1、,煤層氣排采技術(shù),煤層氣排采 1.煤層氣生產(chǎn)采出特點(diǎn) 2.排采方法 3.生產(chǎn)井排采特征分析,力;,力;,力;,煤層氣藏具有3 3個(gè)方面的特點(diǎn): 一是煤層氣在煤中的儲(chǔ)集是以吸附狀態(tài)附在煤的表 面; 二是在進(jìn)行大量開(kāi)采之前，必須降低平均儲(chǔ)層壓力; 三是儲(chǔ)層中一般都有水，在采氣的同時(shí)，必須進(jìn)行 排水。 由于煤層的這些特點(diǎn)，在從事煤層氣的開(kāi)采時(shí)，涉及以 下幾個(gè)方面 (1)最大限度地降低井口壓力; (2)水、氣的地面分離; (3)采出氣壓縮到輸送壓力; (4)采出水的處置或處理。 常規(guī)油氣生產(chǎn)方法用于煤層氣開(kāi)采時(shí)，需要改動(dòng)。,煤層氣儲(chǔ)層與常規(guī)天然氣藏的特性比較,產(chǎn)出機(jī)理：,產(chǎn)出各階段特征： 第一階段:

2、僅有壓降傳遞,無(wú)水氣流動(dòng)階段 壓降幅度比較小,還不足以使煤層中的水產(chǎn)生流動(dòng),煤 層氣無(wú)法解吸,處于靜水階段。 第二階段: 飽和水單相流階段 隨著壓降幅度的增大,煤層中的裂隙水開(kāi)始流動(dòng), 極 少量游離氣或溶解氣在裂隙系統(tǒng)中將處于運(yùn)移狀態(tài), 此階段以飽和水單相流為表征。 第三階段: 非飽和的單相流階段 壓力進(jìn)一步下降,一定數(shù)量煤層氣解吸出來(lái),形成氣泡, 阻礙水的流動(dòng),水的相對(duì)滲透率下降，處于非飽和單 相流階段。,第四階段: 氣水兩相流階段 儲(chǔ)層壓力進(jìn)一步下降,解吸氣、溶解氣、游離氣 開(kāi)始在裂隙系統(tǒng)中擴(kuò)散，氣體滲透率逐漸增大， 氣產(chǎn)量逐步增多, 水產(chǎn)量開(kāi)始下降，直至氣泡相 互連接,形成連續(xù)的流線,處

3、于氣-水兩相流階段, 但此階段水的相對(duì)滲透率大于氣體相對(duì)滲透率。 第五階段: 水氣兩相流階段 壓力進(jìn)一步下降,吸附氣體的大量解吸,處于以氣 為主的水-氣兩相流階段。,2排采過(guò)程煤層有越流補(bǔ)給 (1)飽和水單相流，壓力 僅在煤層中傳遞階段 (2)飽和水單相流，壓力 僅在圍巖中傳遞階段 (3)飽和水單相流，壓力,在圍巖與煤層中共同傳 遞 (4)非飽和流階段 (5)兩相流階段,隨著排采的進(jìn)行，圍巖中壓力 梯度逐漸大于煤層中的壓力梯 度，壓力傳遞軌跡從煤層過(guò)渡 到圍巖中，壓力將僅在圍巖中 傳遞，開(kāi)始排采圍巖中的水， 此時(shí)，煤層中壓力幾乎不再發(fā) 生變化。,2排采過(guò)程煤層有越流補(bǔ)給 隨著圍巖中影響半徑 的

4、增加，煤層中的壓 力梯度小于圍巖中的 壓力梯度，在煤層中 形成很小的壓降漏斗 后，壓力將僅在圍巖 中進(jìn)行傳遞，進(jìn)入第 二階段。直到煤層中 的壓力梯度大于圍巖 中的壓力梯度為止。,排采階段的劃分 煤層氣井的生產(chǎn)排采是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間排水降壓采氣過(guò) 程，煤層氣單井生產(chǎn)年限一般為15-20年。從煤層氣 井生產(chǎn)過(guò)程中氣、水產(chǎn)量的變化特征。 可把生產(chǎn)分為三個(gè)階段 早期排水降壓階段：主要產(chǎn)水， 隨著壓力降到臨界解吸壓力以 下，氣體開(kāi)始解吸，并從井口產(chǎn) 出。 這一階段所需的時(shí)間取決于 井點(diǎn)所處的構(gòu)造位置、儲(chǔ)層特征、 地層含水性、排水速度等因素， 持續(xù)時(shí)間可能是幾天或數(shù)月。,排采階段的劃分 中期穩(wěn)定生產(chǎn)階段：隨著排

