煤层气井井筒流动状态研究
井筒气液两相流动数值模拟研究
数值模拟是利用计算机技术和数值计算方法，对物理模型进行数学描述和求解 的一种方法。在石油和天然气工程中，数值模拟通常采用离散化方法和有限元 素法等数值计算方法，对井筒气液两相流动进行数学描述和求解。离散化方法 是将连续的物理模型离散化为网格模型，然后利用有限元素法等数值计算方法 对网格模型进行求解。有限元素法是将连续的物理模型离散化为有限个元素， 并对每个元素进行数值计算，最终得到物理量的近似值。
气泡之间在上升过程中可能会相互靠近并且产生合并现象。这些结果表明气泡 上升规律的变化可能主要是由液体黏度和密度变化等因素导致的。因此油水密 度黏度比的差异会决定气泡合并前流型是呈柱状或弹状的特点；在相同流量条 件下随着油水比例的增加油水界面的波动幅度逐渐减小当油水比例达到一定程 度后界面的波动幅度已经很小；
4、结果及分析
通过对数值模拟结果进行分析，可以得出以下结论：
（1）管内气固两相流动呈现出明显的非均匀性，且流动状态受固体颗粒性质 和气体速度的影响较大。
（2）在较低气体速度下，固体颗粒容易在管道底部积聚，形成固相浓度较高 的区域。随着气体速度的增加，固相浓度分布趋于均匀。
（3）在一定条件下，管内流动可能出现稳定的层流状态，即气体和固体颗粒 分层流动。这种现象有利于减小能量损耗和维护设备正常运行。
四、计算结果及分析
通过计算得到了不同工况下的流动规律和液相分布情况。当油水比例达到50% 时，气泡流动不再存在液膜的气泡接触角变小并且向正流区变化的现象变得更 为显著；在初始上升高度不随油水比例的变化而变化的情况下，随着油水比例 的增加，气泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例达到50%时，气 泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例增加到一定值后，
关键词：气力输送，管内流动， 气固两相流，数值模拟
煤层气井排采初期井底流压动态模型及应用分析
煤层气井排采初期井底流压动态模型及应用分析摘要本文对煤层气井排采初期井底流压动态模型及应用分析进行了探讨，主要考虑了煤层气井排采过程中井底压力时间变化特征，提出了一种井底压力动态模型，应用于煤层气井排采初期，以研究介质流动特性。
实验数据的分析表明，在煤层气井排采初期，井底流压会受制外因素影响后随时间逐步恢复，时间恢复过程以指数或谐函数拟合最好。
关键词：煤层气井排采，井底流压动态模型，应用分析，介质流动特性正文煤层气井排采初期，井底流压受外部环境因素影响，其变化有其特殊性质，因此，提出一种井底流压动态模型，以便更加有效地研究其变化特性。
在煤层气井排采初期，流体的流量受到外界环境的影响，流体的物理特性发生改变。
该过程牵涉面较广，包括井身周围环境、井口泄漏压力以及井口外部环境（例如水深、山谷、地形等）等多因素。
在此基础上，开发出一种模型，以研究煤层气井排采初期井底流压动态变化，从而更好地发现介质流动特性并做出相应运行调节措施。
该模型可分为三大模块：一是介质储量动态变化模型，二是井底压力动态变化模型，三是介质渗流动能变化模型。
首先，建立一个反映煤层气井排采初期储量动态变化的井底压力模型，通过计算机模拟来验证该模型的准确性和可靠性。
其次，建立一个介质渗流动能变化模型，以确定不同环境下介质渗流动能的变化规律。
最后，实施煤层气井排采初期井底流压动态模型，模拟井底压力及流体流量动态变化，并分析其变化特性。
该模型应用于煤层气井排采初期，结果表明，在此时期，井底流压会受外部环境因素影响而发生变化，时间恢复过程以指数或谐函数拟合最好。
从实验数据分析可以看出，在煤层气井排采初期，井底流压会随着时间的推移变化产生相应的变化规律，因此在实际工程中，该模型可以用来更好地控制煤层气井排采过程中井底压力的变化，优化煤层气排采技术。
在煤层气井排采初期，由于井底流压的变化，可能会影响气井的开发量，因此，该模型可以用来预测井底流压的变化趋势，从而进一步改善排采方案，提高开发效益。
井筒气液两相流流动特性模拟试验研究
两相 流 动特性 的参 数一 般有 １ ２ 个 ：每一相 的体积 流 量 、系 统 压力 、加热 热 流 密 度 、每 一 相 的密 度
和粘 度 、相界 面 的表 面张力 、流 道 的几何 形状 、大 小和 方位 、流 动方 向、流体 人 口状态 和进 人 流道 的方 式等 。由于 流动条 件变 化 的多样 性和 研究 角度 的多 样性 ，对 流型 的 各种 定 义建 立 在 主 观 观 察 的结 果 上 ， 并且 还是 根 据流 动的形 态特 点来 划分 流 型 ，因此 不同 的研究 者对 流 型的定 义 和划分 差 异很 大 ，对 流型判 别 只能定 性判 断 ，还 没有公 认 的定量 判 断方 法［ １ ＿ ６ ＿ 。为 此 ，笔 者 在理 论 模 型研 究 的基 础 上 ，根 据 雷诺 相
似原 理 ，设计 进行 了井 筒两 相 流室 内模 拟试验 。
１ 试 验 装 置
试验 的实施 依 托 西 安 交通 大 学 动 力 工 程 多 相 流 实 验室 油 气 水 实 验 台 ，试 验 装 置 系 统 如 图 １所 示 。
整 个装 置 主要 是 由循 环 水 系统 、空 气供 给系 统 、试 验 管路 以及 计算 机采 集 系统 ４个部 分组 成 。
・ ８ ５ ・
试 验方法 如 下 ：常 压 条件下 的气 液两 相流 试验 基本 上都 是在 指定 的试 验条 件下 ，保 持气 流量 不变 逐 步增 加 水流 量或保 持水 流 量不变 逐 步增加 气 流量下 进行 的 。在进 行试 验 的过程 中 ，采用 ２种 方法 结合 使
用 。通 过计算 机 采集气 体 流量 、流速 、顶 底压 力等 试验 数据 。
流 型 和 两 相 流 流 动 特 性 ，绘 制 了垂 直 管 流 型 图 。 应 用 流 型 图 对 各 类 气 井 井 筒 流 态 进 行 了判 识 ， 对 流 型 图
煤层气井排水采气技术调研报告
杆
液柱对井底的回压，从油套 ④抽油杆将往复运动传给井下泵柱塞。
泵
环形空间采出煤层气的目的。 ⑤抽油泵筒的下部装有固定阀，柱塞上装有游
第一章：煤层气井生产特征
1.2 煤层气井的采气机理
煤层气井采气前,井中液面高度为地下水头高度,此时井筒与储层之 间不存在压力差,地下水系统基本平衡,属于稳定流态；
当煤层气井开始排采后,井筒中液面下降,井筒与煤储层之间形成压 力差,地下水从压力高的地方流向压力低的地方,地下水就源源不断 地流向井筒中,使得煤储层中的压力不断下降,并逐渐向远方扩展,最 终在以井筒为中心的煤储层段形成一个地下水头压降漏斗,随着抽水 的延续该压降漏斗不断扩大和加深；
煤的吸附性导致煤层气成藏机制和开发技术与常规天然气截 然不同。
第一章：煤层气井生产特征
1.2 煤层气井的采气机理
煤层气井的生产是通过抽排煤储层中的承压水，使得煤层压 力降至煤的解吸压力以下，吸附态的甲烷解吸为大量游离态甲烷， 并通过扩散和流动两种不同的机制运移到井筒。
从煤表面解吸 通过煤基质和微孔隙扩散 通过割理系统的达西流动
第一章：煤层气井生产特征
1.6 我国煤层气资源的主要特点
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；
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。
第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
井下煤层气抽采规律数值模拟研究
井下煤层气抽采规律数值模拟研究X王作启(辽河油田公司兴隆台采油厂,辽宁盘锦 124000) 摘 要:地下抽采煤层气是指在采煤前、采煤过程中以及采煤后在井下采煤工作面进行煤层气抽采。
地下抽采煤层气,不仅可以减少煤矿瓦斯灾害,而且可以达到保护环境、利用资源的目的。
论文对某矿胶运顺槽掘进巷道在不同掘进工艺下其煤岩应力场、煤层气渗流场的演化规律进行了数值模拟研究,模拟结果表明距煤壁位置不同,煤层气流动规律随之变化。
煤层中的煤层气压力随着煤壁暴露时间的增加煤层气压力的也随之发生改变,整个煤层气压力在降低。
关键词:煤层气;抽采;煤层气压力 中图分类号:T E 37 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)07—0018—02 煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业,支撑着国民经济持续高速发展。
煤炭在我国一次能源生产和消费结构中一直占70%左右,煤矿提供了76%的发电能源、工业燃料和动力、60%的民用商品能源、70%的化工原料。
自2000年以来我国煤炭产量持续增长,图1为我国2000年～2008年煤炭产量图(单位亿t )。
