煤层气排采制度分析

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1、煤层气井排采制度若干问题的探讨1、当储层压力接近解吸压力时要特别注意，这时易产生一个突变，一般表现为气产量突然增大，套压增大，有时气会将环空水带出，造成环空液面突然下降。（任源峰.煤层气排采中的技术管理J.油气井测试，2003,12（5）：66-68.）2、由于继续排水，液面缓慢下降，同时逐步加大油嘴使套压降低，减小套压利于储层中更多的水进入井筒并疏干井筒附近的水，目的是在环空液面降低到泵的吸人口后，地面压力长期保持在正常工作的范围(O.050.1MPa)。（任源峰.煤层气排采中的技术管理J.油气井测试，2003,12（5）：66-68.）3、加大油嘴直径，套压下降，产气量上升；反之，减小油嘴

2、直径，套压上升，产气量下降。一般油嘴直径为37mm，套压不低于0.05MPa。（任源峰.煤层气排采中的技术管理J.油气井测试，2003,12（5）：66-68.） 4、稳定生产阶段。这一阶段储层特性将决定气、水产量和生产时间。此时环空液面应低于生产层，而且井口压力应接近大气压。随着排采的进行，压力的下降，在近井地带形成一个很小的低含水饱和区，有助于解吸气体流人井筒。此时，生产制度平稳，不要频繁更换油嘴改变生产压差。尽管在开始排采的前几周，产气量较低，达不到设计产量，但从长远的观点看，有助于保证今后生产的正常进行，减少故障发生。（任源峰.煤层气排采中的技术管理J.油气井测试，2003,12（5）

3、：66-68.）5、对产水量大的井，需长期的排采才能使压力逐步下降，不可能在很短时间内将液面降低到要求的范围。因此，有些供液能力强的井，需要一个很长的排采周期。（任源峰.煤层气排采中的技术管理J.油气井测试，2003,12（5）：66-68.）6、检泵时最好不洗井,一旦需要检泵，在砂面不埋煤层的情况下最好不要洗井，如必须洗井，最好用煤层产出的水，这样可防止煤层污染。另外，尽量缩短检泵作业时间，可缩短恢复产气的时间。检泵后，排采降液仍需一个缓慢的过程，切不可降液幅度太大，急于产气。（任源峰.煤层气排采中的技术管理J.油气井测试，2003,12（5）：66-68.）7、排采流压的控制依靠控制液面来

4、实现，要及时调整排采工作制度，使环空液面平稳下降。在液面降至煤层附近时，进入稳定生产阶段。（任源峰.煤层气排采中的技术管理J.油气井测试，2003,12（5）：66-68.）8、常见的液井诊断技术包括：(1)液体化验：分析原液组分(氯根)、含水、含砂、含气等情况；(2)测静液面：了解地层静压变化；(3)测动液面：了解在抽油机正常抽吸时，地层的供液情况；(4)测示功图：当抽油机正常抽吸时，测抽油机在上下冲程过程中的光杆负荷，来分析地层出砂、出煤粉、储集层供液及抽油泵工作情况。（程林峰.煤层气排采井的生产管理J.中国煤层气，2005,2（4）：39-42.）9、合理的排采工艺是煤层气井高产的保障,

5、 如果排采速率过大, 液面下降速度过快会使有潜力的煤层气井排采半径缩短、发生速敏效应、支撑剂颗粒镶嵌煤层、裂缝闭合现象来临较快、渗透率迅速降低, 进而造成单井产气量低, 甚至被废掉。(李金海, 苏现波, 林晓英等.煤层气井排采速率与产能的关系J.煤炭学报.2009,34(3):376-380.)10、井底流压与气体流量的关系：图2显示了在煤层供气充足的条件下井筒中井底流压与气体流量的关系，可见井底流压与气体流量呈负相关关系，气体流量随井底流压降低而增加。在解吸产气初期，井底流压下降快，但气产量增长缓慢，表明产气初期煤层压降漏斗范围小，供气有限；随着井底流压不断下降，地层压降漏斗逐渐扩大，井底流

