第九章 煤层气地面排采技术
煤层气压裂和排采技术
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
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。
煤层气排采技术讲课文档
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。
第十四页，共71页。
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
维护量小、 15.2-50 防砂、
煤粉能力强
换泵的价 格
较高
电潜泵
QYB101Q YB101-5050-500S
24-65
维护量小、 防砂、
煤粉能力强
换泵的价 格
较高
第二十五页，共71页。
排水采气方法
梁式泵法
煤 螺杆泵法 有杆泵
层
气 电潜泵法
排
水 气举法
采 水力喷射泵法 气 的 泡沫法 方
法 优选管柱法
产出机理：
第五页，共71页。
பைடு நூலகம் 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。
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。
第十三页，共71页。
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
煤层气地面开采安全规程(试行)(2013年修正)
煤层气地面开采安全规程(试行)(2013年修正) 文章属性•【制定机关】国家安全生产监督管理总局(已撤销)•【公布日期】2013.08.29•【文号】家安全监管总局令第63号•【施行日期】2012.04.01•【效力等级】部门规章•【时效性】现行有效•【主题分类】劳动安全保护正文煤层气地面开采安全规程（试行）（2012年2月22日国家安全监管总局令第46号公布，根据2013年8月29日国家安全监管总局令第63号修正）第一章总则第一条为了加强煤层气地面开采的安全管理，预防和减少生产安全事故，保障从业人员生命健康和财产安全，根据《中华人民共和国安全生产法》等法律、行政法规，制定本规程。
第二条在中华人民共和国境内从事煤层气地面开采及有关设计、钻井、固井、测井、压裂、排采、集输、压缩等活动的安全生产，适用本规程。
国家标准、行业标准对煤矿井下瓦斯抽采和低浓度瓦斯输送安全另行规定的，依照其规定。
第三条煤层气地面开采企业以及承包单位（以下统称煤层气企业）应当遵守国家有关安全生产的法律、行政法规、规章、标准和技术规范，依法取得安全生产许可证，接受煤矿安全监察机构的监察。
国家鼓励煤矿企业采用科学方法抽采煤层气。
依法设立的煤矿企业地面抽采本企业煤层气应当遵守本规程，但不需要另行取得安全生产许可证。
第四条煤层气企业应当建立安全生产管理机构，配备相应的专职安全生产管理人员；建立健全安全管理制度和操作规程，落实安全生产责任制，配备满足需要的安全设备和装备。
第五条煤层气企业的主要负责人对本单位的安全生产工作全面负责。
煤层气企业的主要负责人和安全生产管理人员应当按照有关规定经专门培训并考核合格取得安全资格证书。
第六条煤层气企业应当制定安全生产教育和培训计划，对从业人员进行安全生产教育和培训，保证从业人员具备必要的安全生产知识，熟悉有关的安全生产规章制度和安全操作规程，掌握本岗位的安全操作技能。
未经安全生产教育和培训合格的从业人员，不得上岗作业。
煤层气排采技术
一、煤层气排采的工艺技术
2、煤层气井排采的关键
控制井底流压、控制煤粉的产出。
压力管理 降压的连续性 产水量 产气量 套管压力
煤粉管理 及时性 可控性 设备维护 储层保护
引导地质过程
生产连续性、及时性、可控性 获得最大产量
井底流压
气量下降，地面放气阀堵塞
上涨
套压不变 地层新的裂缝开始产水
敲击放气阀，放气
先做观察，待井底流压稳定后 继续降压生产
套压下降 两相流水相大于气相
加大排水量
井底流压 不变
套压上涨 套压不变 套压下降
液位下降，抽排过快 达不到降压要求 液位上涨，抽排慢
先降转速，然后做放气操作 加大排水量，然后放气 加大排水量
一、煤层气排采的工艺技术
各阶段的生产特点及核心目标
⑤控压稳产阶段：根据单井的生产能力确定合理的产能指标进行稳定 生产。产液量和产气量相对稳定。排采控制的重点是尽可能维持排采 作业的连续性和稳定性 、不追求峰产 ，尽量控制井底流压，以延长 稳产时间，实现煤层气井产量最大化。 核心目标：控制流压在一定值，稳定产量。
套压上涨 转速过高
适当放气
井底流压 套压不变
------------------------
下降
套压下降
气量上涨，做完放气操作 气量下降，地层通道堵塞
调整排量，稳定液面 降低排量，稳定井底流压
正确的理解生产参数的变化，是实现生产过程控制的前提和基础。对 不同单井由于开发层位不同，即使同一层位的井也由于煤储层的非均 质性及工程等因素，排采过程中会出现多种情况，需做出合理判断并 及时调整，做到单井精细化管理。
煤层气排采技术规范