图1 2000～2008年全国煤炭生产情况我国不仅是煤炭生产大国同时也是世界上煤矿灾害严重、灾害多的国家,主要灾害有:煤层气灾害、顶板灾害、矿井火灾、水害、冲击地压、尘害、热害等。
图2为我国煤矿事故起数、死亡人数、百万吨死亡率变化趋势图。
图2 我国煤矿事故起数、死亡人数、百万吨死亡率变我国煤矿灾害类型众多,其中瓦斯事故是所有事故中危害性最大的,是名副其实的煤矿安全的“第一杀手”。
近年来的数据表明,国有煤矿发生的一次死亡3人的事故中,采掘工作面事故起数和死亡人数均占75%以上,其中掘进工作面事故起数和死亡人数分别占40.92%和42.62%,2008年17起重大以上瓦斯事故中,掘进工作面发生11起,占65%,25起较大煤与瓦斯突出事故中,16起发生在掘进工作面的占64%。
因此对于采掘应力影响下的瓦斯流动规律的研究工作越发重要[1,2]。
煤层气井流入动态预测与分析
Abstract: The adsorbed gas in coalbed is controlled by water pressure gradient. Coalbed methane will always be stored in
煤储层的割理中通常含有大量的水, 割理为流体
(见图1[1])。 第一个阶段是产水阶段(单相流阶段), 流向井筒提供主要路径, 为了能够产出割理中的 气体必须先进行排水, 排水之后才能为气体提供
地和气候的变化导致水位下降,储存在煤中的甲烷气将会减少。 在煤层气藏的初始阶段,煤割理中几乎被水填满,为了能够
要:煤层中的吸附气受到水压力梯度的控制,只要水位保持在气体饱和度之下,煤层气就一直保存在煤储层中,如果盆
文献标识码:A
文章编号:1006-2572(2017)04-0020-03
Prediction and Analysis of Inflow Performance in Coalbed Methane Well (Jiangxi Research Institute of Coalfield Geological Survey, Nanchang, Jiangxi 330001 ) Ye Cui,Feng Yuxia·Leabharlann 0·江西煤
炭
科
技
2017 年第 4 期
煤层气井流入动态预测与分析
叶 翠,冯玉霞
( 江西 省煤 田 地 质 勘 察 研究 院 , 江 西 南 昌 330001 )
摘
关键词:煤层气;吸附气;渗流规律;流入动态曲线 中图分类号:P618.11
生产,需要连续地排水,从而降低水的压力使得气体能够得到解吸。
coalbed as long as the water level is under gas saturation. As the change of basin and climate leads to a decline in water level, methane stored in coal seams will reduce. In the initial phase of coalbed gas reservoirs, the coal cleat almost filled with water, it is necessary to drain continuously in order to produce, then the pressure of water will decline and the gas will be desorbed out. Key words: coalbed methane; absorbed gas; seepage law; inflow performance curve
煤层气渗流规律及其实验方法研究
煤层气渗流规律及其实验方法研究一、引言渗流力学是研究多孔介质内流体流动规律及其应用的科学。
自1856年Darcy 提出线性渗流定律以来，渗流力学就一直在不断地发展，并逐渐与其他学科交叉，在能源、资源的开发与利用以及工程建设中得到了非常广泛的应用。
渗流力学最先应用在水利工程和地下水资源开发等领域；随后又成为石油和天然气工业的一项基础理论。
随着煤层气这一新型清洁能源的重视与开发，渗流理论又应用在煤层气的开发与利用中。
煤层气渗流力学是研究煤层内瓦斯压力分布及其流动变化规律的理论，是由渗流力学、煤地质学、固体力学及采矿学等学科互相交叉渗透发展形成的。
自煤层气渗流力学创立至今深受有关研究人员的关注，尤其自20世纪80年代以来发展更为迅速，表现在：应用范围更广；基本理论不断深化；研究手段及方法不断现代化。
二、煤层气渗流规律研究内容及现状煤层气的渗流理论可分为线性渗流理论，非线性渗流理论，地球物理场效应的渗流理论和多煤层瓦斯越流理论，下面依次对其研究内容及现状做一简要介绍。
（一）线性渗流理论1、线性渗透理论为了适应采矿采煤业的大力发展，控制瓦斯技术已成为当时研究的关键技术之一，早在20世纪40年代末，前苏联学者就已经建立起考虑吸附煤层瓦斯作用的瓦斯控制方程[式(1) ]。
在我国，周世宁院士等[1]首先进行了将达西定律应用于煤层瓦斯流动理论的开拓性研究，认为煤层瓦斯的流动基本符合线性渗流规律，其观点对煤层瓦斯渗流的应用和瓦斯动力学研究具有相当重要的指导意义。
v k p nμ∂=-∂ （1） 式中：v 为流速；k 为煤层的渗透率；μ为瓦斯黏度系数；p 为瓦斯压力；p n ∂∂为瓦斯压力在流动方向上的偏导数。
此外还导出了瓦斯流量方程[式(2) ]：p q nλ∂=-∂ （2） 式中，q 为瓦斯流量；λ为煤层透气系数。
20世纪80年代，多位研究者在修正和完善数学模型、流动方程方而开展了相应的工作。
由于大多数井下瓦斯流动都可简化为一维的平行流动和径向流动的有限流场、无限流场或其组合，为此，郭勇义等[2]针对一维流动，结合相似理论提出了修正的流动方程。
基于软件的气井井筒流动参数模拟分析
38一、前言近年来随着能源需求的不断增加以及环境保护意识的不断增强，国内天然气产量逐年上升，越来越多的人开始关注天然气井。
如何提高气井的产量、增加持液率、减少井底积液的产生就成为了急需解决的问题。
因此，建立相关气井井筒多相流模拟模型，不仅可以帮助分析气井的积液机理、预测井筒流动参数变化情况，也可以为气井日常生产管理措施的制定提供指导性帮助。
二、气井携液能力预测以K井为例，根据现场工艺参数和流程搭建相应的井筒模型，对井筒多相流关系式进行优选与修正，使得最终的井筒多相流相关式符合实际生产情况。
鉴于生产井的天然气中含有一定量的地层水和凝析油，采用组分模型以及PR状态方程可以更准确地反映出实际生产过程中井筒内压力、温度、相态变化及滑脱现象，并处理与组成有关的复杂问题（如相间质量传递、凝析与反凝析、水合物等），因此选用其作为气井井筒多相流分析的热物性计算模型。
并将实际的井筒流动梯度测试数据与不同的井筒流动计算相关式进行初步拟合，选择其中拟合误差最小的流动关系式进行进一步的修正，使其与实际生产更贴合，至此，气井井筒多相流模拟模型的搭建、优选和验证已完成，在此基础上可开展进一步的模拟计算与研究工作。
三、气井携液能力敏感性分析采用贴合K井的实际生产状态，模拟计算了K井在日常井口油压波动范围内井筒沿程参数的变化情况：图1 K井在不同井口油压下井筒沿程压力、冲蚀速率比变化曲线图2K井在不同井口油压下的相图预测结果及携液流速比变化曲线分析模拟结果可知，1.井口油压越高，在井下相同位置处，井筒内气流的压力也越高。
当井口油压超过一定值时，计算结果出现了不收敛的情况，说明在当前地层压力和地层温度条件下，该气井已无法正常生产。
2.采用冲蚀预测模型得到的井筒冲蚀速率比EVR值均小于1.0，所以气井在当前的生产条件下不会发生冲蚀现象。
3.井筒内气流的P/T路径线与水露点曲线与相交，即出现了气流温度低于水露点温度的情况，所以在井筒内会有自由水存在，满足了水合物形成条件之一。
井筒气液流动数学模型及气井积液气识别技术
因此人们采用哈盖登原布朗 （Hagedorn-Brown）的
垂直管气水两相流压力计算方法来计算井筒压力剖
面。此方法也适应 W 气田气水井的流动条件。哈盖登-
大部分误差都在 5 %以下，平均误差 1.99 %，表明该方 筒中气液流动变化情况而选用不同的计算方法。
法能较准确计算出积液量。AX 井实测与计算压力剖面 猿援圆 井筒流体动态分析法判识积液
的对比图（见图 3）。
气液流体在流动状态下判识积液，可直接用井下
圆援圆 井筒中有节流器的气液流动下数学模型
试井仪来测试分析。但最简单的方法是在生产状态下，
均液气比由 2012 年的 0.42 m3/104m3 上升到 2016 年的 不断减少，大气泡之间由块状液相隔开，大气泡四周水
0.78 m3/104m（3 见图 1）。
圆缘园园园园
液气比（m3/104m3）
膜有时向下流动，这时形成了段塞状流动。气井生产到
月产气（104m3）
月产液（m3）
员援园
圆园园园园园
