煤层气井排水采气技术

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•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
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•第一章：煤层气井生产特征
1.5 影响煤层气井排采效果的井排水采气技术
•第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
n 1.3.1 煤层气的产出过程
第二阶段：非饱和的单相 流阶段。当煤储层压力进一步 下降，有一定数量的煤层气从 煤基质块微孔隙表面解吸，开 始形成气泡，阻碍水的流动， 水的相对渗透率下降，但气体 不能流动。
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煤层气井排水采气技术
1.5 影响煤层气井排采效果的主要因素
n (3) 吐砂。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。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。
n 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；
n 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
n 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。
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套管
•oil zone
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•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。
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•第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
n 1.3.1 煤层气的产出过程
根据煤层气储层流体的地下 流动，可将煤层气的产出过程分 为三个阶段：
第一阶段：单相流阶段。随 着井筒附近地层压力降低，首先 只有水产出，因为压力降低较小， 煤层气尚未开始解吸，井筒附近 只有单相流动。
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•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
n 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
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•第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
n 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。
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•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；
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•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。
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•速敏效应
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•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。
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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
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•第一章：煤层气井生产特征
1.1 煤层气的概念
煤层气又称煤层甲烷气，煤炭工业称之为煤层瓦斯，是在成 煤过程中形成并赋存于煤层中的一种非常规的天然气。这种天然 气大部分（70%-90%）以吸附状态赋存在煤岩基质中，少量成游离 状态存在于煤的割理和其它孔隙、裂隙中，还有少许溶解在煤层 水中。
n 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。
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•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。
•第二章：国内外煤层气井排采设备研究
2.1 国外研究现状
当今世界各国在煤层气开发领域，无论是从开发规模，还是 从技术水平等方面来看，美国一直处于领先地位。 n 目前为止，美国已经形成部分煤层气专用开采设备及工艺技术。 如：美国常用的煤层气排采设备虽然仍以有杆设备为主，有杆泵 适应性强，操作简单，性能可靠，几乎不需保养，经改造和研制 后，其工作深度和排量能较好的适应煤层气井的要求，但对整机 设计和选型上，提出了新的方法，在以圣胡安和黑勇士盆地为主 的各煤田取得了良好的经济效益。
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•第二章：国内外煤层气井排采设备研究
2.1 国外研究现状
n 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。
低渗、低压、低饱和是中国煤层气藏的又一个较为显著的特征， 为煤层气资源的开发带来了很大的难度。
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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 煤层气井排采技术分析 第四章 煤层气井排水采气方式优化设计
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n 从80年代后期，美国根据一些煤层气井的排水量大、排量变化范围 较大的特点和有杆排采设备在斜井、水平井方面应用受限的现状， 开始广泛使用潜油电泵，随后依据煤层气排采用的潜油电泵一般都 是小排量离心泵，要求对游离气的适应性高的特点并不断地改进潜 油电泵系统，提高潜油电泵应用的可靠性、适应性和经济性。
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•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
煤层气是常规天然气的接替能源之一，开发和利用我国丰富的 煤层气资源将对我国的能源储备起到至关重要的作用。 ①资源量丰富，但在分布上既分散又集中；
中国陆上埋深2000m以浅的煤层气资源量广泛分布在不同的含 煤盆地中，其中具有优势开发潜力的资源又相对集中在华北地区的 中东部(62%)，该区既是常规气的发育盲区，又是洁净能源的消费 旺区 ②储层不均一性强烈，华北地区相对优越；
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2020/11/21
煤层气井排水采气技术
煤层气井排水采气技术
n 排采系排水采气的简称，即利用机械举升设备（主要就是用排采设 备下到指定煤层进行排水采气，一般有螺杆泵、管式泵、电潜泵 等），将井筒内的水举升到地面，逐步降低井底流压。随着井底流 压降低，逐渐形成压降漏斗并逐步向外扩展，进而逐步降低煤层的 储层压力，迫使吸附在煤基质孔隙内表面的煤层气被解吸，然后通 过基质孔隙的渗流和扩散到天然裂隙，煤层气再从裂隙中渗流到井 筒，从而被采出。
•从煤表面解吸 •通过煤基质和微孔隙扩散
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•通过割理系统的达西流 动
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•第一章：煤层气井生产特征
1.2 煤层气井的采气机理
n 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；
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。
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•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。
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•第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
n 1.3.1 煤层气的产出过程
第三阶段：气、水两相流阶段。随 着煤储层压力进一步降低，有更多的煤 层气解吸出来，并扩散到煤中裂隙系统 中。此时，水中含气已经达到饱和，气 泡互相连接，形成连续流动，气的相对 渗透率大于零。随着储层压力下降和水 饱和度降低，水的相对渗透率不断减小， 气的相对渗透率逐渐增大，气产量也随 之增加。在这一阶段，在煤中裂隙系统 中形成气、水两相达西流动。
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•第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
n 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。
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
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进一步降低，解吸停止,煤层气井采气也就终止。
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• 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。
n 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。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。
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•第一章：煤层气井生产特征
1.3 煤层气井的生产过程
n 1.3.2 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：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。
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•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
方式、煤层压力和解吸压力等； 完井方式：不同地质条件下的煤层气井完井方式不同； 渗透性能：渗透率是决定煤层气单井产量的关键因素之一； 开采方式：主要是排采设备的选择。