井的 液面下降速度、控制井底的流动压力、控制煤层的压力下降、控制煤层气井的 产量都有重要的意义。同时，也是我们探讨不同区块、不同类型的煤层其合理 开发深度的依据；也是高应力区煤层气开发需要特别关注的问题。
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
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
2.3 排采调整阶段：
排采初期阶段，由于我们对煤层认识的局限性，很难迅速 找到合理的排采生产制度。所以，必须由小到大地逐步调整排 采生产制度，逐步达到排采降液的设计要求。
2.4 稳定降液阶段：
经过初期的排采生产，基本掌握了煤层的产水、供水能力 后，就可以确定比较合理的排采生产制度进行排采生产。由于 煤层的供水能力随着井底压力的变化而变化，所以，稳定降液 阶段还需要对排采生产制度进行调整，不断满足稳定降液的排 采要求。
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
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
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
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
编撰：李玉魁
2、煤层气井排水采气生产的基本阶段
2.9 控压稳产阶段：
经过一段时间的连续排水采气生产，煤层的压力降范围会 进一步扩展，煤层的供气面积逐渐增加，煤层的供气能力不断 增加、供水能力逐渐稳定，这时，就要稳定排水采气的生产制 度，保持煤层气井的稳定生产。
2.10 产能测试阶段：
煤层气井稳定生产一段时间后，就可以根据需要，按照设 计进行产能测试。产能测试阶段的主要任务是：保持稳定的生 产工作制度，取得稳定生产工作制度条件下的稳定的气、水产 量和生产压力，获得准确的水样、气样化验分析数据。
图2
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
钻井原井眼切面
初应力变化后的井眼切面
终应力变化井眼切面
图 3 多分支水平井排采过程井眼切面应力变化示意图
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