布朗应用压降梯度方程，结合实际井深实验，用井底流
压与套压的不同参数反复计算出井底流压与实测数据
进行比较，得出持液率剖面计算出的积液量方程。其实
测与计算的积液量方程如下：
灾 造实测越澡实测伊（栽凿实测/Td1）伊A
（2）
2
dp dz
=籽m gsin兹+fm
籽fr vm 2D
+籽vm
dv m dz
（1）
Vol.3苑 No.8 Aug. 201愿
煤层气水平井井筒压力分布规律及其影响
煤层气水平井井筒压力分布规律及其影响摘要:国内外大量相关研究表明若忽视水平井井筒中的压降,将给水平井的生产计算分析带来较大的误差。
本文对煤层气水平井井筒压力分布规律进行了深入的研究,考虑到煤层气水平井井壁入流和井筒内流体变质量流动的实际情况,选取井筒中一微元段进行分析,通过结合质量守恒定律、动量守恒定律推导并建立了水平井的井筒压力分布模型。
并利用所建立的压力分布模型对不同内径、不同产量、不同水平段长度的水平井井筒进行了实例计算,得到了三种情况下水平井井筒中的压力分布情况。
并对结果进行了对比分析,结果表明井筒内径越小、产量越大时水平井井筒中的压力分布曲线越陡,井筒压力分布越不均匀。
关键词:煤层气水平井筒压力分布煤粉近年来,水平井技术在煤层气田开发中得到了广泛的应用,对水平井技术的研究也越来越受到重视。
国内外学者对常规油气藏的井筒压降情况已经进行了大量的研究[1～4],但是关于煤层气U型水平井井筒压力分布及对煤粉产出的影响分析方面的研究却很少见有文献报道。
如果煤层气水平井井筒压降增大,将导致趾端气体锥进,出现部分水平井筒不产气的情况。
对于水平井水平段长度较长和水平段井筒内径较小的井,在水平井筒跟端相对较容易出现不产气的井段。
而趾端的气体快速突破将很大程度增加这部分井段的煤粉大量产出,从而会导致煤层的煤粉运移堵塞流动通道。
由于准确预测煤层气水平井井筒的压力分布情况对煤层气井的生产开发有较大的指导意义,故本文对此进行了深入的研究。
1 考虑井筒变质量流动的煤层气水平井井筒压力分布模型1.1 物理模型及假设本文研究的是现场常用的采用一口水平井连通一口直井,通过直井进行排水采气来进行生产作业的煤层气U型水平井。
煤层气U型水平井示意图如图1。
假设条件如下。
(1)煤层气井水平段为裸眼完井。
(2)排水结束进入稳定生产,井筒中为单相气体流动。
(3)等温、稳态流动。
(4)忽略井壁入流引起的混合损失。
(5)煤层均质、各向同性。
煤层气井气水两相流动阶段流入动态研究
煤层气井气水两相流动阶段流入动态研究毛慧;韩国庆;吴晓东;史进【期刊名称】《断块油气田》【年(卷),期】2011(018)004【摘要】煤层气井在开采过程中必定经历气水两相流动阶段,气水两相流动的结果,必然导致煤层气藏压力动态发生变化.因此,研究煤层气井气水两相渗流理论,对于预测煤层气井气水两相流动阶段井底流压的变化及产量动态具有非常重要的作用.基于质量守恒原理,建立了煤层气井气水两相流动阶段地层瞬态渗流的数学模型.通过定义气水两相拟压力函数,同时考虑表皮效应和非达西效应的影响,推导出煤层气井气水两相流动阶段的产能方程,由此绘出煤层气井气水两相流动阶段的瞬态流入动态曲线,为煤层气井的动态分析提供一定的参考.【总页数】3页(P502-504)【作者】毛慧;韩国庆;吴晓东;史进【作者单位】中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京,102249;中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京,102249;中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京,102249;中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】TE312【相关文献】1.煤层气井气水两相流分层测试技术 [J], 门相勇;闫霞;陈永昌;李忠百2.碳酸盐岩储集层气水两相渗流实验与气井流入动态曲线——以高石梯—磨溪区块龙王庙组和灯影组为例 [J], 李程辉;李熙喆;高树生;刘华勋;尤世强;方飞飞;沈伟军3.煤层气井气水两相分布不稳定试井模型 [J], 牛丛丛;刘曰武;蔡强;李海生4.单相水流动煤层气井流入动态研究 [J], 黄秀俊;刘哲;黄凯;张轩银;徐小明5.产水气井气水两相流入动态研究 [J], 韩放;袁淋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
煤层气井气水两相流入动态关系研究
第40卷第4期 中国矿业大学学报 V ol.40N o.4 2011年7月 Jour nal of China U niversit y of M ining&T echnolog y Jul.2011煤层气井气水两相流入动态关系研究刘新福1,綦耀光1,胡爱梅2,赵培华3,刘春花1(1.中国石油大学(华东)机电工程学院,山东东营257061;2.中联煤层气国家工程研究中心,北京100095;3.中石油煤层气有限责任公司,北京100011)摘要:为了准确预测煤层气井流入动态关系,基于流体稳定渗流的运动方程和连续性方程,建立了煤层中气水两相渗流的数学模型和气井流入动态预测模型.采用气水两相拟压力函数,研究了两相煤层气井产能方程.结果表明:该模型考虑了煤层渗透率、表皮效应和非达西效应的影响,预测结果具有较高精度,预测值与实测值间的整体误差控制在8%以内.井底流压充分反映产能的渗流压力特征,调整井底流压,可有效增大生产压差,利于煤层中气体解吸和水相渗流,提高产能,在井底流压由5 0M Pa降为2 1MPa后,产能由0 1kg/s提高到0 6kg/s.随渗透率的增大和表皮系数的减小,流入动态曲线明显向右移动,渗透率由2 10-3 m2升为2 10-2 m2时,最大气水总流量由0 205kg/s迅速增大到1 20kg/s.开采中,煤层水的相对渗透率不断减小,而气的相对渗透率和泄流半径逐渐增大,导致动态曲线有向左移动的趋势,但其影响并不显著.关键词:气水两相流;煤层气井;产能方程;流入动态中图分类号:P618 11文献标识码:A文章编号:1000 1964(2011)04 0561 05Inflow performance relationshipin two phase CBM w ellsLIU Xin fu1,QI Yao g uang1,H U Ai mei2,ZH AO Pei hua3,LIU Chun hua1(1.Co lleg e of M echanical and Elect ronic Engineering,China U niver sity o f Petr oleum,D ongy ing,Shandong257061,China; 2.Coa lbed M ethane National Engineer ing Research Center,Beijing100095,China;3.Petro China Coalbed M ethane Company L imit ed,Beijing100011,China)Abstract:Based on the kinem atic and continuing equations o f the steady fluid flow,an approach w as proposed to predict inflow performance relationship(IPR)for tw o phase(gas and w ater) coalbed m ethane(CBM)w ells.A nd the m athematical m odel of tw o phase flow and IPR w er e developed.The functio n of pseudopr essure w as used to study the productiv ity equation for tw o phase CBM w ells.T he results show that the small erro rs of less than8%betw een the pre diction and measured v alues ar e achieved due to the per meability,skin factor and non Dar cy flow.CBM pro ductivity increases from0.1kg/s up to0.6kg/s w hen bottom hole pressures (BH Ps)are from5.0M Pa to2.1M Pa.Adjusting BH P can effectiv ely incr ease producing pres sur e dro p,w