煤层气排采技术

关闭
游动阀 打开 柱塞下液体经排出阀向上排
抽油泵吸入过程
有杆泵排水采气过程
工作过程：电动机 曲柄连杆
三轴二级减速
减速箱
三角皮带传动

将旋转运动变为 悬绳器 带动
游梁上下运动
抽油杆 抽油
泵柱塞上下往复运动
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减速箱在支架的前面，缩短了游梁的长度，减小了抽油 机的规格尺寸，上、下冲程时间不等，从而降低了上冲 程的速度和动载荷及减速箱的最大扭距和需要的电机功 率。
平均为煤层中部深度以上5.98m处。
●
所有井煤层均全部射开。
动液面
油管 Φ73mm
①抽油机泵抽系统设备主要有： 3 型抽油机、 Φ56mm二级整体筒管式泵、Φ73mm油管、音标、 Φ89mm金属绕丝筛管、管式泵柱塞、Φ19mm抽油杆、 Φ25.4mm光杆、丝堵、音标等； ②螺杆泵泵挂系统设备主要有：驱动头、24.5mm光 杆+24.5mm抽油杆+抽油杆扶正器+转子+定子+尾管+ 金属筛管+沉砂管+丝堵； ③电潜泵泵挂系统主要设备有：变频器+入井电缆+ 电潜泵+筛管+丝堵。
工艺流程
工艺流程：油管内排水的流程和油管环形空间采气流程 排水流程：水——分离器——深井泵——抽油机——
抽吸水——油管——油管头——高压三通——油管出口
线——地面——排液池。 排气流程：井下分离器——气水混合物——油管环空 环——大四通——高压输气管线——地面——气水分离
器——集输装置或火把。
排采设备简况
煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素
2．煤储层边界
煤储层边界是指煤层的不连续界面，可以是断层， 也可以是尖灭带或其他边界。它决定了在煤层气 井排采影响范围内的水量，最终影响压力传递的 范围。 3．煤储层渗透性 煤储层的渗透率直接决定了孔—裂隙系统中流 体流动的快慢。当渗透率大时，在同样的排采 时间内，流量大，若补给水的能力相同，则压 力传递快；反之则亦然。
2．排采过程煤层有越流补给
随着围岩中影响半径 的增加，煤层中的压 力梯度小于围岩中的 压力梯度，在煤层中 形成很小的压降漏斗 后，压力将仅在围岩 中进行传递，进入第 二阶段。直到煤层中 的压力梯度大于围岩 中的压力梯度为止。
排采阶段的划分 煤层气井的生产排采是一个长时间排水降压采气过 程，煤层气单井生产年限一般为15-20年。从煤层气 井生产过程中气、水产量的变化特征。 可把生产分为三个阶段 早期排水降压阶段：主要产水， 随着压力降到临界解吸压力以 下，气体开始解吸，并从井口产 出。 这一阶段所需的时间取决于 井点所处的构造位置、储层特征、 地层含水性、排水速度等因素， 持续时间可能是几天或数月。
煤层气储层与常规天然气藏的特性比较
产出机理：
产出各阶段特征：
第一阶段: 仅有压降传递,无水气流动阶段 压降幅度比较小,还不足以使煤层中的水产生流动,煤 层气无法解吸,处于静水阶段。
第二阶段: 饱和水单相流阶段 随着压降幅度的增大,煤层中的裂隙水开始流动, 极 少量游离气或溶解气在裂隙系统中将处于运移状态, 此阶段以饱和水单相流为表征。 第三阶段: 非饱和的单相流阶段 压力进一步下降,一定数量煤层气解吸出来,形成气泡, 阻碍水的流动,水的相对渗透率下降，处于非饱和单 相流阶段。
目前国内煤层气井排采设备主要有：
1、梁式泵： （有杆泵） 为5 （理论排量为5.9～63..8m3/d） ：CYJY 抽油机型号：CYJY33-1.5-6.5HB CYB-- TH4 泵型号： ：CYB 56TH4.5-1.2，泵径56 56mm 15. （理论排量为15.2～50mm3/d） ：GLB300型号：GLB300-21 为24 24～65m3/d ） （理论排量为 101- -500 型号： QYB101-50 500S
梁式泵排水采气过程
工作过程：电动机
三角皮带传动
减速箱
三轴二级减速
构(曲柄，连杆、横梁和游梁))输出的旋转运动 四连杆机构 游梁驴头的往复运动 泵柱塞上下往复运动
打开
悬绳器
上冲程
光杆和抽油杆 上行下行带动 泵筒下部吸入( (固定) )阀
