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煤层气井负压排采工艺技术研究

作者：王阳

来源：《环球市场》2017年第23期

摘要：煤层气勘探开发的主要工艺技术流程是钻井、压裂和排采，排采是煤层气开发的重要环节。根据煤层气的排采机理，实现煤层气排采定量化和自动化，对合理开发煤层气、提高煤层气藏开采规模、降低成本和优化中国能源结构具有重要意义，是十分必要和紧迫的。 关键词：煤层气；排采；机理；研究 1、排采阶段的制度

1.1套压（p）与动液面深度（H）的关系

套压（p）和动液面深度fH）都是反映储层产气时的压力参数。杨秀春等指出二者之间呈正相关关系，并给出回归方程：p=0.0048H-0.3045。在煤层气井的整个排采阶段，无论产气量大小，均保持这种相关关系。曹立刚[8]等则指出套压和液面深度之间应该是指数正相关关系，其回归方程为：p=0.133+e，相关系数R=0.98。井底压力主要取决于套压。 1 2产气量与排水量的关系

曹立刚等指出产气量与排水量之间呈正相关关系，相关系数为0.917，较为明显。在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。总体看，产气量与动液面深度为正线性相关，但是当液面深度较小时，这种线性关系几乎不存在。造成这种现象的原因主要是套压与动液面深度存在密切正相关关系。 1.3产能模型和排采

阶段模型的建立煤层气储层准确模拟为科学生产提供了依据和保证。通常，使用气藏储层模拟方法或利用真实气体拟压力方程和气体物质平衡方程来求得产量与时间的关系曲线，进行产量预测。近期，郭大立提出了煤层压裂裂缝三维延伸模型和产量动态预测模型，在模型基础上研发的压裂压后评估及其产能预测模拟方法，在陕西韩城煤层气开发中应用，效果较好。吴晓东等建立了煤层甲烷的非平衡拟稳态吸附扩散模型和产能预测模型。而杨川东等用物质平衡法建立了煤层气井产能预测模型并进行了数值模拟。杨永国运用灰色系统和时间序列分析方法建立了煤层气产能预测的随机动态模型。ShiJQ，DumcanS和Babu，等建立了完全耦合岩石力学和流体流动的有限元模型。产能预测模型还有很多，不再一一列举。 2、地面采集设备

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煤层气井一般是在较低的井底压力条件下采气。在完成人工举升排水之后，还需要一整套地面设备，包括气、水分离设备和机器增压设施等。低压采集系统一般包括一个脱水分离器、一个压力控制器、一个水蒸气分离器、一个装有标准压力补偿器的涡轮流量计、一个泄压安全阀。

近20多年来，煤层气自动化开采迅速发展，并取得了重大成果。美国Burlington资源公司的子公司Meridian石油公司一直致力于圣胡安盆地煤层气的开采自动化。这套生产自动化系统由遥控器、中继线系统和计算机监控三大部分组成。煤层气的自动化开采优点突出，能大大节省人力、物力，财力，改善井的管理条件和质量等。以美国黑勇士和圣胡安盆地为例，一般以20口井为一组，配备一套地面加压设备和相应的管路，用以供气。美国的煤层气开发活动日益扩大，煤层气的产量不断提高，煤层气开采配套技术更加迅速发展和完善，煤层气井开始实现遥控和连片自动化操作运行。国内沁水气田自主开发了McWi无线宽带接入系统，具有接人带宽高、上下行带宽可调、支持非视距传输、频谱利用率高等特点，生产自动化正不断得到实现。韩城区块的煤层气自动化软件监控调节设备运用成熟，可实现图像采集传输，实现了设备运作参数传输以及调节，并对设备进行全天候的监控，能够及时发现问题，并迅速做出调整，避免了人工巡检时不到位不及时的情况发生。 3、排采存在的问题

钻井、压裂和排采是实现煤层气产气的3个必不可少的环节，在地质条件不变的前提下，钻井、压裂效果成败的关键就在于排采。

现场施工发现，排采工作制度中组合方式不合理，煤层气井排采有过快和较慢的现象。煤层气排采过快会导致煤层激励、吐粉吐砂严重，导致渗流通道堵塞，使一口钻井和压裂均可能很成功的井完全报废。过快的排采制度，使低渗透煤层气井在排水采气时，井筒附近很快得到了降压，煤层气很快解吸出来。但快速排采使井筒附近本来很低的渗透率急剧降低，一方面使煤层气井压降漏斗得不到充分扩展，另一方面由于井筒附近煤层的压密死锁，地层中后期出现压力恢复的现象，只有距井筒很小范围内的煤层气解吸出来形成了产量。

相反，渗透率很高、含水量很大的井，如果排采过于缓慢，液面无法在合理的时间内降低，因长期达不到临界解吸压力，几年不出气就导致开发商可能因采气成本高而放弃可能产量还不错的井。所以，在快速排采条件下，煤层气井气产量在很短的时间内达到一个较高值，但有效泄压的煤层范围很小，气源有限，高产无法长久持续。针对这种由于不合理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。 结束语

实践表明，目前，国内外煤层气排水开采最常见的人工举升方法都存在有不足之处，其中有杆泵排水采气工艺在国内众多煤层气勘探开发作业中，应用效果相对较好。以吐哈油田为例，有杆泵技术较为成熟，投资少，工艺配套技术好，维护费用相对较低。但排量不能过高，

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且需考虑气体的影响因素。解决中国煤层气开发中存在的问题，使煤层气井获得长期持续的较高产量，需要从以下几方面着手。

1、适当控制生产压差、排采速度，调整排采组合方式，将定压排采和定产排采结合，建立合理的工作制度，这是解决问题的前提条件。

2、搞清煤层与上下地层水的动力联系，依据地下水系统的概念，建立煤层上覆及下伏地层的流体动力体系模型和流固耦合数学模型，通过数值模拟给出较为合理的煤层气逐级降压排采制度。

3、自主研发符合国情的排采软件，实现煤层气排采自动化，优化并建立适合中国煤层气井特点的煤层气排采工作制度是煤层气井开发取得突破的关键。