hich is beneficial to gas desorption and w ater flow and enhance CBM production.The IPR cur ves mov e tow ards the rig ht direction due to the increased perm eability and de creased skin facto r.An enhanced permeability fr om2 10-3 m2up to2 10-2 m2leads to the enhanced production o f gas and w ater from0.205kg/s to1.2kg/s.During the pumping pro收稿日期:2010 08 25基金项目:国家科技重大专项(2009ZX05038 004);山东省科技发展计划项目(2009GG10007008)作者简介:刘新福(1983-),男,山东省威海市人,博士研究生,从事煤层气开发与排采工艺技术方面的研究.E mail:upcdoctor@ Tel:0546 8391271中国矿业大学学报 第40卷ductio n,the effectiv e permeability of w ater decreases while the effective perm eability of CBMand supply boundar y increase,w hich makes the IPR curve move to wards the left direction.Key words:tw o phase flow ;CBM w ell;productivity equation;inflow perfo rmance relationship 煤层气开采前期不断排水,使得煤层中水的相对渗透率不断减小,气的相对渗透率逐渐增大,煤层气井的产水量逐渐下降,而产气量逐渐上升并趋于稳定,出现产气高峰,为煤层气井的主要生产阶段 气水两相流,其持续时间的长短决定整个煤层气井的经济效益.目前纯油气井及油水两相井的稳态流入动态关系曲线已有学者研究[1 3],主要集中在两个方面:一是考虑井底周围受损产层表皮系数,通过模型计算流入动态[4 5],该法需依据大量的精确地层参数,实际应用较为困难;二是通过对气藏或溶解气驱油藏的排采参数或数值模拟结果进行回归,建立油气井流入动态方程[6 7].实际上,我国煤层气藏低压、低渗、低饱和现象突出[8 9],煤层气井较浅(通常在500~1000m)、沉没度较低(稳定生产时仅为10~50m)、产能较小(稳定生产时产气量2000m 3/d 左右,产水量集中在10~30m 3/d),这些地质条件和井况的巨大差异[10]使得煤层气井不适宜使用上述常规油气开采的方法进行生产动态的预测.而且,煤层中气水两相流动必然导致气藏的压力动态发生变化,所以单相流或油水两相流井的流入动态关系曲线不再适合气水两相流动的煤层气井.为此,有必要研究气水两相渗流理论,预测两相流煤层气井的产能和生产动态,它对掌握复杂情况下的渗流规律,进行排采系统工艺设计和动态分析,提高采收率都具有重要的意义.1气水两相渗流数学模型假设两相渗流过程满足:1)气水两相独立存在,两相间仅存在气组分的质量交换;2)流体处于恒定温度,在煤层内流动过程中保持热动力学平衡;3)流体渗流过程符合线性渗流规律且忽略重力影响[11];4)孔隙介质为均质且不可压缩.由于气体的可压缩性,体积和密度明显受到压力和温度等因素的影响,实际气体的状态方程为p M = G ZR T ,(1)式中:M 为煤层气相对分子质量;p 为压力;R 为通用气体常数,J m ol -1K -1;T 为绝对温度,K ;Z 为煤层气偏差系数; G 为煤层气体密度,kg/m 3.煤层流体在渗流过程中处于层流状态时,其流动规律可用达西定律表示.在三维渗流空间中,对于均质煤层,流体运动方程用广义达西定律表示.v =v x +v y +v z =-kp ,(2)其中 = x i + y j + zk ,式中:k 为煤层渗透率, m 2;v 为渗流速度,m /s ; 为流体黏度,Pa s .煤层气压缩系数是指恒温条件下,每改变单位压力时,单位气体的体积变化量[12],即C G =-1V V p,(3)式中:C G 为煤层气等温压缩系数,1/Pa;V 为气体体积,m 3.等温条件下(T 为常数),对状态方程式两边进行求导,并代入式(3),整理后可得C G =1p -1Z Z p.(4) 煤层流体渗流中的连续性方程,也称为质量守恒定律[13],即在渗流空间上任取一微小单元体(见图1),其渗流应满足:质量流量的净增量等于流入的质量流量与流出的质量流量之差.图1 气水两相渗流区内微元体F ig.1Infinitesimal unit in the tw o phase flow两相连续流沿X 方向从面a d h e 流入和面b c g f 流出,在d t 时间内流入与流出微元体的质量差为w v x - x ( w v x )d x 2- w v x + x ( w v x )d x 2d y d z d t,(5)同理,求得d t 时间内Y 和Z 方向流入与流出微元体的质量差.由此得到流经微元体的总质量差为- ( w v x )+ y ( w v y )+ z( w v z ) d x d y d z d t,(6)另一方面,微元体中水相质量变化亦可表示为( w S w ) d x d y d z d t,(7)562第4期 刘新福等:煤层气井气水两相流入动态关系研究式中: 为孔隙度,%; w为煤层水密度,kg/m3.根据质量守恒原理,则有煤层水相渗流的连续性方程为- ( w v)=t( w S w ),(8)S w+S G=1,(9)式中:S w为水相饱和度,%;S G为含气饱和度,%.气相渗流的连续性方程表征了渗流过程中各运动要素渗流速度、气体密度等随空间位置坐标和时间坐标的变化关系,其微分形式为( v)=- ( )t.(10) 将状态方程、运动方程和煤层气压缩系数代入式(10),可得等温条件下,均质煤层中气体渗流微分方程的一般形式,即kpG Z p= C G pZp t.(11)如果不考虑压力随时间的变化,即气相渗流是一个稳定的过程,则其微分方程为G kGp=0.(12) 同理,将运动方程代入水相连续性方程中,即可得到水相渗流微分方程的一般形式k wwp= t[S w w ],(13)式中: G, w分别为煤层气和水的黏度,Pa s.水相稳定渗流的微分方程则为k wwp=0.(14) 2气水两相流动流入动态预测模型2 1流入动态模型建立假设原始煤层压力为定值,同时不考虑重力及毛细管力的作用[14].引入相对渗透率的概念k G(w) =k/k ,则由流体(气相和水相)渗流微分方程,可得到气水两相渗流数学模型的扩散方程为G k k GG p= C G pZpt,(15)w k k ww p=t[S w w ],(16)式中:k 为煤储层割理系统的绝对渗透率, m2; k G,k w分别为煤层气和水相对渗透率.依据单相流体稳定流动的产能公式,得其偏微分方程为2 rh k pr=qp sc MT sc R=q sc,(17)式中:p sc为标况下的流体压力,MPa;T sc为标况下流体温度,K; sc为标况下的流体密度,kg/m3.由此,依据达西定律,可得模型的内边界条件.气相和水相的内边界条件分别为limr rw2 rh Gk k GGpr=q sc Gsc,(18)limr rw2 rh wk k wwpr=q L wsc,(19)式中:p r,p w f分别为外边界和井底压力,M Pa;q sc, q L分别为产气量和产水量,m3/s; Gsc, wsc分别为标准状况下煤层气和水密度,kg/m3.井壁r w处:p=p wf;外边界r e处:p=p r.定义气水两相拟压力函数为= p p0 G k G G+ w k w w d p.(20) 为气水两相的拟压力,p0为任意选定的某一参考压力,则上述数学模型的拟压力形式为2 =0.(21) 模型的边界条件为limr rwrr=q2 kh,(22)(r w)= wf,(r e)= r,(23)q=q sc Gsc+q L wsc,(24)式中 q为气水两相的地面总流量,kg/s.2 2流入动态模型求解对上述数学模型的拟压力形式求解,可得r- w f=q2 khlnr er w,(25)式中:h为煤储层厚度,m; r为外边界处的拟压力,MPa; wf为井底的拟压力,MPa.考虑井底周围受损煤层的表皮效应S和流体渗流的非达西效应时[15 16],则模型解的形式为r- wf=12 khln r er w+S q+12 khDq2,(26)式中 D为紊流系数,s/m3.