煤层气井排采技术分析_图文

1、煤层气井排采技术分析饶孟余1江舒华2(1.奥瑞安能源国际有限公司,北京100190; 2.中联煤层气有限责任公司,北京100011摘要:煤层气的产出机理决定了煤层气井必须进行排水降压,才能达到产气的目的。文章分析了当前我国煤层气井排采的主要方法及其适应性,指出合理的排采制度和精细的排采控制是保证煤层气井排采成功的关键排因素。认为非连续性排采、排采强度过大及井底流压降低过快是影响我国煤层气井产量的主要工程因素。关键词:煤层气井排采排采制度排采控制井底流压Analysis on Drainage T echniques of C oalbed Methane WellRao Mengyu 1,Ji

2、ang shuhua 2(1.Orion Energy Internationl Inc.,Beijing 100190;2.China United C oalbedMethane C orporation ,Ltd ,Beijing 100011Abstract :Drainage is necessary in order to realize coalbed methane (C BM recovery because of the C BM de 2velopment mechanism.The main production methods and their adjustabil

3、ity of C BM wells in China are ana 2lyzed in the paper.It points out that reas onable production system and carefully drainage control are the key factors to ensure production success fully ,and un 2continuity drainage ,superfluous drainage intensity and rapid 2ly depress bottom 2hole flowing pressu

4、re (BHP are the main engineering factors to influence C BM well output in China.K eyw ords :C BM well extraction ;drainage system ;drainage control ;bottom -hole flowing pressure中国煤层气资源丰富,地质资源量36181012m 3,但是到目前为止,我国除沁水盆地南部和阜新矿等极少数地区的煤层气进入商业开发外,绝大多数地方还处于试验阶段。煤层气井产量主要受控于资源条件、钻井工程因素及排采工艺几个方面。排采技术是煤层气开发

5、非常重要的一个环节。毋容置疑,中国的煤层气产业已经进入了排采的时代,排采工艺在某种程度上已成为我国煤层气产业发展的瓶颈,重视和加强排采工艺的研究具有重要的理论和现实意义。1我国煤层气井排采的主要方法及其适应性开采煤层气排水的方法有:有杆泵、螺杆泵、电潜泵、气举、水力喷射泵、泡沫法及优选管柱法等。而我国目前主要采用有杆泵、螺杆泵和电潜泵来实现油管排水,套管采气。有杆泵排水采气:地面为抽油机,井下为管式泵。管式泵由泵筒和柱塞两大部分组成,适应性强,操作简单。在排采不同阶段,根据产水量变化作者简介饶孟余,男,博士后,高级工程师,长期从事煤层气开发研究及管理工作。第7卷第1期中国煤层气V ol 17N

6、 o 112010年2月CHI NA C OA LBE D METH ANE February 12010调整泵型,并可通过调速电机调频,根据各井情况选择适当的排采强度。适合于产水量在100m3以下,井斜不严重,出砂、煤粉较少的井上使用。对于产气量极高或大量出砂的井,需要进行特殊的井下设计。螺杆泵排水采气:由定子和转子组成,结构简单,占地面积小、维护简单;配上调速电机可以在一个很宽的速度范围内工作,排量变化较大,最高日产水量可达到250m3以上。适合产水量中等的排采井。电潜泵排水采气:是潜没在被泵送介质中的离心泵。排量范围大,扬程高;可以根据产液变化要求进行变频调速;地面占用面积小和空间小、使

7、用寿命长、便于管理。安装变频器后可以在10 50HZ范围内调整转速,达到控制排量的目的。适合井斜较大、产水量较高的排采井。表1是有杆泵、电潜泵及螺杆泵排水采气适宜性对比表。表1三类泵排水采气方法对比表项目条件有杆泵电潜泵螺杆泵排量(m3/d正常范围1100807005250最大值50014001000泵深(m正常范围300020001500最大值442025003000井身斜井一般适宜不宜环境气候恶劣一般适宜一般操作问题高气水比较好一般较好出砂较好不适宜适宜维修管理检泵工作较大大较大免修期(a21151自动控制适宜适宜一般生产测试一般不适宜不适宜灵活性适宜适宜一般2煤层气井排采的工艺技术煤层气

8、排采工艺技术体现在两个方面:合理的排采制度和精细的排采控制。211排采工作制度一般地,对一个新的地区,在进行排采之前需要根据储层的参数特征进行储层产能模拟,对气水产量及其产出规律进行预测,做到心中有数,然后选择适当的排采设备、制定合理的排采制度。实际上,煤层气井的产量直接受控于排采制度的调整,煤层气的排采必须适应煤储层的特点,符合煤层气的产出规律。对于不同的煤层气地质条件、储层条件以及不同的排采阶段,需要制定不同的排采制度。而合理的排采制度应该是保证煤层不出现异常的砂及煤粉的前提下的最大排液量。主要有以下两种排采制度。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

