煤层气井与常规天然气井排采工艺对比分析

徐暖筑岳家富徐宁付莹

1.西南石油大学，四川成都 6105002.中海石油海南天然气有限公司，海南洋浦 5781013.鸿飞投资集团燃气分公司，四川江油 62170034.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721000

煤层气井与常规天然气井排采工艺对比分析

徐暖筑1岳家富2徐宁3付莹4

1.西南石油大学，四川成都 6105002.中海石油海南天然气有限公司，海南洋浦 5781013.鸿飞投资集团燃气分公司，四川江油 62170034.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721000

近年来，常规天然气中各项基本排水采气工艺已经较为成熟，可是对煤层气来说，排采是一个难度大的问题。通过对煤层气与常规天然气排采工艺进行对比分析，指出煤层气排采中存在的一些问题，并对排采工艺的选择及研究给出一定建议。

煤层气；常规天然气；排水采气

引 言

在非常规气体开采中，煤层气的排水采气是一个难度很大的问题。在煤层气井生产中，通过抽排煤层中的承压水，降低煤层压力，使煤层中吸附的甲烷气释放出来。能否抽出地层中的承压水以降低煤层压力，是煤层气生产的关键[1]。

排水采气在常规天然气中的已经很普遍，各种排水采气技术也已经较为成熟，而煤系地层在地质条件、岩石性质等诸多方面与常规油储层有明显的差别，煤层气的赋存、运移和产出机理以及过程与常规油气层产气机理也不相同，使得我国煤层气排采方法和设备的选择主要依赖油田方面的经验，在实际使用中存在投资大、设备不配套、参数选用不合理等诸多问题，严重影响了煤层气的正常开采。因此，有必要对煤层气井和常规天然气井排水采气工艺技术进行一个对比分析，从而对煤层气的排水采气进行优选改进。

1 排水采气机理对比分析

1.1 常规天然气井

随着气藏压力和天然气流动速度的逐步降低，致使气藏中的产出水或凝析液不能随天然气流携带出井筒，从而滞留在井筒中，这些液体在一段时间内聚集于井底，形成液柱，对气藏造成额外的静水回压，导致气井自喷能量持续下降。如果这种情况持续下去，井筒中聚集的液柱最终会将气压死，导致气井停产[2]。排除井筒内的积液来降低井底压力，使气井恢复正常生产的措施，称为排水采气。

1.2 煤层气井

煤层气井的生产就是通过排放煤岩储层中的地层水，使煤岩储层压力降低，使吸附在煤岩储层中煤层气解吸释放出来[3]。煤层气的生产是通过对煤岩储层的排水降压实现的，也是目前人们可以采用的相对较经济实惠的方法。煤层气生产的关键是，是否能有效降低煤岩储层压力，顺利的解吸煤层气[4]。

2 排水采气工艺对比

2.1 煤层气与常规气井共性

目前在煤层气井和常规天然气井中使用的排水采气方法主要有气举法、有杆泵法、电潜泵法、射流泵法和螺杆泵法。将这些方法进行一个综合对比，如表1。

2.2 煤层气与常规气井差异

2.2.1 气举法

对常规天然气井来说，间歇自喷和水淹气井适合气举法。气举法每日的排液量可以达到300m3，对于强排液是很有利的；并且气举法不被井深、井斜以及地层水化学成分这些因素所影响；对于中低含硫气井是很适用的。

对于煤层气来说，气举排水采气比较适合于煤层气排采的开始阶段，因为那时排出来的主要是水。这时，能够排除气体和固体颗粒的影响，并且可以很好地控制页面以及压力。不足的是，当进入排采后期时，地层水几乎没有了，这时气举法就不再适用。

考虑到这一不足，可在生产前期和后期分别采用连续和间歇排采方式进行生产。如果再考虑到经济问题，在丛式井组和多分支水平井组上使用气举可以降低成本。

由于煤层气井需要考虑生产压差方面的要求，因为生产压差直接影响煤层气能否有效释放，气举法在这一方面就很局限。这时人们希望能关闭高压注入气体的注入通道，减少注入气体对煤层的影响，通过井下压力计作为控制源，来完成煤层气的排采 。

2.2.2 有杆泵法

对常规天然气井来说，气井连续排液有一个临界流动条件，只有确定气井的产量能够符合这个条件时，有杆泵法才适用。开采早期时，产水量较大，此时的生产应该选择合适的油管，并且是小尺寸的；施工井的精选也是一个很重要的因素