引进系数c和d,便可得到以二项式形式表示的考虑非达西影响的气水两相阶段的产能方程.r- wf=c q+d q2,(27)其中 c=12 khlnr er w+S;d=12 khD=12 kh2 306 G k p scR G r w hT sc;=2 417 105k-1 5,式中: 为非达西流系数,m-1; G为煤层气相对密度.563中国矿业大学学报第40卷3实例计算与结果分析3 1煤层气井流入动态曲线利用上述预测模型对鄂尔多斯盆地三交区块SJ P001 2煤层气井生产动态进行预测,并加以分析.该井在完井和压裂后,进行连续排采,积累了丰富的基础资料,该井煤层埋深589m,煤层厚度9 3m,外边界半径42 98m,井眼半径150mm,煤储层绝对渗透率1 263 10-2 m 2,煤层水相对渗透率0 22,煤层气相对渗透率0 53,煤层温度294 5K,原始煤层压力5 20M Pa,煤层气相对密度0 57,井液密度1016kg/m 3,煤层气黏度0.02mPa s,煤层水黏度0.77mPa s,表皮系数-4 87.依据该模型,得到气水两相流煤层气井流入动态曲线见图2.图2 煤层气井气水两相流入动态关系曲线Fig.2IP R cur ves of the tw o phase CBM wells依据图2,随排采程度的增加,井底流压呈下降趋势,煤储层压力和井底压力间的压力差逐渐增大,由此使得产能不断增加.图中井底流压由5 0MPa 降为2 1MPa 后,产能则由0 1kg /s 提高到0 6kg/s,这表明调整煤层气井底流压,可有效增大生产压差,控制排液量大小和动液面下降速度,使之满足生产实际需要,从而增大产气量和产水量.该模型充分考虑了流体渗流中煤储层割理系统的渗透率、井底受损产层的表皮效应和非达西效应的影响,引进气水两相拟压力函数后,对生产动态和产能的预测具有较高精度,适用于我国煤层气井较浅、沉没度较低、产能较小的开采状况.图中预测值与实际值的吻合程度较好,预测结果的整体平均误差小于7 5%,最大误差为22 60%,而最小误差仅为0 23%,这样的预测精度完全能够满足煤层气井测试现场施工及数据计算需要.3 2流入动态曲线影响因素将煤储层割理系统的绝对渗透率减小到6 10-3 m 2和2 10-3 m 2,然后增大到20 10-3 m 2,重新进行预测的流入动态曲线见图3.可以看出,煤层渗透率对煤层气井流入动态曲线的影响显著,随着渗透率的减小,气水总流量呈明显递减趋势,绝对渗透率由20 10-3m 2减小到2 10-3m 2时,最大气水总流量由1 20kg/s 迅速减小为0 205kg /s.这表明我国煤层气藏低压低渗(有些地方表现为特低渗)的特点,限制了煤储层的产气能力,需要通过低渗区水力压裂、造缝及应力释放等途径,提高储层的综合导流能力和煤层的渗透率.图3 不同绝对渗透率的流入动态曲线F ig.3IPR cur ves for differ ent absolute permeability图4给出了SJ P001 2井不同气水相对渗透率组合时的流入动态曲线.可以看出,随开采的进行,井筒压力不断降低,有更多的煤层气解吸出来,并扩散到煤中裂隙系统中,导致煤层水的饱和度降低,相对渗透率不断减小,而气的相对渗透率逐渐增大,产气量随之增加,但由于初期的强排水使得产水量短时间内迅速减少,最终使得煤层气井产能呈稍微降低的趋势.所以,饱和度和相对渗透率等煤层流体性质的变化对流入动态曲线影响不大.图4 不同相对渗透率的流入动态曲线F ig.4IPR curv es fo r differ ent effectiv e per meability将模型中表皮系数分别增大到-2 5,0和2 5,重新进行预测的流入动态曲线见图5.图5 不同表皮系数的流入动态曲线F ig.5IPR cur ves for differ ent skin factor s 从图5可以看出,表皮系数对煤层气井流入动态曲线的影响较大,由于表皮系数的原因,煤层气井产能呈明显递减趋势,图中系数S 由-5 0增大到2 5时,最大气水总流量由0 80kg/s 迅速减小为0 38kg /s.这表明井眼附近由于污染或增产措施引起渗流性能的变化,对煤层的伤害和煤层气井产能的影响较大,为此需要针对给定煤层气井的特殊地质条件和井况,采用合理的完井方式和增产措564第4期 刘新福等:煤层气井气水两相流入动态关系研究施,减小井壁污染,以便最大限度地保证煤层产气潜能.图6给出了SJ P001 2井不同泄流半径时的流入动态曲线.可以看出,随泄流半径的增加,流入动态关系曲线有向左下方移动的趋势,这表明随排采的进行,煤层泄流(外边界)半径增加,使得煤储层中压降损失增大,因此总流量降低.图6 不同泄流半径的流入动态曲线Fig.6I PR curves fo r different supply bo undary两相流煤层气井,产能与压力差间呈明显的正相关系,多项式拟合后的曲线见图7.可以看出,降低井底压力,可有效增大生产压差,利于煤层气体的解吸和水从煤层中流向井筒的渗流,产气量和产水量显著增加.由于井底流压已经综合了井口套压,煤层气柱段与液柱段压力,故井底流压可以充分反映产气量和产水量的渗流压力特征.图7 煤层气井生产压差与产能的关系F ig.7Relat ion cur ve of pr essure dro p v s.product ivit y4结论1)该预测模型考虑了煤层渗透率、表皮效应和非达西效应的影响,能真实反映一定煤储层压力下,煤层气井产能随井底流压的变化关系,具有较高精度,预测结果的整体误差可控制在8%以内.2)井底流压充分反映产气量和产水量的渗流压力特征,降低井底流压,可有效增大生产压差,利于气体解吸和煤层中水的渗流,从而增大煤层气井产能,在井底流压由5 0M Pa 降为2 1M Pa 后,产能由0 1kg /s 显著提高到0 6kg/s.3)随渗透率的增大和表皮系数的减小,流入动态曲线明显向右移动.为此需采用合理的完井方式和增产措施,减小井壁污染,提高储层的综合导流能力,最大限度地保证煤层产气潜能.4)随排采的进行,煤层水的相对渗透率不断减小,而气的相对渗透率和泄流半径逐渐增大,导致流入动态关系曲线稍有向左下方移动的趋势.致谢:本文得到研究生创新基金(CXZD1109)资助,特此感谢!参考文献:[1]A RCHER R A ,A GBON GI AT OR E O.Corr ecting for frict ional pressure dr op in hor izontal w ell inflo w perfor mance relatio nship [J].SP E P ro duction &F a cilities,2005,56(2):21 25.[2]JAH A N BA N I A ,SH A DIZA DEH S R.R et ernina tion o f I nflow per for mance relationship by w ell tes ting [J].So ciety of Petr oleum Eng ineer s,2009,56(6):1 11.[3]EBRA HI M I M ,SAJEDIA N A.U se of fuzzy lo gic for predicting tw o phase inflow perfo rmance r elation ship of hor izontal o il wells [J].Society of P et ro leum Eng ineer s,2010,57(6):1 10.[4]DU ON G A N.Inflo w perfor mance relatio nships fo r oil 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50.[9]唐书恒,马彩霞,叶建平,等.注二氧化碳提高煤层甲烷采收率的实验模拟[J].中国矿业大学学报,2006,35(5):607 611.T AN G Shu heng ,M A Cai x ia,Y E Jian ping ,et al.A modeling experiment of enhancing co albed methane r eco ver y by carbon diox ide injection [J].Jo ur na l of China U niver sity o f M ining &T echnolo gy ,2006,35(5):607 611.(下转第591页)565第4期 陈学华等:低频阴影与储层特征关系的数值模拟303.CH EN X ue hua,H E Zhen hua,W EN Xiao tao,eta l.N umer ic simulatio n and det ection of low frequency shado w[J].O il G eophysical P ro specting,2009,44(3):298 303.[12]EBROM D.T he low frequency gas shado w o n seismic sections[J].T he L eading Edge,2004,23(8):772.[13]G OL O SH U BIN G M,BA K U LI N A V.Seismic reflect ivity of a thin po rous f luid saturated layer ver susf requency[C]//SEG T echnical Pr og ram Ex pandedAbstracts.N ew Or leans:Society of Ex plorat ionG eophysicists,1998:976 979.[14]GO LO SHU BIN G M,K ORN EEV V A.Seismiclo w fr equency effects fr om f luid saturated reserv oir[C]//SEG T echnica l Pr og ram Ex panded A bstr acts.Calg 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煤层气井不同排采阶段产水特征及排采管控方法研究与应用
