煤层气排采技术

煤层气排采技术煤层气排采1.煤层气生产采出特点2.排采方法3.生产井排采特征分析力;力;力;煤层气藏具有33个方面的特点:一是煤层气在煤中的储集是以吸附状态附在煤的表面;二是在进行大量开采之前，必须降低平均储层压力;三是储层中一般都有水，在采气的同时，必须进行排水。由于煤层的这些特点，在从事煤层气的开采时，涉及以下几个方面(1)最大限度地降低井口压力;(2)水、气的地面分离;;(3)采出气压缩到输送压力;(4)采出水的处置或处理。常规油气生产方法用于煤层气开采时，需要改动。煤层气储层与常规天然气藏的特性比较产出机理：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。第三阶段:非饱和的单相流阶段压力进一步下降,一定数量煤层气解吸出来,形成气泡,阻碍水的流动,水的相对渗透率下降，处于非饱和单相流阶段。第四阶段:气水两相流阶段储层压力进一步下降,解吸气、溶解气、游离气开始在裂隙系统中扩散，气体渗透率逐渐增大，气产量逐步增多,水产量开始下降，直至气泡相互连接,形成连续的流线,处于气-水两相流阶段,但此阶段水的相对渗透率大于气体相对渗透率。第五阶段:水气两相流阶段压力进一步下降,吸附气体的大量解吸,处于以气为主的水-气两相流阶段。2．排采过程煤层有越流补给(1)饱和水单相流，压力仅在煤层中传递阶段(2)饱和水单相流，压力仅在围岩中传递阶段(3)饱和水单相流，压力在围岩与煤层中共同传递(4)非饱和流阶段(5)两相流阶段随着排采的进行，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。2．排采过程煤层有越流补给随着围岩中影响半径的增加，煤层中的压力梯度小于围岩中的压力梯度，在煤层中形成很小的压降漏斗后，压力将仅在围岩中进行传递，进入第二阶段。直到煤层中的压力梯度大于围岩中的压力梯度为止。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、地层含水性、排水速度等因素，持续时间可能是几天或数月。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。排采阶段的划分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。煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素1．煤层含水性煤层气井的生产是通过抽排煤层及相邻含水层中的地下水来降低煤储层压力，使煤层中的甲烷释放并向井口运移，排水是储层压力降低的根本途径。煤层富水性直接关系到压力降低的难易程度。富水性过强，无疑将增加排采的强度，使煤储层压力很难降低；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。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。它决定了在煤层气井排采影响范围内的水量，最终影响压力传递的范围。3．煤储层渗透性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。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；若含水层与煤储层水动力联系较弱或无联系时，仅排采煤储层中的水时，压力更容易传递。（越流补给；无越流补给）5．储层压力梯度储层压力梯度是煤储层压力与煤层埋深的综合反映。从某种程度上反映了地层能量的大小。若储层压力梯度较大，说明地层原始能量较高，在同样的排采强度、供液能力情况下，压力更容易传递，更容易降压。求:排水采气要求煤层气排水采气要求:①排液速度快，不怕井间干扰。②降低井底流压，排水设备的吸液口一般都要求下到煤层以下。③要求有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。气井系统梁式泵井下设备螺杆泵电潜泵排采系统动力系统设备地面排采流程发电机控制柜排液系统采气系统抽油杆出水管线出气管线表层套管Φ244.5mm气井系统井下泵挂结构:煤层套管Φ139.7mm水泥返高油管Φ73mm煤层泵金属绕丝筛管丝堵音标100m动液面尾管沉砂管•73mm抽油管•回音标•管式泵•尾管•筛管•沉砂管•丝堵人工井底气井系统井下泵挂结构●泵一般下到筛管距煤层中部深度上下4～20m,抽油杆出气管线出水管线表层套管Φ244.5mm煤层套管平均为煤层中部深度以上5.98m处。●Φ139.7mm水泥返音标100m动液面所有井煤层均全部射开。①抽油机泵抽系统设备主要有：3型抽油机、油管Φ73mmΦ56mm二级整体筒管式泵、Φ73mm油管、音标、Φ89mm金属绕丝筛管、管式泵柱塞、Φ19mm抽油杆、煤层尾管沉砂管泵金属绕丝筛丝堵人工井Φ25.4mm光杆、丝堵、音标等；②螺杆泵泵挂系统设备主要有：驱动头、24.5mm光杆+24.5mm抽油杆+抽油杆扶正器+转子+定子+尾管+金属筛管+沉砂管+丝堵；③电潜泵泵挂系统主要设备有：变频器+入井电缆+电潜泵+筛管+丝堵。井排液系统：油管出口++口++分离器+水量把水器+计表++水表排气井系统地面系统单单井采气系统：油、套环空出口套管压力表++支管线++火管线；放空火炬气水分离器水表安全阀水管线气管线井口和采油树地面排采流程单井采气系统：油、套环空出口+套管压力表+支管线+火把；单井排液系统：油管出口++气、水分离器+水计量表++排水管线；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。