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》。
煤矿区煤层气井地面抽采技术及应用
煤矿区煤层气井地面抽采技术及应用摘要：煤矿开采期间，底层容易发生剧烈活动，导致采动区上的覆岩层出现大量的裂隙、离层等情况，势必会显著提高煤岩层的透气性，使得由卸压煤层所释放的瓦斯可以在煤岩层中富集与流动，这也被称为煤层开采的“卸压增透效应”。
本文基于煤矿区煤层气井地面抽采技术及应用展开论述。
关键词：煤矿区煤层气井地面抽采技术及应用引言采矿工程过程中不安全的因素客观存在，如果不能有效地控制，发生安全事故的概率会增加，妨碍工程顺利进行，威胁到工人的生命安全。
因此，各煤矿必须加强矿山安全管理，制定完善的矿山工程不安全因素分析处理规范，将具体矿山工程特点与施工要求相结合，分析具体不安全因素类型，提出相应的解决对策，提高煤矿开采工程建设的合理性和科学性，确保矿山工程施工效率，提高煤矿的安全生产意识，实现可持续发展。
1煤矿区煤层气开发模式煤与煤层甲烷的共生决定煤炭开采与煤层甲烷开发密切联系及相互作用。
关于加快煤矿瓦斯（CBM）排放利用的一些意见》（国家发行[2006]47）明确提出了“先开采瓦斯，后开采煤炭，再开采煤炭的瓦斯一体化”煤层气开发原则。
“为了防止煤矿瓦斯事故、充分利用能源资源和有效地保护生态环境，必须同时采取各种鼓励和支持措施，以及先后采矿、管理和利用。
”采用地面煤层气有效降低煤气含量，有利于煤炭资源的安全开采与开采活动的联系。
与此同时，煤炭开采导致附近岩层移动，邻近层的透气性大大提高，有助于CBM资源的有效开发。
煤炭企业开发煤层甲烷的主要目的在于为煤矿生产提供安全的煤气环境，CBM开发是从属的，而CBM煤气开发的目的仅仅是为了获得经济利益，勘探和开发受煤炭生产的限制，CBM井网布局受煤炭开采计划、工作面布局和开采速度的限制，受煤炭开采影响，煤矿区的煤层井受到服务年限一般较短，CBM勘探和开发要求在短时间内降低煤层的煤气含量，以满足为了实现煤与煤层气协调发展，实现“抽、挖、开采”的协调，根据煤炭开发的时空继承规则，一般将煤矿部门划分为规划区、准备区和生产区，煤矿规划区尚未开始开采，该区域的煤气含量一般大于16m3/t。
煤层气地面井排采方法,系统设备,技术特点及适用条件综述
煤层气地面井排采方法,系统设备,技术特点及适用条
件综述
煤层气地面井排采方法概述：
煤层气地面井排采方法指的是通过对煤层进行开采，将地下的煤层气引入地面井下，通过地面设备将气体分离、净化、压缩、输送到用气场所使用的一种技术。
系统设备概述：
煤层气地面井排采系统设备主要包括煤层气提取装置、气体分离、净化、压缩设备、管道输送系统和燃气利用设备等。
技术特点概述：
1. 煤层气地面井排采技术具有资源丰富、直接可利用、环保节能等优势。
2. 采用地面井排采方式，可以更有效地掌控煤层气产生的情况，提高煤层气开采效率和经济效益。
3. 采用现代化的煤层气提取、净化和利用设备，可以降低煤层气开采成本和环境污染风险。
适用条件概述：
1. 煤层气储层地质条件应具备高储层厚度、煤层易开采、煤层气产气量大等特点。
2. 煤层气井开采区周围应不具备对环境产生重大影响的条件，避免环境风险和社会危害。
3. 需要完善的煤层气地面井排采技术和设备，以保证排采效率高、安全可靠、经济效益优秀。
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
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。
煤层气地面开发技术
煤层气地面开发技术第一节主要内容：一、煤层气井完井方式1、裸眼完井裸眼完井又分为常规裸眼完井和裸眼洞穴完井。
（1）常规裸眼完井通常，煤层气井裸眼完井是在煤层顶部下表层套管后，一直钻进煤层至设计深度终孔，将煤层用砂或砾石填满，然后将套管下到煤层上方并注水泥返至地表，再用空气或水冲洗井眼，使煤层裸露。
（2）裸眼洞穴完井裸眼洞穴完井适用于高压、高渗透性厚煤层。
该方法是在井底造一个大的洞穴，下入割缝衬管后进行排采作业。
2、套管射孔完井套管射孔完井时钻穿煤层直至设计井深，然后下生产套管至煤层底部“口袋”，注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿生产套管、水泥环并穿透煤层某一深度，建立起气流的通道。
3、混合完井混合完井也叫多煤层完井，根据各煤层的特点和上下围岩的性质，使裸眼完井和套管完井在同一口井同时使用。
混合完井的形式包括套管射孔完井、套管射孔+裸眼完井、裸眼洞穴完井等几种类型。
一般情况下，上部煤层采用套管射孔或套管割缝完井，下部煤层采用裸眼完井或裸眼洞穴完井。
4、水平井完井技术水平井完井由地面垂直向下钻至造斜点后，以中、小曲率半径侧斜钻进目的煤层，在煤层中按设计方向延伸几百米至上千米。
水平井的水平段一般采用裸眼1完井或4英寸（11.43cm）割缝衬管完井。
2二、煤层气井固井工艺向煤层气井的钻井井眼中下入套管，并在套管和井壁的环空中注入水泥浆，以加固井壁、封隔煤层的施工程序叫固井。