对于煤层气来说，目前在煤层气的开发中，普遍使用的是有杆泵法，其原因有很多：设备不仅耐用且故障率低，技术相对成熟，经济方面也满足成本较低的要求。可对于煤层气来讲，因为出液量会随着生产阶段而变化，有杆泵不能满足这一明显的变化，也就不能及时调整排采制度，对气井的日常生产和管理产生影响。

2.2.3 电潜泵法

对常规天然气来说，由于电潜泵法的条件多且要求相对苛刻，通常需要耐高温高压，并且抗腐蚀，如天然气中所含有的硫化氢及二氧化碳，所以难度大，想要获得好的效果，只有满足上述条件的变速泵组。尽管成本较高，可电潜泵法在设计安装维修等方面都有明显优势，可调性也很好，除了高含硫井，对水淹井复产及气藏强排水都很适用。

对于煤层气来说，电潜泵对供电质量要求比较高。因为煤层气排采现场电压通常不稳，不能满足电潜泵对供电质量要求比较高这一条件，电机容易烧损，维护的成本会大大增多。另外，因为电潜泵散发出的热量需要及时的扩散和消耗，否则会烧坏电机，所以，需要泵有足够的沉没度，可是煤层气井不能达到这一沉没度。电潜泵适用于大排量和供液足的气井。

2.2.4 射流泵法

对常规天然气来说，由于腐蚀和含砂流体中会有固体颗粒，容易对泵的运动部件造成损坏，射流泵的工作原理却使它能适合这种情况；安装方便，维护费用低；倾斜井和水平井对结构的要求较高，射流泵的紧凑结构也能满足，并且易控制；由于射流泵不受举升深度限制，也适用于高温深井。从经济方面来讲，投资较高，而且泵效较低；如果遇到地层水结垢或产腐蚀性介质的井，需要考虑泵的防护问题，以免损坏。停泵时泵不能长时间停留于井内。

表1 排水采气方法综合对比

对于煤层气来说，射流泵的原理和煤层气的排采机理是相矛盾的，因为射流泵要求有较高的压力才能排采液体，可煤层气的采出机理则是要求降低地层压力。同时，煤层气储层的渗透率对地层的压力波动较敏感，压力变化太剧烈可能造成对储层的伤害。目前，在排采前期，煤层气的开采方式采用的是油管排水，套管采气。射流泵的排采方式是套管注动力液，油管采出液体，空压要求基本能达到。可当煤层气开始解吸时，由于管道中形成气水两相流流量也会随着压力的变化而变化，此时想要控制井底压力，就很难达到平稳下降了，只能不断改变设备的工作参数。

2.2.5 螺杆泵法

对于煤层气来说，螺杆泵系统在我国煤层气现场应用较少，磨损问题是螺杆泵主要问题。磨损情况的发生一是井下气液比过高导致磨损问题的发生。二是泵抽空造成磨损。其次，固体颗粒的影响，导致油管、抽油杆断裂的发生。由于断口呈锯齿形，打捞的难度很大，给抽油杆装上扶正器可以避免这种状况。低速旋转时，想要保持排液量不变，也可选用大排量的螺杆泵。以上问题没有解决，螺杆泵的大规模推广是一种挑战。

3 结语

在煤层气的排水采气中，有杆泵排水采气，由于其耐用性以及低的故障率，并且有杆泵的抽深和排量能够满足大多数煤层气井的要求，有杆泵排采设备是优先考虑的。

电潜泵和螺杆泵排水采气在美国圣胡安和黑勇士盆地已经形成商业化的开采，取得了大规模的成功[6]。可是在国内还是处于研究实验阶段，没有大规模的推广。所以还是需要对我国煤层的具体地质情况进行研究然后研制出合适的电潜泵和螺杆泵排采工艺技术。

气举在国外的煤层气排采中也体现了一定的优势，可是在国内煤层气排采上几乎还没有起步，可以对煤层气的气举排采工艺进行研究，能够达到大规模的排采。

由于现在研制新的工艺比较困难，煤层气排采现在还可以用组合的排采方式，可以采用两种或几种排采方式的组合，对其进行研究实验，可以有效地改进煤层气的排采方式。

[1]周际永等.国内外排水采气工艺综述[J].太原理工大学学报，2005，36：44-45.

[2]李士伦等.天然气工程[M].北京：石油工业出版社，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]宋丽平.煤层气井排水采气工艺技术研究[D]，2011.

[6]饶孟余等.煤层气井排采技术分析[J].中国煤层气，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