泵从井中吸入水 柱塞流动阀关闭 柱塞将油管液体 上举到井口 抽油泵排出过程 柱塞上排出(游动)阀 下冲程 吸入阀
排采阶段的划分
中期稳定生产阶段：随着排水 的继续，产气量逐渐上升并趋 于稳定，出现高峰产气，产水 量则逐渐下降。
该阶段持续时间的长短取决于 煤层气资源丰度（主要由煤层 厚度和含气量控制），以及储 层的渗透性。
排采阶段的划分
后期气产量下降阶段：当大 量气体已经采出，煤基质中解 吸的气体开始逐渐减少，尽管 排水作业仍在继续，产气量下 降，产出少量或微量水。
煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素 4．含水层
若含水层与煤储层水动力联系较强时，储层的供 液能力增强，排采难度增大；若含水层与煤储层 水动力联系较弱或无联系时，仅排采煤储层中的 水时，压力更容易传递。（越流补给；无越流补 给） 5．储层压力梯度 储层压力梯度是煤储层压力与煤层埋深的综合 反映。从某种程度上反映了地层能量的大小。 若储层压力梯度较大，说明地层原始能量较高， 在同样的排采强度、供液能力情况下，压力更 容易传递，更容易降压。
有杆泵排水是由抽油机、抽油杆和抽油泵为主的 有杆抽吸系统实现。
国内外应用最为广泛的有杆泵设备是游梁式抽油 机泵装置
梁式泵
电动机 地面部分 游梁式抽油机 减速箱 四连杆机
井下部分 悬挂在套管内油管的下端 抽油泵
中间部分 联系地面和井下 抽油杆 由一或几种直径和钢级的抽油杆和接箍组成
组成：三抽为主 + 辅助装置
由5 5 有杆泵主要由 部分组成，包括 抽油泵 抽油杆 地面抽油机 减速箱 原动机
密封 油管 与光 杆环 形空 间的 井口 动密 封装
置
1.抽油机 2.光杆卡子 3.悬绳器 4.光杆 5.盘根盒 6.取样管 7 7.油管头 8.套管头 9 9.表层套管 游梁式抽油机泵装置 10.产层套管 11.油管 12.抽油杆 13.抽油泵 14.油管接箍 15.筛管 16.砂锚或气锚 17.丝堵
2、螺杆泵：
3、电潜泵：
排采设备工作原理
排采设备 工作原理 特点 由泵管和柱塞组成，排水 量 较低、价格便宜、维护量 大 转子和定子组成，价格较 贵 、维护小，防砂、煤粉 能力强，占地面积小 排量大、扬程高、占地面 积 小、维护小、价格较高， 防 砂、煤粉能力强
柱塞在泵筒中往 梁式泵 复 （有杆泵） 运动
第四阶段: 气水两相流阶段 储层压力进一步下降,解吸气、溶解气、游离气 开始在裂隙系统中扩散，气体渗透率逐渐增大， 气产量逐步增多, 水产量开始下降，直至气泡相 互连接,形成连续的流线,处于气-水两相流阶段, 但此阶段水的相对渗透率大于气体相对渗透率。 第五阶段: 水气两相流阶段
压力进一步下降,吸附气体的大量解吸,处于以气 为主的水-气两相流阶段。
有杆泵法
有杆泵在各种深度和排量下都能工作， 适应性强，操作简单。 需要天然气发动机或电动机作动力，来带动 抽油机驱动的活塞泵抽水，水由油管排出， 气靠自身能量由油套环形空间排出井筒。
如果气压很低，进不了集输流程，就要考 虑用真空泵和压缩机来抽吸和增压输送。
螺杆泵法
螺杆泵是一种新型采液装置，在美国已广泛用于浅煤层 气井排水采气作业。
由5 5 有杆泵主要由 部分组成，包 括 井下泵 抽油杆 地面抽油机、 减速箱 原动机
工作原理
工作方法：将有杆深井泵下入井筒动液面以下适当 深度，泵筒中的柱塞在抽油机带动下做上下往复运动 而抽汲排水，达到排水采气目的。
水产出通道：进入泵筒内的地层水从油管排出； 气产出通道：煤层气从油管环形空间产出。
螺杆泵
转子在定子中转 动
电潜泵
电机带动叶轮转 动
排采设备简况
设备类型 型号 理论排量
3
优点
缺点
m/d
CYJY3梁式泵 1.5 （有杆泵） -6.5HB 螺杆泵 GLB30021 5.963.85963 8 15.2-50 泵的价格 便宜 维护量大, 防砂、 粉能力差
维护量小、 防砂、 煤粉能力强
维护量小、 防砂、 煤粉能力强
该阶段延长的时间较长，可以 在10年以上。
煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素
1．煤层含水性