通常煤层气井从大到小要下两至三层套管。
1、下套管下入井内的套管，根据其作用不同，可分为三种。
第一种为表层套管，其作用是封隔地表不稳定的松软易坍塌地层、水层、漏层；安装井控的井口装置。
第二种是支撑中间套管，下入深度一般是数十米到数百米，水泥返到地面。
第三种为生产套管，它将目的层与非目的层隔开，给煤层气生产形成中途不流失的通道，为实施增产措施创造条件，水泥返到地面。
2、注水泥固井作业所用水泥是一种有特殊要求的硅酸盐水泥，其成分、物理化学性能都有明确而具体的要求。
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。
煤层气地面垂直井排采技术研究共18页文档
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煤层气地面垂直井排采技术研究
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·巴顿
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2. 煤层气井生产过程
（3）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。
了井底流压及其近井地带煤层的流体 压力，从而形成漏斗型等压曲线。
压降漏斗形态取决于煤层 的孔隙度、渗透率、原始储层压力以 及排水速度等。
2. 煤层气井生产过程
（1）煤层气井生产阶段 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 中期稳定生产阶段 后期气产量下降阶段
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举升至地 面。
3. 煤层气井排采系统
排采设备
气
举
气 举
泵
阀
工作原理
技术特点
通过气举阀，从地面将高 气举阀气举的运作过程： 压煤层气注入井中，利用 ①注入气经套管进入油套环形空间。 气体的能量举升井筒中的 ②气体经阀孔进入油管。 井液，使井恢复生产能力。 ③卸载阀以上的液柱被顶替至地面。
体排出井口。
④转子上部与抽油杆连接，定子固定于
泵
钢管内，其上端与油管连接，转子位定
子内转动，实现抽吸功能。
⑤当转子旋转时，即将井液和气体从油
管内举升至地面
3. 煤层气井排采系统
排采方法-螺杆泵
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： 地面装置：电动机和皮带轮， 驱动抽油杆和井下泵
对于给定的一口煤层气井，究竟选择何种排水采气工艺应在对 气井压力、产量及产水情况进行分析的基础上，地面环境、井下状 况、开采条件、维修管理等也是考虑的重要因素。此外，选择排采 设备时，还需要考虑可靠性、设计难易、维护简便性等。而最终考 虑因素是经济投入。
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3. 煤层气井排采系统
排采设备
工作原理
技术特点
特点： 优点是可以输送固体含量较高的流体， 对初始产量适应范围广，但该系统需要 压缩气体作为气源
3. 煤层气井排采系统
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
音标 100m 动液面
尾管 沉砂 管
抽油杆 出水管线 出气管线
的回压，从油套环形空间采出 ④抽油杆将往复运动传给井下泵柱塞。
煤层气的目的。
⑤抽油泵筒的下部装有固定阀，柱塞上装有游
动阀，在抽油杆往复运动时，完成抽油泵的排
出和吸入过程。
潜油电泵的泵体及其辅助部分 潜油电泵排采地面和井下设备组合为：
电
安装在油管的最下端，下至井 ①动力电缆将地面电力送至井下电机。 内被抽吸液体中的预定位置， ②保护器防止井液进入电动机。
连接部分-抽油杆，由一或几种直井直 径和钢级的抽油杆和接箍构成
特点：
结构简单，操作方便，经久耐用，每天 抽水量可达400方，但一次性抽水量不 能超过95方，
3. 煤层气井排采系统
梁式泵工艺流程
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。
将柱塞作为气液之间的机 柱塞气举的工艺流程为：
械界面，依靠气井原有的 ①地面控制器控制薄膜阀关闭生产管线，活塞
气
气体压力，以一种循环的 油管内的气液下落。
柱 方式推动活塞在油管内上 ②活塞下落至油管卡定器处，撞击缓冲弹簧，
举
塞 下移动，将井内液体带出， 液面开始上升。 气 同时阻止液体的回落，消 ③薄膜阀打开，油管内液面上升，环形空间液
梁
将抽油泵下入到井筒液面以下 排采运作过程：
式
的适当深度，泵柱塞在抽水机 ①电动机通过三角带传动，带动减速器。 的带动下，在泵筒内作上下往 ②减速后由曲柄、连杆、横梁和游梁等四连杆
泵
复抽吸运动，从而达到从油管 机构把旋转运动变为驴头往复运动。
内抽吸排水、降低液柱对井底 ③驴头带动光杆和杆柱作上下往复动。