煤层气井不同排采阶段产水特征及排采管控方法研究与应用余恩晓;马立涛;闫俊廷;周福双【摘要】通过机理分析和排采数据分析,研究了煤层气井开发整个过程中单相水流段、临界解吸段和气、水两相流段3个阶段的产水规律,针对不同的产水规律提出了相应的差异化的排采控制方法.结果表明,单相水流段煤层向井底供水量随着时间的增加持续增加,使冲次与排采时间保持线性增加能够保持恒定压降速度;临界解吸段,由于相态变化频繁,煤层供水量起伏较大,需要密切关注水量、井底流压的变化,持续、小幅调参;气、水两相流阶段,为防止流压大幅下降,初次放气要提前放慢冲次,从极小量开始逐步增气,增产阶段要遵循小幅多频次提气的原则,保证流压、产水平稳的基础上产量平稳上升.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)002【总页数】4页(P179-182)【关键词】煤层气井;排采阶段;产水特征;井底流压;排采管控【作者】余恩晓;马立涛;闫俊廷;周福双【作者单位】中国地质大学(北京),北京100083;河北坤石科技有限公司,河北廊坊065000;中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津300452;中石油华北油田山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城 048000;中石油大港油田第六采油厂地质研究所,天津300280【正文语种】中文【中图分类】TD712煤层气开采是通过持续排出煤层（或是侵入煤层）中的水，降低储层压力[1-2]，使储层压力降低至甲烷的解吸压力后，吸附在煤基质孔隙中的甲烷气体解吸，后经过扩散、渗流进入井筒中[3]。
因此，煤层气井排采要以井底流压控制为核心，实现流压平稳下降。
流压精细控制的主要目的是为了防止由于管理不善导致储层煤粉伤害、速敏伤害或应力敏感性伤害[4-6]，保持煤储层渗透率，使压降漏斗有效扩展。
降压目标的达成取决于2个方面：①煤层向井筒中供液量与通过抽油机工作制度调节的井口产液量间的对比关系；②通过角阀开度调节的产气量和煤层向井筒供气量间的对比关系。
煤层气井气水两相流动阶段流入动态研究
式 中 ： Ｂ为 系数 。 Ａ， 由 式 （ ７ 可 知 气水 两 相 渗 流 时 的地 面总 流 量 ｑ Ｉ） 与压力 差 ｇ一 呈 非线 性关 系 。 ｏ ｉ
断
块
油
气
田
２１ ０ １年 ７月
３ 计算 实 例
柳林 地 区 Ｆ － Ｐ Ｌ Ｅ ３井 的 基 本 参 数 为 ： 层 中 深 ８ ０ 煤 ３
外边 界条件 ：
［ ｎ
、ｒ ＋１ ｅｇ ｇ ．］ ＋ ０１ ｇ － ８
（５ １）
（） ３
２ 产 能方 程
考 虑表 皮 效 应 和流 动 的 非达 西 效应 ， （ ５ 可 以 式 １）
ｐ（ ０） ｉ ∞，
内边 界条件 ：
（） ４
表 示 为
０． ｑｆ ８ ｏ－ ｇｌ ｗ Ｆ
煤层 气井气 水两 相流动 阶段 的流人动态 曲线 。 ３ 根 据 所得 的曲线 ， 以求 出煤层 气井 气 水两 相 ） 可 流动 阶段任 一产量 下 的流压 ， 以及任一 流压下 的产量 ， 这对 煤层气井 的动态分 析具有 一定 的参 考价值 。
参 考 文 献
［ ］ 石 油 工 程 建设 编 辑 部 ． 国煤 层 气 资 源 量居 全 球 第 三 ［］ 油 工 程 １ 中 Ｊ． 石
ｍｏｅ ｏ ｉｎ ｔ ｈｒ ｏｔｌ ｕｔａｅａ ｗ ｌｆｒ ｏｌｅ ａ ［］Ｏｌ ｄｌ ｆ ｎ ａｅ ｏｉ ｎａ ｍ ｌｌｔ ｌ ｅ ｏ ａｂｄｇｓ Ｊ． ｉ ｐ ｚ ｉ ｒ ｌ ｃ —
Ｇ ｓ ｉ ｄＳｒ ｃ ｎ ｉｅｒｎ ，００，９ ２ ：－ ． ａ ｅ ｕｆ ｅＥ ｇｎｅ ｇ ２ １ ２ （ ）６ ７ Ｆｌ ａ ｉ
， ．
！ ｒｐ ｉ２ｒ ｍ ７ｈ
井筒流动动态
第二章 井筒流动动态目的要求通过讲授气液两相流动的基本概念，井筒气液两相流动压力梯度方程和井筒压力分布计算的实用方法，使学生对井筒流动动态有一全面了解。
要求学生掌握气液两相流动型态，压力梯度方程以及井筒压力分布计算的实用方法。
课时：8学时 研究方法：经验方法：主要根据实验结果描述流动过程的经验相关式。
半经验法：适当的假设和简化，结合流动的基本方程，用实验的方法定出经验系数。
理论分析：通过理论分析建立流动过程规律的关系式。
重点授课内容提要∙第一节 气液两相流动的基本概念（一）基本参数 1 流量 （1）质量流量质量流量：即单位时间内流过过流断面的流体质量。
体积流量：单位时间内流过过流断面的流体体积。
2 速度气相实际速度： 实际上，它是气相在所占断面上的平均速度，真正的气相实际速度应是气相各点的局部速度。
气相表观速度（气相折算速度）：假设气相占据了全部过流断面，这是一种假象的速度。
lg m w w w +=lg m q q q +=gg g A q v =Aq v g sg =液相实际速度 液相表观速度（液相折算速度） 两相混合物速度 滑脱速度：气相实际速度与液相实际速度之差称为滑脱速度。
Vs=Vg-Vl3 含气率和含液率体积含气率（无滑脱含气率）：单位时间内流过过流断面的两相流体的总体积中气相所占的比例。
体积含液率（无滑脱含液率）：真实含气率：真实含气率又称空隙率、气相存容比，两相流动的过流断面上，气相面积所占的份额，故也称作截面含气率。
真实含液率（持液率）4 混合物密度：在流动的管道上，取一微小管段，则此微小管段内两相介质的质量与体积之比称为混合物的真实密度。
为了便于比较，把单位时间内流过过流断面的两相混合物的质量与体积之比称为无滑脱密度（流动密度），即认为气液之间不存在相对运动时的混合物密度。
当Vg>Vl ，即存在滑脱时ll l A q v =Aq v l sl =slsg l g m m vv Aq q A q v +=+==msg l g g m g g v vq q q q q =+==βmsl m l g l v vq q ==-=ββ1g sg lg g g g v v A A A AAH =+==lsll g l l gl v v A A A A A H H =+==-=1lg g g m H H ρρρ)1(-+==l g g g ml l g g m mns q q q q w ρβρβρρρ)1(-+=+==11g lg l gg lgg lq A q q A g A q gqA A H β+++==+由Vg>Vl得：存在滑脱时，将增大气液混合物的密度，从而增大混合物的静水压头（即重力消耗）。
煤层气开采技术研究进展
144煤层气作为一种新型清洁能源，越来越受到人们的重视。
其主要分布在煤层中，部分游离于煤层孔隙中或溶解于煤层水中。
煤层气的开发，不仅能够有效预防煤矿瓦斯爆炸，而且能够增加清洁能源的供应，同时减少温室气体的排放，保护环境。
1 煤层气开采机理煤层气的开采，主要是通过抽排煤储层的承压水，降低煤储层的压力，从而能够使煤层中吸附的甲烷发生解吸，转化为为大量的游离态甲烷并在地层与井筒压差作用下运移至井口。
在煤层气开始排采后，通过地面设备，井筒中的液面下降，因此在井筒和煤层之间形成压力差，从而使地下水在压力差的作用下由煤储层流向井口，直至煤层各点储层压力保持恒定，此时解吸停止，产气也就终止。
根据所形成的压降漏斗体积，结合Langmuir方程，便可以求出该井能产出的煤层气总量。
2 煤层气钻井技术2.1 多分支水平井煤层气多分支水平井，也被称为羽状分支井。
主水平井眼与洞穴井连通，主要在主水平井眼的两侧不同位置分别钻出多个分支水平井眼。