5、水 的繼續(xù)，產(chǎn)氣量逐漸上升并趨 于穩(wěn)定，出現(xiàn)高峰產(chǎn)氣，產(chǎn)水 量則逐漸下降。 該階段持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于 煤層氣資源豐度（主要由煤層 厚度和含氣量控制），以及儲(chǔ) 層的滲透性。,排采階段的劃分 后期氣產(chǎn)量下降階段：當(dāng)大 量氣體已經(jīng)采出，煤基質(zhì)中解 吸的氣體開(kāi)始逐漸減少，盡管 排水作業(yè)仍在繼續(xù)，產(chǎn)氣量下 降，產(chǎn)出少量或微量水。 該階段延長(zhǎng)的時(shí)間較長(zhǎng)，可以 在10年以上。,煤層氣垂直井排采過(guò)程壓力傳遞的影響因素 1煤層含水性 煤層氣井的生產(chǎn)是通過(guò)抽排煤層及相鄰含水層中 的地下水來(lái)降低煤儲(chǔ)層壓力，使煤層中的甲烷釋 放并向井口運(yùn)移，排水是儲(chǔ)層壓力降低的根本途 徑。 煤層富水性直接關(guān)系到壓力降低的難易程度。

6、富 水性過(guò)強(qiáng)，無(wú)疑將增加排采的強(qiáng)度，使煤儲(chǔ)層壓 力很難降低； 若煤層富水性弱，則需根據(jù)圍巖與煤層的連通狀 況及圍巖的含水性而定。煤層含水性影響煤儲(chǔ)層 壓力傳遞，但其影響程度需與其他條件綜合考慮。,煤層氣垂直井排采過(guò)程壓力傳遞的影響因素 2煤儲(chǔ)層邊界 煤儲(chǔ)層邊界是指煤層的不連續(xù)界面，可以是斷層， 也可以是尖滅帶或其他邊界。它決定了在煤層氣 井排采影響范圍內(nèi)的水量，最終影響壓力傳遞的 范圍。 3煤儲(chǔ)層滲透性 煤儲(chǔ)層的滲透率直接決定了孔裂隙系統(tǒng)中流 體流動(dòng)的快慢。當(dāng)滲透率大時(shí)，在同樣的排采 時(shí)間內(nèi)，流量大，若補(bǔ)給水的能力相同，則壓 力傳遞快；反之則亦然。,煤層氣垂直井排采過(guò)程壓力傳遞的影響因素 4含

7、水層 若含水層與煤儲(chǔ)層水動(dòng)力聯(lián)系較強(qiáng)時(shí)，儲(chǔ)層的供 液能力增強(qiáng)，排采難度增大；若含水層與煤儲(chǔ)層 水動(dòng)力聯(lián)系較弱或無(wú)聯(lián)系時(shí)，僅排采煤儲(chǔ)層中的 水時(shí)，壓力更容易傳遞。（越流補(bǔ)給；無(wú)越流補(bǔ) 給） 5儲(chǔ)層壓力梯度 儲(chǔ)層壓力梯度是煤儲(chǔ)層壓力與煤層埋深的綜合 反映。從某種程度上反映了地層能量的大小。 若儲(chǔ)層壓力梯度較大，說(shuō)明地層原始能量較高， 在同樣的排采強(qiáng)度、供液能力情況下，壓力更 容易傳遞，更容易降壓。,求:,排水采氣要求 煤層氣排水采氣要求: 排液速度快，不怕井間干擾。 降低井底流壓，排水設(shè)備的吸液口一般都要求下 到煤層以下。 要求有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。,氣井系統(tǒng) 梁式泵,井下設(shè)備,螺桿泵

8、電潛泵,排采系統(tǒng),動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備 地面排采流程,發(fā)電機(jī) 控制柜 排液系統(tǒng) 采氣系統(tǒng),抽油桿 出水管線 出氣管線 表層套管 244.5mm,氣井系統(tǒng) 井下泵掛結(jié)構(gòu):,煤層套管 139.7mm 水泥返高 油管 73mm 煤層 泵 金屬繞絲篩管 絲堵,音標(biāo) 100m 動(dòng)液面 尾管 沉砂管, 73mm抽油管 回音標(biāo) 管式泵 尾管 篩管 沉砂管, 絲堵 人工井底,氣井系統(tǒng) 井下泵掛結(jié)構(gòu) 泵一般下到篩管距煤層中部深度上下420m,抽油桿 出氣管線 出水管線 表層套管 244.5mm 煤層套管,平均為煤層中部深度以上5.98m處。,139.7mm 水泥返,音標(biāo) 100m,動(dòng)液面,所有井煤層均全部射開(kāi)。 抽油機(jī)