9、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。定产排采制度:根据地层产能和供液能力,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。212排采控制煤层甲烷吸附是一种物理吸附,是一个可逆的过程,这种性质决定了煤层气的排采过程(排

10、水降压必须连续进行;另一方面,煤储层的孔隙度与渗透率对有效应力的敏感性极强,特别是在排采初期单相流阶段,煤储层物性随有效应力增加下降的速度最快。这种性质决定了降压速度不能过快,持续的时间不能过短。为此,提出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。煤层气井排采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

11、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32第1期煤层气井排采技术分析强度不宜过大,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

12、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

13、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。3影响煤层气井排采效果的主要因素311非连续性排采的影响煤层气的产出机理要求煤层气井的排采生产应连续进行,使液面与地层压力持续平稳的下降。如果因关井、卡泵、修井等造成排采终止,给排采效果带来的影响表现在以下几个方面:(1地层压力回升,使甲烷在煤层中被重新吸附,容易产生气锁;(2裂隙容易被水再次充填,产生水锁,阻碍气流;(3如果因修井造成排采终止,外来物质非常容易对敏感性储层造成伤害,不仅使井的产气能力大幅下降,而且会增加后期排采故障发生率;(4回压造成压力波及的距离受限,降压漏斗难以有效扩展;恢复排采后需要很长时间排水,

14、气产量才能上升到停排前的状态。312井底流压的影响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速度和解吸气体量。图1为我国第一口水平井DNP02井井底流压与产气量的关系曲线,由曲线我们可以看出产气量与井底流压呈现明显的负相关关系,相关系数达到018以上。图2、3分别反映的是气产量与套压及液柱高度间的关系,从中可以看到其关系非常离散。这说明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

15、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 。图1DNP02 井井底流压与产气量的关系图2DNP02 井套压与产气量的关系图3DNP02井液柱高度与产气量的关系42中国煤层气第1期另一方面,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

16、,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。313排采强度的影响煤层气排采需要平稳逐级降压,抽排强度过大带来的影响有如下几个方面:(1易引起煤层激动,使裂隙产生堵塞效应,降低渗透率,特别是在快速降压的初期,对渗透率的影响更大(图4 。图4有效应力与煤层气渗透率关系曲线(2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和少部分煤层气解吸出来,气井的供气源将受到了严重的限制。因此,产气量在达到高峰后,由于气源的供应不足,产气量将很快下降。(3对于常规压裂的直井,在排

17、采初期,如果在裂缝尚未完全闭合时,排采强度过大,导致井底压差过大引起支撑砂子的流动,使压裂砂返吐,影响压裂效果。(4煤粉、颗粒的产出也可能堵塞孔眼,同时出砂、煤屑及其它磨蚀性颗粒也会影响泵效,并对泵造成频繁的故障,使作业次数和费用增加。我国大多数煤层属于低含水煤层,因此抽排速度一定要按照煤层的产水潜能,进行合理排液。5结论(1排采工艺在某种程度上已经成为制约我国煤层气产业发展的瓶颈,重视和加强煤层气排采工艺的研究,具有重要的理论意义和现实意义。(2有杆泵、螺杆泵和电潜泵是国内目前进行煤层气井排采的主要方法,各有优缺点,相比较而言:有杆泵适应性强,操作简单,且有多种型号和泵径可选。螺杆泵由于节缺

18、了传动系统,成本降低,维护费用较低,占地少,但螺杆泵在抽空的情况下容易烧泵,必须控制沉没度在50m 以上,而且如果出现严重磨损,必须更换全套井下装置。电潜泵相对排量较大,但工作条件比较苛刻,如水中煤粉含量不能大于0102%,气液体积比不能大于0105%等,成本也高。(3煤层气排采工艺技术主要是制定合理的排采制度和进行精细的排采控制。定压排采制度适用于排采初期的排水降压阶段;定产排采制度适宜于稳产阶段。精细排采控制的核心是实现分级平稳连续降压,其优点是:储层伤害小、降压漏斗扩展大、泄压面积提高、单井采收率增加。(4非连续性排采、排采强度过大及井底流压降低过快等因素是影响煤层气井排采效果的主要工程因素,应合理控制。井底流压充分反映了产气量的渗流压力特征,是制定合理排采制度和进行精细化排采控制的基础。参考文献1钱凯,赵庆波,王泽成等1煤