在进行钻井的过程中，首先钻一口直井，由地面直至煤层，使用造穴工具形成洞穴，即洞穴井，随后开钻工程井，在距洞穴100～200m的水平位移处钻一直井段，然后造斜延伸穿过洞穴井的洞穴，通过洞穴后工程井继续在煤层中沿着水平方向延伸，钻至一定距离后，形成主分支井眼，接着在主分支井眼两侧不同位置开钻多个分支井眼，从而加大与煤层气的接触面积。
2.2 U型水平连通井U型井，即U型水平连通井，其水平井的远端与洞穴井连通。
在高陡构造中，煤层倾角比较大，渗透率相对偏高，羽状水平井或多分支水平井开采效果较差，因此借鉴U型水平井技术[3]，将其设计为沿煤层的U型定向斜井，即沿煤层段设计一段平行于煤层的斜直段，随后进行直井钻探，其必须在斜井段之前完井，接着直井与斜井会在煤层段连通。
2.3 V型水平井V型井，即V型水平连通井，由两口以上水平井远端与同一口洞穴井连通的井。
两口水平井之间会呈一定的夹角，它们共用一口排采直井。
煤层气井底流压生产动态研究
第41卷 第2期 煤田地质与勘探Vol. 41 No.2 2013年4月COAL GEOLOGY & EXPLORA TIONApr. 2013收稿日期:2011-09-09基金项目: 国家科技重大专项课题(2011ZX05034-003; 2011ZX05042-002)；国家科技重大专项项目(2011ZX05061;2011ZX05062; 2011ZX05063)文章编号: 1001-1986(2013)02-0021-04煤层气井底流压生产动态研究赵 金，张遂安(中国石油大学煤层气研究中心，北京 102249)摘要: 井底流压对煤层气的开采至关重要。
在考虑煤层产水量与井底流压的耦合作用下，基于质量和能量守恒定律建立了计算井底流压的数学模型。
采用压力增量迭代法，利用matlab7.11编写了求解程序，分析了排采参数相互间的关系。
研究结果表明：产水量与井底流压两者的关系呈非线性关系；储层渗透率越好、煤层厚度越厚，产水量与井底流压的耦合关系会更显著些；气液两相流阶段中，高产气量不仅能降低环空中气体流动的压降损失，还利于煤层气在地面管汇的运输。
关 键 词：煤层气；井底流压；耦合效应；软件应用中图分类号：P618.13 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.02.005Production dynamics of CBM bottom hole pressureZHAO Jin, ZHANG Suian(Coalbed Methane Development Center , China University of Petroleum , Beijing 102249, China )Abstract: Bottom hole pressure (BHP) has a great effect on CBM production, so it’s necessary for us to calculate BHP accurately during CBM production. The mathematical models of BHP calculation were developed based on mass conservation law and energy conservation law, considering the influence between water production and BHP during the flow process. Matlab7.11 was used to write solving program. And the relationship among operational parameters and their effects on deliverability were analyzed. The results show that the coupling effect between water production in coal seam and BHP make them not follow a linear relationship, especially when reservoir per-meability is good and coal seam is thick. High gas production rate can not only reduce pressure drop losses in the ring, but is convenient for CBM transportation on the ground.Key words: CBM; bottom hole pressure; software application; coupling effect煤层气井生产过程中的井底流压，不仅制约着煤层气井的水产量和气产量，而且还对储层渗透率等储层特性具有一定的影响。
煤层气井产水、产气动态变化特征研究
煤层气井产水、产气动态变化特征研究刘贺;罗勇;雷坤超;赵龙;田苗壮;沙特;武增宽【摘要】为使我国煤层气资源合理有效开釆获得理论指导和依据,文章通过对沁水盆地南部多口煤层气井产出水进行连续长期的水化学场监测,总结了煤层气井产出水的水化学特征及水化学场动态演化规律.由煤层气井产出水化学场的动态变化,可将煤层水的排采过程分为3个阶段:阶段Ⅰ为排污阶段;阶段Ⅱ为过渡阶段;阶段Ⅲ为稳定阶段.初期的排污阶段产出水矿化度以及各离子浓度较高,除碳酸氢根离子之外,其余各离子均随矿化度的增大而增大.通过绘制3#与15#煤不同产水阶段Stiff图,各产水阶段有不同的特点,产水产气阶段也存在一定的相关关系,3#煤层的产水过程的排污阶段和过渡阶段相当于排水降压阶段,稳定阶段相当于稳产阶段和衰减阶段.【期刊名称】《城市地质》【年(卷),期】2018(013)004【总页数】7页(P60-66)【关键词】煤层气井;产出水;水化学场;动态演化【作者】刘贺;罗勇;雷坤超;赵龙;田苗壮;沙特;武增宽【作者单位】北京市水文地质工程地质大队,北京 100195;北京市水文地质工程地质大队,北京 100195;北京市水文地质工程地质大队,北京 100195;北京市水文地质工程地质大队,北京 100195;北京市水文地质工程地质大队,北京 100195;北京市水文地质工程地质大队,北京 100195;北京市水文地质工程地质大队,北京 100195【正文语种】中文【中图分类】P641.4610 前言国外学者在煤储层水文地球化学方面的研究较多，涉及多个大型煤层气开发盆地。
Rice（2008）通过对粉河盆地煤层气井产出水进行了离子检测，认为产出水为Na-HCO3型。
而Pashin（2007）认为美国黑勇士盆地煤层水为Na-Cl型，具有中等至较高的TDS（总溶解固体）含量。
Katrina Cheung（2009）对西加拿大Alberta地区的煤层产出水和浅层地下水进行了对比，认为煤层产出水为Na-Cl型，产出水微量元素含量相当于浅层地下水的300倍。
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收稿日期:2012-05-15;修订日期:2012-10-22作者简介:崔立伟（1986-），男，河北保定人，助理工程师，本科学历，研究方向：煤气层。
1气泡段现象及产生原因在煤层气井日常生产中普遍存在这种现象：一口排采井由平衡排水阶段见气后进入控制井底流压阶段时，此时是液面下降导致井底流压降低至其临界解吸压力，促使甲烷气体解吸出来；但在实际生产过程中，在此过渡阶段采集动液面数据时，会出现液面大幅回升（0~40m ）的情况；或者一口正常生产井在突发状况下停机，套压和流量都降低甚至落零，此时的井底流压升高，且没有了外排水，液面回升导致产气量下降,但实际测试结果往往是液面有较大幅度下降（7~25m ）。
这是因为煤层气井投产后，初期只进行平衡排水工作以疏通地层。
随着排水降压的进行，井底流压不断降低，储层压力与井底流压的压力差不断增大,从而促使煤层中远端的液体流入井底，井底周围的压降半径不断扩大。
当井底流压低于临界解吸压力时，井筒附近煤层表面的吸附气开始解吸并扩散到煤层割理、裂缝等渗流通道内。
随着生产压差的增大,解吸气量逐渐增多，在水中形成连续气泡，最终气体突破形成流动相[2]，沿煤层压裂主裂缝流人井筒油套环形空间。
当甲烷气体从煤层流入井筒之后，便会以自由相的状态由井底流向地面，油套环空内先是气—液两相流动，气液混合物在上升过程中经历各种流态，最终以甲烷纯气相从井口产出。
这其中各种流动结构的出现和过渡主要取决于井筒内压力的变化和气量的多少。
如图1所示，甲烷气体在油套环形空间垂直上升时，随着气量的增大和井筒压力的降低，气液混合物的流动型式也呈现不断的变化。
