第八章-煤层气井排采控制理论与工艺技术

第一章绪论第二章煤层气储层特征第三章煤层气钻井技术与工程设计第四章煤层气工程管理与质量控制第五章煤层气测井第六章煤层气钻井第七章煤层气增产技术第八章煤层气排采控制理论与工艺技术第九章煤层气数值模拟《煤层气开发与开采》第八章煤层气井排采控制理论与工艺技术1.煤层气井排采基础理论剖析2.排采中的伤害及伤害机理研究3.煤层气井排采控制理论4.煤层气井排采工艺与工作制度提纲煤层气储集特征（吸附）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——产出一、煤层气井排采基础理论剖析2019/10/305排水降压与压降漏斗：煤层气井通过排水，降低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。一、煤层气井排采基础理论剖析2019/10/306压降漏斗的扩展及其影响因素：随着煤层气井的继续排水降压，压降漏斗不断向外扩展。压降漏斗扩展速度同样也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。一、煤层气井排采基础理论剖析2019/10/307压降漏斗的扩展与煤层气产出特征：以临界解吸压力等压曲线为界，高于临界解吸压力的区域，煤层气未被解吸，为单相流状态；低于临界解吸压力的区域，煤层气被不同程度解吸，呈现为水和气两相流状态。两相流的流动状态取决于相对渗透率特征。一、煤层气井排采基础理论剖析井间干扰对煤层气生产是一项最有效的实现稳定高产的技术措施。而对常规天然气生产却恰恰相反，井间干扰会导致常规天然气产量大幅度锐减。井间干扰促进煤层气井稳定高产的原理在于，在储层条件下煤层气是呈吸附态存在的，煤层气产出需要通过排水-降压使其从煤的基质孔隙内表面解吸下来，因此井间干扰是造成有效降压的技术手段。区域压力降、井间干扰与产气特征：一、煤层气井排采基础理论剖析大量的实验研究表明，煤层气吸附/解吸具有一定的可逆性并且解吸表现出一定的滞后性，这是一个问题的两个方面，是物理吸附客观本质的体现。解吸与吸附的差异：煤层气井排采基础理论剖析解吸与吸附的差异：01234556789100510152025303540吸附数据解吸数据压力/MPa含气量/m3·t-1烟煤012345678910051015202530吸附数据解吸数据含气量/m3·t-1压力/MPa吸附/解吸实验（30℃）无烟煤一、煤层气井排采基础理论剖析根据煤层气解吸条件和解吸特征（物理），将其解吸分为：降压解吸置换解吸扩散解吸升温解吸等四个亚类。当然，降压解吸是最主要的也是对煤层气产出贡献最大的。解吸动力学特征及解吸类型：一、煤层气井排采基础理论剖析气产量变化排水降压阶段稳定生产阶段气产量下降阶段一、煤层气井排采基础理论剖析90年代初期，我国曾有一批煤层气生产试验井因排采过程中速度控制不当导致产量锐减。如“八五”期间施工的大城煤层气生产试验井、TL-006井等。产量锐减的主要原因有三：原因一，排采过快导致水产量和气产量锐减机理：煤粉伤害、应力敏感性伤害原因二，修井作业导致水产量和气产量锐减机理：外来物质伤害、气锁或水锁伤害原因三，关井停产导致水产量和气产量锐减机理：煤粉伤害、气锁或水锁伤害二、排采中的伤害及伤害机理研究三、煤层气井排采控制理论根据前述的伤害及伤害机理研究结论可以确定，煤层气井排采控制的基本要素是：控制要点一：控制合理的工作压差控制要点二：控制适度的煤粉产出速度有效地控制生产压差和产量液面控制排水试气液面要逐步下降，初期每天降液速度要小，以防止井底生产压差过大，造成吐砂和煤粉。见气后要控制液面基本稳定进行观察，然后控制降液速度排采，具体的抽排强度和液面下降速度都要根据测试数据和返出液体的性质来确定。根据试气和煤粉排出状况，进行清洗煤层的作业,清洗作业必须将井筒内的砂和煤粉洗净。三、煤层气井排采控制理论有效地控制生产压差和产量套管压力控制排采初期，油管出口进分离器，关套管闸门，当解吸气产出后，打开套管闸门进分离器测气。根据套压的高低决定油咀大小，防止砂、煤粉颗粒运移造成井筒附近煤层堵塞。三、煤层气井排采控制理论排采过程中井底流压的监控：通过定期监控动液面和套压实现人工监控：定期监测动液面和套压，观察压力变化规律，实现合理工作压差。通过井底压力计和自控装置实现自动监控：井底安装直读电子压力计，井口安装自动控制装置，实现实时自动监测；根据监测数据，通过智能控制实现井底流压自动控制。三、煤层气井排采控制理论排采过程中煤粉的监控：排采记录要求：严格记录产气量、产水量、动液面、套压及冲程、冲次、泵效等，定期取水样测定煤粉含量，注意观察产出水的颜色。遇到产出水颜色加深，适当调整工作制度。水样采集要求：正常情况下，每周一次取一个水样，利用离心机将煤粉分离出来，用天平测定饱和水、干燥状态下的煤粉重量，换算产出水煤粉含量（mg/mL），并保存煤粉。遇到产出水颜色加深，加密取样。三、煤层气井排采控制理论四、煤层气井排采工艺与工作制度生产工艺特点生产布局四、煤层气井排采工艺与工作制度生产工艺特点井筒结构井底钻至目的层下40米，留足口袋，便于生产水在排出前储存油管置于套管内部，实现气水初步分离，减少地面气水分离器数量，水从油管中泵出，气则从油管和套管间环形空间产出通过口袋收集固体物质（煤屑，细纱等），减少其向井筒排放量四、煤层气井排采工艺与工作制度排采方法-设备梁氏泵螺杆泵气举电潜水泵四、煤层气井排采工艺与工作制度排采方法-梁氏泵地面部分-游梁式抽油机：电动机、减速箱、四连杆机构井下部分-抽油泵，悬挂在套管内油管的下端连接部分-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四、煤层气井排采工艺与工作制度排采方法-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。四、煤层气井排采工艺与工作制度排采方法-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，气水分离特点四、煤层气井排采工艺与工作制度排采方法-电潜水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，泵易烧坏煤层气井的排采设备选择是保障煤层气井长期、稳定和连续排采的前提条件。首先排采设备必须性能可靠，持久耐用，节能低耗，易于维修保养。其次，要有从低排量到高排量较大范围内的排液能力与控制排液能力，还要有较强的和较灵敏的井口及产气系统的压力控制能力。煤层气井的排采设备可分为地面设备和井下设备。四、煤层气井排采工艺与工作制度为防止吐粉和避免产气后气体影响泵效，应考虑利用砂锚和气锚。气锚：煤层气井排采是在气、液两相下进行的。气锚是在井下将水中的游离气体直接分离进油管环空的必要措施之一。砂锚：主要作用是在液体进泵前分离随储层水而出的地层砂，防止抽油泵磨损，增加泵的使用年限，减少卡泵事故发生。煤层气井排采工艺与工作制度排采工作制度与排采控制定压排采-保持产量恒定及降低对渗透率影响煤层气井排采工艺与工作制度