煤層氣井與常規天然氣井排采工藝對比分析

徐暖筑岳家富徐寧付瑩

1.西南石油大學，四川成都 6105002.中海石油海南天然氣有限公司，海南洋浦 5781013.鴻飛投資集團燃氣分公司，四川江油 62170034.寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞 721000

煤層氣井與常規天然氣井排采工藝對比分析

徐暖筑1岳家富2徐寧3付瑩4

1.西南石油大學，四川成都 6105002.中海石油海南天然氣有限公司，海南洋浦 5781013.鴻飛投資集團燃氣分公司，四川江油 62170034.寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞 721000

近年來，常規天然氣中各項基本排水采氣工藝已經較為成熟，可是對煤層氣來說，排采是一個難度大的問題。通過對煤層氣與常規天然氣排采工藝進行對比分析，指出煤層氣排采中存在的一些問題，并對排采工藝的選擇及研究給出一定建議。

煤層氣；常規天然氣；排水采氣

引 言

在非常規氣體開采中，煤層氣的排水采氣是一個難度很大的問題。在煤層氣井生產中，通過抽排煤層中的承壓水，降低煤層壓力，使煤層中吸附的甲烷氣釋放出來。能否抽出地層中的承壓水以降低煤層壓力，是煤層氣生產的關鍵[1]。

排水采氣在常規天然氣中的已經很普遍，各種排水采氣技術也已經較為成熟，而煤系地層在地質條件、巖石性質等諸多方面與常規油儲層有明顯的差別，煤層氣的賦存、運移和產出機理以及過程與常規油氣層產氣機理也不相同，使得我國煤層氣排采方法和設備的選擇主要依賴油田方面的經驗，在實際使用中存在投資大、設備不配套、參數選用不合理等諸多問題，嚴重影響了煤層氣的正常開采。因此，有必要對煤層氣井和常規天然氣井排水采氣工藝技術進行一個對比分析，從而對煤層氣的排水采氣進行優選改進。

1 排水采氣機理對比分析

1.1 常規天然氣井

隨著氣藏壓力和天然氣流動速度的逐步降低，致使氣藏中的產出水或凝析液不能隨天然氣流攜帶出井筒，從而滯留在井筒中，這些液體在一段時間內聚集于井底，形成液柱，對氣藏造成額外的靜水回壓，導致氣井自噴能量持續下降。如果這種情況持續下去，井筒中聚集的液柱最終會將氣壓死，導致氣井停產[2]。排除井筒內的積液來降低井底壓力，使氣井恢復正常生產的措施，稱為排水采氣。

1.2 煤層氣井

煤層氣井的生產就是通過排放煤巖儲層中的地層水，使煤巖儲層壓力降低，使吸附在煤巖儲層中煤層氣解吸釋放出來[3]。煤層氣的生產是通過對煤巖儲層的排水降壓實現的，也是目前人們可以采用的相對較經濟實惠的方法。煤層氣生產的關鍵是，是否能有效降低煤巖儲層壓力，順利的解吸煤層氣[4]。

2 排水采氣工藝對比

2.1 煤層氣與常規氣井共性

目前在煤層氣井和常規天然氣井中使用的排水采氣方法主要有氣舉法、有桿泵法、電潛泵法、射流泵法和螺桿泵法。將這些方法進行一個綜合對比，如表1。

2.2 煤層氣與常規氣井差異

2.2.1 氣舉法

對常規天然氣井來說，間歇自噴和水淹氣井適合氣舉法。氣舉法每日的排液量可以達到300m3，對于強排液是很有利的；并且氣舉法不被井深、井斜以及地層水化學成分這些因素所影響；對于中低含硫氣井是很適用的。

對于煤層氣來說，氣舉排水采氣比較適合于煤層氣排采的開始階段，因為那時排出來的主要是水。這時，能夠排除氣體和固體顆粒的影響，并且可以很好地控制頁面以及壓力。不足的是，當進入排采后期時，地層水幾乎沒有了，這時氣舉法就不再適用。

考慮到這一不足，可在生產前期和后期分別采用連續和間歇排采方式進行生產。如果再考慮到經濟問題，在叢式井組和多分支水平井組上使用氣舉可以降低成本。

由于煤層氣井需要考慮生產壓差方面的要求，因為生產壓差直接影響煤層氣能否有效釋放，氣舉法在這一方面就很局限。這時人們希望能關閉高壓注入氣體的注入通道，減少注入氣體對煤層的影響，通過井下壓力計作為控制源，來完成煤層氣的排采 。

2.2.2 有桿泵法

對常規天然氣井來說，氣井連續排液有一個臨界流動條件，只有確定氣井的產量能夠符合這個條件時，有桿泵法才適用。開采早期時，產水量較大，此時的生產應該選擇合適的油管，并且是小尺寸的；施工井的精選也是一個很重要的因素

對于煤層氣來說，目前在煤層氣的開發中，普遍使用的是有桿泵法，其原因有很多：設備不僅耐用且故障率低，技術相對成熟，經濟方面也滿足成本較低的要求?？蓪τ诿簩託鈦碇v，因為出液量會隨著生產階段而變化，有桿泵不能滿足這一明顯的變化，也就不能及時調整排采制度，對氣井的日常生產和管理產生影響。