6、压下降较小的值就能产出大量的煤层气。煤层气临界解吸压力越高，井底压力下降相同的数值产出的气体越多。这反映了煤层气井的地下渗流压力变化特征。(杨焦生，王一兵，王宪花等煤层气井井底流压分析及计算J.天然气工业, 2010,30(2):66-68.)11、通过研究认为,该煤层气井煤层气产量急剧下降,是由于在试气过程中动液面下降过快使井筒附近本来渗透率就很低的煤层发生了压密,使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使少部分煤层气解吸出来,气井的供气源受到了严重限制。所以,该井产气量在达到高峰后,由于气的供应不足产气量很快下降。这是我国中高煤阶煤层气开发的难题所在。(赵群,

7、王红岩,李景明等.快速排采对低渗透煤层气井产能伤害的机理研究J.山东科技大学学报自然科学版,2008,27(3):27-31.)12、针对这种由于快速排采造成的煤层气井产能不持续的问题,可以通过控制煤层气井排采制度的方法来解决或缓解。根据我国煤层气藏的特点,建议在煤层气排采时,分级降低煤层气井的井底流压,其好处在于,每一级降压都持续到一定的时间,从而使降压漏斗得到充分的扩展。虽然在每一级降压时割理、裂隙同样也会有一定的闭合,但是由于降压的幅度很小,煤层的渗透率也不至于降低很大,延长渗透率相对较高时的降压时间将更有利于降压漏斗的扩展。这种控制煤层气井的降压制度,使压力波传播的尽可能远,降压漏斗充

8、分扩展,最大限度地提高降压漏斗体积,使煤层气的解吸范围增大,从而更多的煤层气从煤层中解吸出来,提高了煤层气单井的采收率,获得持续时间更长的煤层气单井产量。(赵群,王红岩,李景明等.快速排采对低渗透煤层气井产能伤害的机理研究J.山东科技大学学报自然科学版,2008,27(3):27-31.)13、套压参数划分为3个类型：套压小于0.3MPa时, 地层处在泄压阶段, 产气不稳定, 是排采的初级阶段; 套压为0.31.1MPa时, 排采曲线基本符合达西定律, 为线性曲线; 当套压大于1.1MPa时, 曲线反映的是二次函数, 属于紊流状态, 产气不稳定。实践表明, 套压参数对产气量的影响很大, 曲线类

9、型的划分对煤层气的排采工作具有一定的指导意义。(张明山.煤层气排采中套压对产气量的影响J.中国煤炭，2009,35（12）：102-104.)14、15#煤层底板为区域上分布稳定的浅海相灰岩( K2 灰岩) ,底板为泥岩、粉砂质泥岩。该井组2个主力煤层皆受承压水控制,其中15#煤层底板K2灰岩富含水,笔者认为由于15#煤层与富含水的K2灰岩存在较强的水力联系, K2 灰岩层大量出水,致使煤层卸压缓慢,造成单排15#煤层排采产气量低。(康永尚,邓泽,刘洪林J.天然气地球科学，2008,19（3）：423-426.)15、石炭系、二叠系砂岩裂隙含水层富水性较弱,泥岩隔水层发育,对煤层气开采影响有限

10、。奥陶系灰岩和石炭系太原组局部灰岩层富水性强,在断裂及岩溶陷落发育地区对煤层有直接影响,不利于煤层气开采。(康永尚,邓泽,刘洪林J.天然气地球科学，2008,19（3）：423-426.)16、逐级降压工作制度探讨：制定合理的工作制度主要表现在对生产压差的控制。由压力带来的煤储层伤害应该通过控制压力变化的方法来解决或缓解,故提出逐级降压排采工作制度。该制度的指导思想是:在排采时,分级逐次降低煤层气井的井底流压。逐级降压的好处在于,使每一级降压都持续到一定的时间,使降压漏斗得到充分的扩展。在每一级降压时,虽然割理、裂隙同样也会有一定的闭合,但是由于降压的幅度很小,割理、裂隙的闭合也很小,煤层的渗