煤层气井的生产是通过抽排煤层及相邻含水层中 的地下水来降低煤储层压力，使煤层中的甲烷释 放并向井口运移，排水是储层压力降低的根本途 径。 煤层富水性直接关系到压力降低的难易程度。富 水性过强，无疑将增加排采的强度，使煤储层压 力很难降低； 若煤层富水性弱，则需根据围岩与煤层的连通状 况及围岩的含水性而定。煤层含水性影响煤储层 压力传递，但其影响程度需与其他条件综合考虑。
螺杆泵法
按驱动方法分为地面驱动和井下驱动
地面驱动螺杆泵需要电动机来驱动抽液杆， 从而使螺杆泵工作，将井内液体排至地面， 而甲烷气由油套环形空间排出井筒。
WeatherFord公司地面驱动螺杆泵示意图
电缆
油管
导流罩
其中柔性轴、减速器保护 器、减速器、电机下保护 器、电机、电机上保护器 出口等部件均在导流罩里 面。
排水采气要求
求: : 煤层气排水采气要求 ①排液速度快，不怕井间干扰。 ②降低井底流压，排水设备的吸液口一般都要求下 到煤层以下。 ③要求有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。
气井系统
梁式泵 井下设备 螺杆泵
电潜泵 排采系统
动力系统设备 发电机
控制柜 地面排采流程
排液系统 采气系统
气井系统 井下泵挂结构: • • • • • • • 73mm抽油管 回音标 管式泵 尾管 筛管 沉砂管 丝堵
煤层气排采技术
煤层气排采
1.煤层气生产采出特点 2.排采方法 3.生产井排采特征分析
煤层气藏具有3 3个方面的特点: 一是煤层气在煤中的储集是以吸附状态附在煤的表 面; 力; 二是在进行大量开采之前，必须降低平均储层压力; 三是储层中一般都有水，在采气的同时，必须进行 排水。 由于煤层的这些特点，在从事煤层气的开采时，涉及以 下几个方面 力; ; (1)最大限度地降低井口压力 (2)水、气的地面分离;; 力; ; (3)采出气压缩到输送压力 (4)采出水的处置或处理。 常规油气生产方法用于煤层气开采时，需要改动。
音标 100m 动液面
抽油杆 出水管线 出气管线
表层套管 Φ244.5mm 煤层套管 Φ139.7mm 水泥返高
油管 Φ73mm
煤层 泵 尾管 沉砂管 金属绕丝筛管 丝堵
人工井底
气井系统
井下泵挂结构
●泵一般下到筛管距煤层中部深度上下4～20m,
抽油杆
出气管线
出水管线
表层套管 Φ244.5mm 煤层套管 Φ139.7mm 音标 100m 水泥返
螺杆泵主要工作部件是定子和转子，定子与泵外壳连 成一体并接在油管的最下端，下至井内并沉没于被抽 吸的井液中，当转子旋转时，即将井液和气体从油管 内举升至地面。
螺杆泵相对较新的泵。
螺杆泵是由一根旋转杆驱动的。
螺杆泵主要由地面驱动装置、抽油 杆和井下泵三部分组成。 地面驱动装置主要包括电动机和传 动齿轮。 井下的关键部件是转子和定子。
人工井 尾管 沉砂管 泵 煤层
金属绕丝筛
丝堵
气井系统
++ 口套管压力表 + + 分离器+ 水 量 ++火 管线； 把水 地面系统单井排液系统：油管出口 单井采气系统：油、套环空出口 ++ 支管线
放空火炬
气水分离器 水表 安全阀
水管线 井口和采油树 气管线
地面排采流程
单井采气系统：油、套环空出口+套管压力表+支管线+ 火把； 单井排液系统：油管出口++ 气、水分离器+水计量表++排 水管线；
换泵的价 格 较高
换泵的价 格 较高
电潜泵
QYB101Q YB101-5050-500S
24-65
排水采气方法
梁式泵法 煤 层 气 排 水 采 气 的 方 法 螺杆泵法 电潜泵法 气举法
有杆泵
泵(有杆泵)) 梁式泵 泵(地面驱动)) 螺杆泵 气举 水力喷射泵
水力喷射泵法
泡沫法
优选管柱法
泵( 梁式泵 (有杆泵))
2．排采过程煤层有越流补给
(1)饱和水单相流，压力 仅在煤层中传递阶段 (2)饱和水单相流，压力 仅在围岩中传递阶段 (3)饱和水单相流，压力 在围岩与煤层中共同传 递 (4)非饱和流阶段 (5)两相流阶段
随着排采的进行，围岩中压力 梯度逐渐大于煤层中的压力梯 度，压力传递轨迹从煤层过渡 到围岩中，压力将仅在围岩中 传递，开始排采围岩中的水， 此时，煤层中压力几乎不再发 生变化。