因此具有一定产量的煤层气井，油套环空中流体的组成为：上部为纯气段，下部为混气液柱段，根据含气率的大小，混气液柱段又可细分为泡沫段(段塞流段)和普通液柱段(泡流段，其中含小气泡)。
在前期的平衡排水阶段,井筒内为单一液相流或第32卷第2期2013年2期煤炭技术Coal TechnologyVol.32,No.02February,2013煤层气井井筒流动状态研究崔立伟，孙彦高，刘征（中石油煤层气有限责任公司韩城分公司，陕西韩城715400）摘要:煤层气井在开采过程中必定经历气液两相流动阶段，气液两相流动的结果，必然导致煤层气藏压力动态发生变化。
论文针对生产井井筒气泡段现象进行描述,分析其产生原因，以及如何通过套压、流量、产量等参数变化识别气泡段；适当控制套压对初见气时井筒流动状态以及气泡段的影响；不同套压对井筒流动状态和对气泡段的影响；针对不同生产阶段的井，依其状态优选合理的套压，总结出煤层气井生产过程中，井筒内气液两相的流动规律，定量地研究井筒内气液两相各参数相互之间的影响和变化，以及这些变化对井筒流态稳定性的影响。
关键词:井筒；气泡段；气液两相；流型中图分类号:TD71文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2013）02-0082-03Study on Shaft Flow State of Coalbed Methane WellCUI Li-wei,SUN Yan-gao,LIU Zheng（Hancheng Branch,China Petroleum Coalbed Methane Co.,Ltd.,Hancheng 715400,China ）Abstract:Coalbed methane wells in the mining process must be experiencing the stage of the gas-liquid two-phase flow,gas-liquid two-phase flow will inevitably lead to dynamic changes of coalbed methane reservoir pressure.The paper describes the bubble phenomenon in production wellbore,analyzes its causes and how to identify bubbles segment of casing pressure,flow,yield and other parameters;appropriate control casing pressure bore flow state,and has shown signs of gas bubble segment;different sets of pressure on the wellbore flow state and the bubble segment;preferred reasonable pressure for different stages of production wells according to the state.Summed up the production process of the coalbed methane wells,gas -liquid two -phase wellbore flow rule,the quantitative study of gas-liquid two-phase parameters between the impact and changes,and these changes on state stability of the wellbore flowwithin the wellbore.Key words:shaft;bubbles period;gas-liquid two phase;flow pattern图1井筒流动型式图者是液固(煤粉)两相流动,而井口见气进入控制阶段后,井筒内主要为气液两相流,甚至是气、液、。
当液流中增加了气相之后，在其上升过程中，甲烷气不断从水中分离出来参与膨胀与携带液体上升，形成平常所说的气泡段，气泡段其实就是高含气(一般含气率大于60%)的流体段。
因此对于具有一定产量的井而言，由于气泡段的存在，会使得生产中回声环空测试液面的位置反映在气泡段的上端面，故气泡段开始形成时所得液面数据较之前有较大幅度回升,突发状况停机后,气体流量和流速均降低,气泡段的长度减小,此时所得液面较之前有较大幅度的下降。
2关于气泡段有效识别的研究由于煤层气井井筒特殊气液两相流形成的气泡段的存在，就造成日常生产中不能直接测得真实液面的位置，对排采制度的调整有一定误导,比如当某个排采井刚刚进入控制阶段时，气量还非常小甚至是间歇产出少量气体（每天小于20m3），此时在井口的套压和流量都没有任何反映，如果单纯以测得液面回升为依据而加大排采强度且井口没有及时控制，就会出现产气量突然大幅增长的情况，对煤储层造成伤害，且不利于该井日后的高产稳产。
因为当煤层中有甲烷气解吸之后，渗流通道中就是气液两相流动，气相渗透率的增大势必造成液相渗透率的降低，此时如果还没有引起足够重视，认为液面回升而加大排采强度，就会导致真实液面迅速下降；井底流压大幅降低，导致部分渗流通道闭合；气相渗透率大幅增大，气液混合物携带大量颗粒物质运移引起煤层部分微孔隙的堵塞；气相占据井筒周围煤层中的渗流通道,在其中形成大气泡，甚至有些小气泡占据在微孔隙或者裂缝喉道中，最终因毛细管力和磨阻导致液相渗透率急剧下降。
如果此时的生产压差小于煤层中渗透压差，就会导致煤层中远端的水无法流动，造成泄压半径难以扩展，对以后整体降压区的形成和生产井的稳产极为不利。
同时气量的急剧增长会造成地层过分激动，引起压裂砂反吐，大量出煤粉等后续问题。
但是，如果能够对气泡段的特性有清楚的认知并能有效识别，这种负面影响就会大大降低。
这就要求我们详细认知排采井在刚刚进入控制阶段时的各生产参数的变化特征。
一般来说，排采井的针型阀都保持有一定的开度，当井底附近煤层开始解吸，甲烷气以流动相进入油套环空之后开始形成气泡段,此时回声环空测试所得液面较之前平衡排水期有较大幅度回升，对于这种异常情况在日常生产过程中应该引起足够的重视。
如果此时井口见套压或者流量则说明该井已经有甲烷气解吸,应及时采取措施进行控制。
如果此时井口没有套压和流量,且流量计终值没有变化，则可以将井口针型阀完全关死,观察2~ 3h,看能否憋起套压,然后微开测试阀门检查井口气量情况。
如能见到套压并且井口气量较大,则可以判定该井已经进入控制阶段，此时应及时下调日产水量,并控制井口针型阀的开度不能太大,防止出现产气量剧增的情况。
对于正常的生产井突发停机状况时，由于气体流量和流速的降低,气泡段的长度减小，此时所得液面值较之前有较大幅度下降，但这个时候所得液面值更为接近真实液面位置，在生产井的管理过程中对这一点应做到心中有数。
待正常生产后,虽然测得液面较之前有所回升，但实际真实液面已经下降。
对于安装偏心口的生产井，真实液面位置可以通过产液剖面测试获得。
一般对于正常生产井，随着产气量的增大，井筒内气体流速变大，气泡段相应变长，所测得的液面回升，同时产气量降低时，井筒内气体流速降低引起气泡段的缩短，液面下降，从某种程度来说，液面与产气量有一定正相关性，这样的现象也说明井筒气泡段的存在。
如图2所监测韩3-3-075井液面随产气量的波动情况：该井套压0.07~0.1MPa，流量0~20m3/h；每增加出水0.1~0.2m3，液面回升40~52m；减少出水量，液面反而下降。
3适当控制套压对初见气时井筒流动状态以及气泡段影响研究对于已经确定刚刚从排采阶段进入控制阶段的生产井,此时的真实液面较之前已经下降,液相渗透率较之前也降低了，而且产气量呈上升趋势。
受相对渗透率和生产压差的影响，虽然降低日产水量会在一定程度上控制液面的降幅，但如果下调的水量不足以弥补水相对渗透率降低所带来地层供液量的变化，则液面仍会下降，对于这类井，一定要继续下调水量，保证液面稳定后，平稳排采。
同时要控制井口针型阀的开度不能过大,将井口套压缓慢上提至0.2 MPa以上，这样做有两个目的：（1）刚刚进入排采阶段的生产井，井筒内流态变为气液两相流，并出现明显的气泡段，在段塞流状态下，由于大气泡和液体块交互出现,造成了油套环空内很大的密度差和流体的可压缩性,所以,这种流动型式下,容易出现流动不稳定性,即截面流量随时间发生变化，最终造成井底流压和井口套压的波动，极易造成压裂砂反吐和出煤粉等问题，不利于井的连续排采。
实际生产过程中已证实，适当上提套压，可以明显减小其波动范围，延长其波动周期。
（2）进入控制阶段的生产井，产气量正处于上升趋势，如果井口处不加以控制放任其气量增长，则在最初几天时气量稳步大幅上涨，井底流压急剧下降，日产水量也迅速下降，之后很快便会出现气量衰减趋势，且降幅很大。