11、透率也不至于降低很大,而延长该级降压时间将更有利于降压漏斗的扩展,待该级降压漏斗扩展充分后再开始下一级降压,以此循环模拟。这样通过控制煤层气井的压力降和持续时间,使压力波传播的尽可能远,降压漏斗充分扩展,最大限度地提高泄压体积,也就可以使煤层气的解吸范围增大,从而使更多的煤层气从煤层中解吸出来,可以提高煤层气单井的采收率,获得持续时间更长的煤层气单井产量,同时煤粉迁移和裂隙吐砂的现象还可得到缓解,减轻了对井筒的伤害。(康永尚,邓泽,刘洪林J.天然气地球科学，2008,19（3）：423-426.)17、建立合理的煤层气流体动力学模型是制定合理工作制度和建立数学模型的前提。依据地下水系统的概念,

12、煤层与上覆及下伏地层之间存在3种流体动力系统模型:A 型,煤层水与上下地层水无直接水动力联系；B 型,煤层水与上下地层水联系密切,且上下地层含水量大, 补给充足；C 型,介于A型与B 型之间,煤层水与上下地层水存在水力联系,但上下地层含水量不大,补给弱或无补给。(康永尚,邓泽,刘洪林J.天然气地球科学，2008,19（3）：423-426.)18、与采油工艺相比, 将电泵用于煤层气排采有着很多不同之处, 一是要求电泵具有良好的可控制性, 能够按照排采要求随时调整泵的排量, 从而实现平稳降压；二是电泵排出的流体由油水混合物变为气水混合物；三是泵送的流体从单相流变为两相流； 四是生产方式由油管产液

13、变为油管排水、套管产气；五是排出流体中含砂( 压裂砂、地层砂)、煤粉、泥浆等。(任源峰，吕卫东，冯义堂. 煤层气井电泵排采工艺技术的研究及应用J.中国煤层气，2006，3（1）：33-36.)19、我国煤层气井的排水采气制度主要是采取控制流量的方法进行的,这种制度是来自于美国的煤层气开发经验。但是我国煤层气储层的渗透率低,在煤层气井早期的过渡采水使井筒附近储层压密渗透率降低,而导致煤层气储层无法大范围卸压。根据模拟的结果可以看出常规的以控制水产量为主的生产制度并不合理。（康永尚，赵群，王红岩. 煤层气井开发效率及排采制度的研究J. 天然气工业,2007,27(7)：79-82.）20、在已选好

14、抽油机的情况下,确定煤层气井排采工作制度的指标是:泵挂深度、泵径、冲程、冲次。确定指标的原则是在满足排液的前提下优先考虑使用小泵径、长冲程和小冲次。其优点是:(1) 可充分利用泵筒的有效长度,按比例地增加泵的排量。在地层供液能力充足的情况下,可降低液面,提高排液量,不会对设备产生影响,同时使泵筒均匀磨损。(2) 可降低单位时间内的冲程次数,减少振动载荷,改善示功图形状;还可减轻抽油杆磨损,从而延长其使用寿命。(3) 由于冲次减少,使得柱塞自上死点到下死点的时间增加,使煤层产出的砂及煤粉等有充分时间沉降。(4) 上冲程时柱塞运行速度变慢,有利于增强气、砂锚的防气和防砂效果,从而减轻泵的磨损,延长