井底流压的影响：井底流压是反映产气量渗流压力特征的参数 ,制定合理的排采制度和进行精细的排采控制应该以井底流压为依 据。较低的井底流压, 有利于增加气的解吸速度和解吸气体量。
2. 煤层气井生产过程
（3）影响煤层气井排采效果的主要因素
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) 降压漏斗得不到充分的扩展, 只有井筒附近很小范围内的煤 层得到了有效降压和少部分煤层气解吸出来，气井的供气源将受到了 严重的限制。(3) 对于常规压裂的直井在排采初期 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；(4) 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。我国大多数煤层属于低含水煤层, 因此抽排速度一定要按照煤层的产水潜能, 进行合理排水。
有效地控制生产压差和产量
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3. 煤层气井排采系统
3. 煤层气井排采系统
梁式泵
排采设备
螺杆泵
排采系统
动力系统设备
电潜泵 发电机 控制柜
地面排采流程
排液系统 采气系统
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3. 煤层气井排采系统
（1）煤层气井排采设备
煤层气排采设备及其合理选型是保障煤层气井连续稳定排采的 重要因素。因此所用的排采设备必须成熟可靠、持久耐用、节能低 耗、易于维修，还要有较大范围的排液能力和控制排液、系统压力 的能力以及有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。
泵
举
除了气体穿透液体段塞的 面下降，天然气进入油管，推动活塞及其上部 可能，从而减少滑脱损失， 的液体上行。
提高举升效率。
④环形空间套压迫使活塞和活塞上部的液体上
升，直至将液柱排出井口。
3. 煤层气井排采系统
排采方法-气举
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 由一系列气举阀构成，两种方式： 1. 油管注气，套管与油管环形空间内产出 气水混合物， 2. 套管注气，油管向上运移 气体进入流体-流体密度降低，气水分离
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。
1. 煤层气井产气机理
煤层气产出的先决条件是降压解吸 煤层气产出机理
排水——降压——解吸——渗流——产出
排水降压与压降漏斗： 煤层气井通过排水，降低
2. 煤层气井生产过程
（3）煤层气井排采过程中的储层伤害 煤粉伤害 气锁或水锁 应力敏感
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2. 煤层气井生产过程
煤粉堵塞伤害 煤岩的力学性质, 导致其容易破碎, 天然构造变动和压裂施工过程中, 煤
储层受到外力作用与煤岩表面的剪切与磨损作用产生了大量的煤粉及大 小不一的煤碎屑。这些颗粒聚集在一起, 不仅容易导致压裂过程中施工压 力过高, 而且在排采过程中容易造成大量煤粉悬浮, 沉降聚集, 阻塞先期形 成的流体的运移通道。我们将煤层流体运移过程中, 煤粉沉降, 阻塞煤层 中已经形成的运移通道的现象称为煤粉堵塞。
工艺流程：井液通过旋转式气体分离器、多级离心 泵、单流阀、油管、特种采气井口装置被举升到地面 排水管线，进入排水池计量处理。
气水混合物经油、套管环形空间、井口装置、高压 输气管线进入地面分离器，分离后的煤层气进入输气 管线集输。
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3. 煤层气井排采系统
排采设备
工作原理
技术特点
主要工作部件是定子和转子， 螺杆泵排出地面和井下主要设备为：
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。
3. 煤层气井排采系统
排采方法-电潜泵 水下电动机和离心泵构成，通过电缆提 供动力大量排出液体，适于在产水量较 大的生产井中使用 缺点：成本高，泵易烧坏
3. 煤层气井排采系统
电潜泵工艺流程
主讲人：林晓英 副教授 单位：河南理工大学能源科学与工程学院
联系方式： 18039127753 lxy2002199@
内容提纲
绪论 煤层气的生成 煤层气的储集 煤层气的赋存与产出 煤层气勘探开发选区与评价 煤层气勘探开发钻完井技术 煤层气勘探开发地球物理勘探技术 煤层气勘探开发基本参数测试技术 煤层气勘探开发增产技术 煤层气地面排采与集输工艺
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2. 煤层气井生产过程
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。
2. 煤层气井生产过程
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。
潜