9、泵抽系統(tǒng)設(shè)備主要有： 3 型抽油機(jī)、,油管 73mm,56mm二級(jí)整體筒管式泵、73mm油管、音標(biāo)、,89mm金屬繞絲篩管、管式泵柱塞、19mm抽油桿、,煤層,尾管 沉砂管,泵 金屬繞絲篩 絲堵 人工井,25.4mm光桿、絲堵、音標(biāo)等； 螺桿泵泵掛系統(tǒng)設(shè)備主要有：驅(qū)動(dòng)頭、24.5mm光 桿+24.5mm抽油桿+抽油桿扶正器+轉(zhuǎn)子+定子+尾管+ 金屬篩管+沉砂管+絲堵； 電潛泵泵掛系統(tǒng)主要設(shè)備有：變頻器+入井電纜+ 電潛泵+篩管+絲堵。,井排液系統(tǒng)：油管出口+ + 口+ + 分離器+水 量 把 水 器+ 計(jì) 表+ 水 表 排,氣井系統(tǒng) 地面系統(tǒng)單 單井采氣系統(tǒng)：油、套環(huán)空出口 套管壓力表+支管線

10、+火 管線； 放空火炬 氣水分離器,水表,安全閥,水管線 氣管線,井口和采油樹(shù),地面排采流程 單井采氣系統(tǒng)：油、套環(huán)空出口+套管壓力表+支管線+ 火把； 單井排液系統(tǒng)：油管出口+ 氣、水分離器+水計(jì)量表+排 水管線；,工藝流程 工藝流程：油管內(nèi)排水的流程和油管環(huán)形空間采氣流程 排水流程：水分離器深井泵抽油機(jī) 抽吸水油管油管頭高壓三通油管出口 線地面排液池。 排氣流程：井下分離器氣水混合物油管環(huán)空 環(huán)大四通高壓輸氣管線地面氣水分離 器集輸裝置或火把。,排采設(shè)備簡(jiǎn)況 目前國(guó)內(nèi)煤層氣井排采設(shè)備主要有：,為5,：CYJY,CYB- TH4,15.,：GLB300-,為24,101- -500,1、梁式

11、泵： （有桿泵） 2、螺桿泵： 3、電潛泵：,（理論排量為5.963.8m3/d） 抽油機(jī)型號(hào)：CYJY33-1.5-6.5HB 泵型號(hào)： ：CYB 56TH4.5-1.2，泵徑56 56mm （理論排量為15.250mm3/d） 型號(hào)：GLB300-21 （理論排量為2465m3/d ） 型號(hào)： QYB101-50 500S,排采設(shè)備工作原理,排采設(shè)備簡(jiǎn)況,排水采氣方法,有桿泵,煤 層,梁式泵法 螺桿泵法,泵(,泵(,梁式泵(有桿泵) 螺桿泵(地面驅(qū)動(dòng)) 氣舉 水力噴射泵,氣 排 水 采 氣 的 方 法,電潛泵法 氣舉法 水力噴射泵法 泡沫法 優(yōu)選管柱法,泵(,梁式泵(有桿泵) 有桿泵排水是

12、由抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵為主的 有桿抽吸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的有桿泵設(shè)備是游梁式抽油 機(jī)泵裝置,梁式泵 電動(dòng)機(jī),地面部分 游梁式抽油機(jī),減速箱 四連桿機(jī),井下部分 抽油泵 中間部分 抽油桿,懸掛在套管內(nèi)油管的下端 聯(lián)系地面和井下,由一或幾種直徑和鋼級(jí)的抽油桿和接箍組成 組成：三抽為主 + 輔助裝置,由5,有桿泵主要由5 部分組成，包括 抽油泵 抽油桿 地面抽油機(jī) 減速箱 原動(dòng)機(jī),17.絲堵,1.抽油機(jī) 2.光桿卡子,3.懸繩器 4.光桿 5.盤(pán)根盒 6.取樣管 7 7.油管頭,密封 油管 與光 桿環(huán) 形空 間的 井口,動(dòng)密 封裝 置,游梁式抽油機(jī)泵裝置,8.套管頭 9 9.表層套管