15、检泵周期及泵的使用寿命。(吕景昶，朱礼斌，张涛.煤层气井排采工艺技术J.油气井测试，2002,11（4）：47-48.)21、生产压差的选择：(1) 初选的生产压差,要以不破坏煤层的原始状态,不使煤层的割理系统受到损害,避免造成煤层大量出砂和煤粉以及煤层的坍塌为原则。(2) 使泵的排液能力与煤层的供液能力相适应,充分利用地层能量,保证环空液面均匀缓慢下降或稳定。(3) 套压的控制:放大油嘴,套压下降,气量上升；反之,减小油嘴,套压上升,生产压差减小。对有一定产气量的井,油嘴在26mm 之间为好。当套压降为零时,由于空气密度大于甲烷的密度,空气有可能进入井中,与煤层接触发生氧化作用,形成薄氧膜阻

16、止气体的解吸,不利于煤层气的产出。套压过高,不利于气体的解吸。综合考虑,排液时井口压力不应低于0.01MPa。(吕景昶，朱礼斌，张涛.煤层气井排采工艺技术J.油气井测试，2002,11（4）：47-48.)22、套压和液面深度的关系：套压和液面深度这两个参数都是反映储层产气时的压力参数。套压和液面深两者之间保持着良好的正相关关系,即套压升高,液面降低；套压降低,液面抬升。这种关系表明在排采中, 套压的大小可由人为予以控制, 而液面深则相应自动进行调整；反之, 控制液面深, 套压亦将相应自动进行调整。在产气以后, 井内的液柱, 实际上已是水气混合柱, 这种混合液柱的密度小于1 , 其密度及液柱压

17、力将随气量大小而改变, 而气量影响已经受控于套压和液面深的相互依赖关系之中, 并已自动进行了调整。（曹立刚,郭海林,顾谦隆.煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨J.中国煤田地质，2000，12(1)：31-35.）23、当套压很小时, 其压力有较小的变化, 液面深度则有较大变化, 此时井底压力将主要为液柱压力；而当套压大时, 液面深较小变化, 而套压变化大, 此时井底压力将主要取决于套压。（曹立刚,郭海林,顾谦隆.煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨J.中国煤田地质，2000，12(1)：31-35.）24、产气量与套压的关系： 两者之间总体趋势是随套压的降低而产气量增加的负相关关系,

18、这种关系符合流体的渗透规律。但是有时显示出产气量几乎与套压无关的现象,这不符合渗流规律,显然是套压受液面深和产气量大小的影响所致。（曹立刚,郭海林,顾谦隆.煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨J.中国煤田地质，2000，12(1)：31-35.）25、产气量与液面深的关系：产气量与液面深之间呈负相关关系, 关系比较明显,即液面深度越大,产气量越小。但有时两者之间显示无相关性,上述现象显然不符合流体的渗透规律。造成上述现象的原因, 主要在于套压和液面深之间存在着密切正相关关系, 液面深度受套压控制, 两者之间的这种在人为作用下可以随迂相互调正的关系, 致使液面深与产气量的关系受控于产气量与套

19、压的关系, 因此出现了产气量与液面深之间负相关关系。而2、3、4 号点液面浅,与其它点差值过大, 前者的总压力组成中以液柱压力为主,而后者则以套压为主,因而就液面深或套压与产气量的单因素关系而言,相关系数偏低。（曹立刚,郭海林,顾谦隆.煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨J.中国煤田地质，2000，12(1)：31-35.）26、产气量与排水量的关系：产气量与排水量之间呈正相关关系。产气量随排水量的增加而增加,储层气在水带动下产出, 储层具有水携气而不是水驱气的特征。在水未疏干, 并且能保持井稳定不排砂和煤粉的条件下,加大排水量将提高产气量。（曹立刚,郭海林,顾谦隆.煤层气井排采过程中各排