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。排采设备简况目前国内煤层气井排采设备主要有：为5：CYJYCYB--TH415.：GLB300-为24101--5001、梁式泵：（有杆泵）2、螺杆泵：3、电潜泵：（理论排量为5.9～63..8m3/d）抽油机型号：CYJY33-1.5-6.5HB泵型号：：CYB56TH4.5-1.2，泵径5656mm（理论排量为15.2～50mm3/d）型号：GLB300-21（理论排量为24～65m3/d）型号：QYB101-50500S排采设备工作原理特点梁式泵（有杆泵）柱塞在泵筒中往复运动由泵管和柱塞组成，排水量较低、价格便宜、维护量大螺杆泵转子在定子中转动转子和定子组成，价格较贵、维护小，防砂、煤粉能力强，占地面积小电潜泵电机带动叶轮转动排量大、扬程高、占地面积小、维护小、价格较高，防砂、煤粉能力强排采设备工作原理设备类型型号理论排量3m/d优点缺点梁式泵（有杆泵）CYJY3-1.5-6.5HB5.9-63.859638泵的价格便宜维护量大,防砂、粉能力差螺杆泵GLB300-2115.2-50维护量小、防砂、煤粉能力强换泵的价格较高电潜泵QYB101QYB101--5050--500S24-65维护量小、防砂、煤粉能力强换泵的价格较高排采设备简况排水采气方法有杆泵煤层梁式泵法螺杆泵法泵(泵(梁式泵(有杆泵))螺杆泵(地面驱动))气举水力喷射泵气排水采气的方法电潜泵法气举法水力喷射泵法泡沫法优选管柱法泵(梁式泵(有杆泵))有杆泵排水是由抽油机、抽油杆和抽油泵为主的有杆抽吸系统实现。国内外应用最为广泛的有杆泵设备是游梁式抽油机泵装置梁式泵电动机地面部分游梁式抽油机减速箱四连杆机井下部分抽油泵中间部分抽油杆悬挂在套管内油管的下端联系地面和井下由一或几种直径和钢级的抽油杆和接箍组成组成：三抽为主+辅助装置由5有杆泵主要由5部分组成，包括抽油泵抽油杆地面抽油机减速箱原动机17.丝堵1.抽油机2.光杆卡子3.悬绳器4.光杆5.盘根盒6.取样管77.油管头密封油管与光杆环形空间的井口动密封装置游梁式抽油机泵装置8.套管头99.表层套管10.产层套管11.油管12.抽油杆13.抽油泵14.油管接箍15.筛管16.砂锚或气锚梁式泵排水采气过程工作过程：电动机三角皮带传动减速箱三轴二级减速构(四连杆机构(曲柄，连杆、横梁和游梁))输出的旋转运动游梁驴头的往复运动泵柱塞上下往复运动悬绳器上冲程光杆和抽油杆上行下行带动泵筒下部吸入((固定))阀打开泵从井中吸入水柱塞流动阀关闭柱塞将油管液体上举到井口抽油泵排出过程柱塞上排出(游动)阀下冲程吸入阀关闭游动阀打开柱塞下液体经排出阀向上排抽油泵吸入过程减速箱曲柄连杆抽油杆有杆泵排水采气过程工作过程：电动机三轴二级减速三角皮带传动将旋转运动变为悬绳器带动泵柱塞上下往复运动游梁上下运动抽油减速箱在支架的前面，缩短了游梁的长度，减小了抽油机的规格尺寸，上、下冲程时间不等，从而降低了上冲程的速度和动载荷及减速箱的最大扭距和需要的电机功率。由5有杆泵主要由5部分组成，包括井下泵抽油杆地面抽油机、减速箱原动机工作原理工作方法：将有杆深井泵下入井筒动液面以下适当深度，泵筒中的柱塞在抽油机带动下做上下往复运动而抽汲排水，达到排水采气目的。水产出通道：进入泵筒内的地层水从油管排出；气产出通道：煤层气从油管环形空间产出。有杆泵法有杆泵在各种深度和排量下都能工作，适应性强，操作简单。需要天然气发动机或电动机作动力，来带动抽油机驱动的活塞泵抽水，水由油管排出，气靠自身能量由油套环形空间排出井筒。如果气压很低，进不了集输流程，就要考虑用真空泵和压缩机来抽吸和增压输送。螺杆泵法螺杆泵是一种新型采液装置，在美国已广泛用于浅煤层气井排水采气作业。螺杆泵主要工作部件是定子和转子，定子与泵外壳连成一体并接在油管的最下端，下至井内并沉没于被抽吸的井液中，当转子旋转时，即将井液和气体从油管内举升至地面。螺杆泵相对较新的泵。螺杆泵是由一根旋转杆驱动的。螺杆泵主要由地面驱动装置、抽油杆和井下泵三部分组成。地面驱动装置主要包括电动机和传动齿轮。井下的关键部件是转子和定子。螺杆泵法按驱动方法分为地面驱动和井下驱动地面驱动螺杆泵需要电动机来驱动抽液杆，从而使螺杆泵工作，将井内液体排至地面，而甲烷气由油套环形空间排出井筒。WeatherFord公司地面驱动螺杆泵示意图油管电缆导流罩其中柔性轴、减速器保护器、减速器、电机下保护器、电机、电机上保护器出口等部件均在导流罩里面。螺杆泵吸入口ProgressingCavityPumpsTheProgressingCavityPump(PCP)isapositivedisplacementpumpthatconsistsofasingleexternalhelicalrotorthatrotatesRotoreccentricallyinsideadoubleinternalhelicalstatorofthesameminordiameter&twicethepitchlength.StatorESPCP螺杆泵法螺杆泵是一种新型采液装置，在美国已广泛用于浅煤层气井排水采气作业。螺杆泵主要工作部件是定子和转子，定子与泵外壳连成一体并接在油管的最下端，下至井内并沉没于被抽吸的井液中，当转子旋转时，即将井液和气体从油管内举升至地面。螺杆泵主要工作部件是定子和转子，定子与泵外壳连成一体并接在油管的最下端，下至井内并沉没于