13、10.產(chǎn)層套管 11.油管 12.抽油桿 13.抽油泵 14.油管接箍 15.篩管 16.砂錨或氣錨,梁式泵排水采氣過(guò)程,工作過(guò)程：電動(dòng)機(jī) 三角皮帶傳動(dòng) 減速箱,三軸二級(jí)減速,構(gòu)(,四連桿機(jī)構(gòu)(曲柄，連桿、橫梁和游梁)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),游梁驢頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 泵柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),懸繩器 上沖程,光桿和抽油桿 上行下行帶動(dòng) 泵筒下部吸入( (固定) )閥,打開(kāi),泵從井中吸入水 柱塞流動(dòng)閥關(guān)閉 柱塞將油管液體,上舉到井口 抽油泵排出過(guò)程 柱塞上排出(游動(dòng))閥 下沖程,吸入閥,關(guān)閉,游動(dòng)閥 打開(kāi) 柱塞下液體經(jīng)排出閥向上排,抽油泵吸入過(guò)程, 減速箱, 曲柄連桿, , 抽油桿 ,有桿泵排水采氣過(guò)程,工作過(guò)程：

14、電動(dòng)機(jī) 三軸二級(jí)減速,三角皮帶傳動(dòng) 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)?懸繩器 帶動(dòng),泵柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),游梁上下運(yùn)動(dòng), 抽油,減速箱在支架的前面，縮短了游梁的長(zhǎng)度，減小了抽油 機(jī)的規(guī)格尺寸，上、下沖程時(shí)間不等，從而降低了上沖 程的速度和動(dòng)載荷及減速箱的最大扭距和需要的電機(jī)功 率。,由5,有桿泵主要由5 部分組成，包 括 井下泵 抽油桿 地面抽油機(jī)、 減速箱 原動(dòng)機(jī),工作原理 工作方法：將有桿深井泵下入井筒動(dòng)液面以下適當(dāng) 深度，泵筒中的柱塞在抽油機(jī)帶動(dòng)下做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng) 而抽汲排水，達(dá)到排水采氣目的。 水產(chǎn)出通道：進(jìn)入泵筒內(nèi)的地層水從油管排出； 氣產(chǎn)出通道：煤層氣從油管環(huán)形空間產(chǎn)出。,有桿泵法 有桿泵在各種深度和排

15、量下都能工作， 適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。 需要天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力，來(lái)帶動(dòng) 抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)的活塞泵抽水，水由油管排出， 氣靠自身能量由油套環(huán)形空間排出井筒。 如果氣壓很低，進(jìn)不了集輸流程，就要考 慮用真空泵和壓縮機(jī)來(lái)抽吸和增壓輸送。,螺桿泵法 螺桿泵是一種新型采液裝置，在美國(guó)已廣泛用于淺煤層 氣井排水采氣作業(yè)。 螺桿泵主要工作部件是定子和轉(zhuǎn)子，定子與泵外殼連 成一體并接在油管的最下端，下至井內(nèi)并沉沒(méi)于被抽 吸的井液中，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，即將井液和氣體從油管 內(nèi)舉升至地面。,螺桿泵相對(duì)較新的泵。 螺桿泵是由一根旋轉(zhuǎn)桿驅(qū)動(dòng)的。 螺桿泵主要由地面驅(qū)動(dòng)裝置、抽油 桿和井下泵三部分組成。 地面驅(qū)動(dòng)裝置主要包括

16、電動(dòng)機(jī)和傳 動(dòng)齒輪。 井下的關(guān)鍵部件是轉(zhuǎn)子和定子。,螺桿泵法 按驅(qū)動(dòng)方法分為地面驅(qū)動(dòng)和井下驅(qū)動(dòng) 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵需要電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)抽液桿， 從而使螺桿泵工作，將井內(nèi)液體排至地面， 而甲烷氣由油套環(huán)形空間排出井筒。,WeatherFord公司地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵示意圖,油管,電纜,導(dǎo)流罩,其中柔性軸、減速器保護(hù),器、減速器、電機(jī)下保護(hù) 器、電機(jī)、電機(jī)上保護(hù)器,出口等部件均在導(dǎo)流罩里 面。 螺桿泵 吸入口,Progressing Cavity Pumps The Progressing Cavity Pump (PCP) is a positive displacement pump that,consists of a single external helical rotor that rotates,Rotor,eccentrically inside a double internal he