20、采参数间关系的探讨J.中国煤田地质，2000，12(1)：31-35.）27、排水量与套压的关系：排水量与套压之间呈明显的负相关关系, 套压越高, 排水量越小,符合渗流规律。（曹立刚,郭海林,顾谦隆.煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨J.中国煤田地质，2000，12(1)：31-35.）28、排水量与液面深的关系：据实际资料,排水量与液面深之间呈负相关关系。按渗流规律,液面越深,排水量应该增大,因此,实际资料不符合渗流规律。其原因和产气量与液面深的关系相同,液面深受控于套压,致使排水量与液面深的关系呈现了和排水量与套压之间相同的负相关关系。（曹立刚,郭海林,顾谦隆.煤层气井排采过程中各排

21、采参数间关系的探讨J.中国煤田地质，2000，12(1)：31-35.）29、总之：产气量受控于套压,液面深和排水量；由于套压、液面深之间存在能相互调正的随迂依赖关系, 因此套压和液面深中任何一项均不是影响产气量的独立参量。而两者组合成的井底压力才是影响产气量的独立参量。即稳定段的产气量将实际受控于井底压力和排水量。这是制定合理的排采制度的基础；产气量的变化应符合于流体的渗透规律。（曹立刚,郭海林,顾谦隆.煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨J.中国煤田地质，2000，12(1)：31-35.）30、排采中的参数间关系是制定合理工作制度的基础, 亦是在日常排采中根据参数值的变化正确认识和分

22、析处理产气过程中出现的一些现象的依据。可以归纳为：随套压的减小,产气量增加；随液面深的增加(这种增加不是由于套压增加) ,产气量增加；随排水量的减小(这种减小不是由于长期排水致使含水层被疏干) ,产气量减小。由于套压和液面深间随迂性相互调正的变化关系以及产气量的变化, 利用井底压力来代替套压和液面深的单因素影响, 将有利于排采资料的正确认识。正确确定井底压力, 将成为煤层气井排采中极其重要的环节, 井底压力的实测或更精确的计算方法, 是煤层气井排采中急待解决的课题。当过量产气时,将不能满足上述正常关系,如表现为套压、液面持续下降,而产气量亦相应下降等现象时,井底压力的确定将更加重要。（曹立刚,

23、郭海林,顾谦隆.煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨J.中国煤田地质，2000，12(1)：31-35.） 31、定压排采制度：核心是如何控制好储层压力与井底流压之间的生产压差；关键是控制适中的排采强度, 保持液面平稳下降, 保证煤粉等固体颗粒物、水、气等正常产出。适用于排采初期的排水降压阶段。由于排采初期, 井内液柱中的气体含量少, 液柱的密度变化小, 井底流压主要为液柱的压力, 因此, 排采过程中的“定压制度”主要是通过调整产水量以控制动液面来控制储层压力与井底流压的压差。（饶孟余，江舒华.煤层气井排采技术分析J.中国煤层气，2010,7（1）：22-25.）32、定产排采制度：根据地

24、层产能和供液能力, 控制水、气的产量, 以保障流体的合理流动。适用于稳产阶段。由于井内液柱中的气体含量较大, 液柱的密度远小于1 , 套压较高, 因此, “定产制度”可以通过改变套压或动液面来控制井底压力以实现稳产的目的。（饶孟余，江舒华.煤层气井排采技术分析J.中国煤层气，2010,7（1）：22-25.）33、煤层气井排采控制思路：将煤层气井排采划分为放喷阶段(针对常规压裂直井)、降液面阶段、控压产气阶段和控压稳产阶段, 排采时, 每一阶段的降压都控制在一定的强度并持续到足够的时间。（饶孟余，江舒华.煤层气井排采技术分析J.中国煤层气，2010,7（1）：22-25.） 34、煤层气井排采