2.2.3 電潛泵法

對常規天然氣來說，由于電潛泵法的條件多且要求相對苛刻，通常需要耐高溫高壓，并且抗腐蝕，如天然氣中所含有的硫化氫及二氧化碳，所以難度大，想要獲得好的效果，只有滿足上述條件的變速泵組。盡管成本較高，可電潛泵法在設計安裝維修等方面都有明顯優勢，可調性也很好，除了高含硫井，對水淹井復產及氣藏強排水都很適用。

對于煤層氣來說，電潛泵對供電質量要求比較高。因為煤層氣排采現場電壓通常不穩，不能滿足電潛泵對供電質量要求比較高這一條件，電機容易燒損，維護的成本會大大增多。另外，因為電潛泵散發出的熱量需要及時的擴散和消耗，否則會燒壞電機，所以，需要泵有足夠的沉沒度，可是煤層氣井不能達到這一沉沒度。電潛泵適用于大排量和供液足的氣井。

2.2.4 射流泵法

對常規天然氣來說，由于腐蝕和含砂流體中會有固體顆粒，容易對泵的運動部件造成損壞，射流泵的工作原理卻使它能適合這種情況；安裝方便，維護費用低；傾斜井和水平井對結構的要求較高，射流泵的緊湊結構也能滿足，并且易控制；由于射流泵不受舉升深度限制，也適用于高溫深井。從經濟方面來講，投資較高，而且泵效較低；如果遇到地層水結垢或產腐蝕性介質的井，需要考慮泵的防護問題，以免損壞。停泵時泵不能長時間停留于井內。

表1 排水采氣方法綜合對比

對于煤層氣來說，射流泵的原理和煤層氣的排采機理是相矛盾的，因為射流泵要求有較高的壓力才能排采液體，可煤層氣的采出機理則是要求降低地層壓力。同時，煤層氣儲層的滲透率對地層的壓力波動較敏感，壓力變化太劇烈可能造成對儲層的傷害。目前，在排采前期，煤層氣的開采方式采用的是油管排水，套管采氣。射流泵的排采方式是套管注動力液，油管采出液體，空壓要求基本能達到?？僧斆簩託忾_始解吸時，由于管道中形成氣水兩相流流量也會隨著壓力的變化而變化，此時想要控制井底壓力，就很難達到平穩下降了，只能不斷改變設備的工作參數。

2.2.5 螺桿泵法

對于煤層氣來說，螺桿泵系統在我國煤層氣現場應用較少，磨損問題是螺桿泵主要問題。磨損情況的發生一是井下氣液比過高導致磨損問題的發生。二是泵抽空造成磨損。其次，固體顆粒的影響，導致油管、抽油桿斷裂的發生。由于斷口呈鋸齒形，打撈的難度很大，給抽油桿裝上扶正器可以避免這種狀況。低速旋轉時，想要保持排液量不變，也可選用大排量的螺桿泵。以上問題沒有解決，螺桿泵的大規模推廣是一種挑戰。

3 結語

在煤層氣的排水采氣中，有桿泵排水采氣，由于其耐用性以及低的故障率，并且有桿泵的抽深和排量能夠滿足大多數煤層氣井的要求，有桿泵排采設備是優先考慮的。

電潛泵和螺桿泵排水采氣在美國圣胡安和黑勇士盆地已經形成商業化的開采，取得了大規模的成功[6]。可是在國內還是處于研究實驗階段，沒有大規模的推廣。所以還是需要對我國煤層的具體地質情況進行研究然后研制出合適的電潛泵和螺桿泵排采工藝技術。

氣舉在國外的煤層氣排采中也體現了一定的優勢，可是在國內煤層氣排采上幾乎還沒有起步，可以對煤層氣的氣舉排采工藝進行研究，能夠達到大規模的排采。

由于現在研制新的工藝比較困難，煤層氣排采現在還可以用組合的排采方式，可以采用兩種或幾種排采方式的組合，對其進行研究實驗，可以有效地改進煤層氣的排采方式。

[1]周際永等.國內外排水采氣工藝綜述[J].太原理工大學學報，2005，36：44-45.

[2]李士倫等.天然氣工程[M].北京：石油工業出版社，2008.

[3]David A.Simpson et al.Coal Bed Methane Production.SPE:80900，2003.

[4]Artur Ryba et al.Methodologies and Tools for Coalbed Methane (CBM) Field Development Planning Studies.SPE:146545，2011.

[5]宋麗平.煤層氣井排水采氣工藝技術研究[D]，2011.

[6]饒孟余等.煤層氣井排采技術分析[J].中國煤層氣，2010，7(1)：22-25.

The Comparative Analysis of Dewatering of CBM Wells and Conventional Gas Wells

Xu Nuanzhu1，Yue Jiafu2，Xu Ning3，Fu Ying4
1.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500；2.Hainan LNG，Yangpu 578101；3.Hongfei Alliance Group Natural Gas Branch，Jiangyou，621700；4.Baoji Petroleum Machinery Company，Baoji，721000

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.001

AbstractIn recent years，the basically dewatering technology of conventional gas wells have already mature，but for CBM wells，the dewatering still a difficult problem，Through the comparative analysis of dewatering of CBM wells and conventional gas wells，the paper illustrates some problems of dewatering of CBM wells，then proposes suggestions which provide reference for the choices and research.

Keywordscoalbed methane；conventional gas；dewatering