25、控制的几个阶段工艺特点：(1) 放喷阶段: 常规直井的储层经压裂改造后, 储层中被高压压入大量的压裂液, 因此直井排采首先需要放喷排液。控制放喷量的原则是避免井口出大量的煤粉和压裂砂。井口压力为零, 溢流量很小时为结束点。水平井排采无此阶段。 (2) 降液面阶段: 控制重点是降液速度, 排采强度不宜过大, 以阶梯降液为主, 排液应连续平稳, 保持动液面平稳下降。严禁排量的大起大落而造成生产压差上下波动, 使得储层激动, 吐砂、吐粉。套管产气是该阶段的结束点。(3) 控压产气阶段: 稳定排采一段时间后, 煤层气生产井的动液面将会降低到比较低的水平,油、套环形空间的套管压力将会逐渐上升到比较高的状

26、态。此阶段, 为了降压漏斗尽可能扩展, 气体的解吸范围尽可能增大, 需要控制生产压力让气井产气。因此, 煤层段的流动压力需要控制在排采设计的技术指标范围以内的同时, 煤层的排水工作必须保持连续进行。初期, 由于液柱中的气体较少,井底流压主要为液柱压力, 可以通过调整环空液面来控制流压；后期, 由于环空间的气量增大, 液柱中的含气体量也多, 井底流压主要取决于套压, 可以通过调整套压来控制流压。(4) 控压稳产阶段: 随着排采的进行, 需要根据单井的生产能力确定合理的产能指标进行稳定生产。这一阶段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

27、间, 实现煤层气井产量最大化。上述排采阶段的划分及精细排采控制的优点在于：每一阶段降压的幅度都很小, 煤层的渗透率受到的影响也很小; 延长降压时间有利于降压漏斗的扩展。因此, 通过对煤层气井压力降和持续时间的控制, 有利于提高泄压面积、增加煤层气单井采收率, 获得持续时间更长的煤层气单井产量, 同时也缓解了煤粉迁移堵塞现象, 减轻了对储层的伤害。（饶孟余，江舒华.煤层气井排采技术分析J.中国煤层气，2010,7（1）：22-25.）35、井底流压是反映产气量渗流压力特征的参数,煤层气的产出机理决定了只有降低井底流压至临界解吸压力以下, 才能有解吸气体的产出。较低的井底流压, 有利于增加气的解吸

28、速度和解吸气体量。由于套压和液柱高度存在相互调整得依赖关系, 套压和液柱高度的任何一项参数均不是影响产气量的独立参数, 两者的组合才是控制产气量的根本。相对而言, 井底流压的变化能更好地反映产气量的变化。因此, 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。另一方面, 我国煤储层压力系数一般较低, 为了降低井底流压, 增加气产量, 排水设备的吸液口一般接近煤层, 甚至在煤层以下进行负压排采。但是现场排采证明：对有些煤层, 当井底流压降到一定程度后, 再增加生产压差, 气产量反而急剧下降。这是因为井底压力降到一定程度, 低渗透率的煤层无法将压力传递到煤层的更深处。井筒附近煤层压力过

29、低, 有效应力增加, 引起煤粉运移、堵塞孔隙, 使产气量急剧下降, 影响气体的采收率。因此, 井底流压要根据不同地区、不同变质程度的煤层的闭合压力特征及煤体结构的不同, 进行调控。对于低变质、闭合压力较小的煤层应避免负压抽排。（饶孟余，江舒华.煤层气井排采技术分析J.中国煤层气，2010,7（1）：22-25.） 36、解吸压力与地层压力的比值、压裂施工时加砂量及液量高,有利于煤层气解吸,提高单井产量；变排量施工工艺,利于控制裂缝形态,提高压裂效果；煤层气产出表现出“气、水差异流向”规律,构造高部位煤层气更容易解吸,产气快,产量高。 科学的排采制度是保证煤层气井高产稳产的关键,应当坚持“缓慢、长期、持续、稳定”的原则,保证液面稳定缓慢下降,保持合理的套管压力。工作制度切忌变化频繁,避免由于煤层压力激动造成煤层坍塌和堵塞。（陈振宏、王一兵、杨焦生等.影响煤层气井产量的关键因素分析以沁水盆地南部樊庄区块为例J.石油学报，2009,30（3）：409-412.）