煤層氣井排水采氣技術(shù)課件

1、28 七月 2022煤層氣井排水采氣技術(shù)煤層氣井排水采氣技術(shù)排采系排水采氣的簡稱，即利用機械舉升設備（主要就是用排采設備下到指定煤層進行排水采氣，一般有螺桿泵、管式泵、電潛泵等），將井筒內(nèi)的水舉升到地面，逐步降低井底流壓。隨著井底流壓降低，逐漸形成壓降漏斗并逐步向外擴展，進而逐步降低煤層的儲層壓力，迫使吸附在煤基質(zhì)孔隙內(nèi)表面的煤層氣被解吸，然后通過基質(zhì)孔隙的滲流和擴散到天然裂隙，煤層氣再從裂隙中滲流到井筒，從而被采出。開采過程之中會有煤粉卡泵、會出現(xiàn)煤橋造成氣量下降、還會出現(xiàn)燒泵現(xiàn)象等等，很多。oil zone 中間套管(技術(shù)套管)表層套管生產(chǎn)套管(油層套管)一開二開三開套管煤層氣井一般都是排

2、水降壓生產(chǎn)，即油管排水套管產(chǎn)氣。目 錄第一章 煤層氣井生產(chǎn)特征第二章 國內(nèi)外煤層氣井排采設備研究第三章 煤層氣井排采設備分析第四章 煤層氣井排水采氣方式優(yōu)化設計1.1 煤層氣的概念 煤層氣又稱煤層甲烷氣，煤炭工業(yè)稱之為煤層瓦斯，是在成煤過程中形成并賦存于煤層中的一種非常規(guī)的天然氣。這種天然氣大部分（70%-90%）以吸附狀態(tài)賦存在煤巖基質(zhì)中，少量成游離狀態(tài)存在于煤的割理和其它孔隙、裂隙中，還有少許溶解在煤層水中。 煤的吸附性導致煤層氣成藏機制和開發(fā)技術(shù)與常規(guī)天然氣截然不同。第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征1.2 煤層氣井的采氣機理 煤層氣井的生產(chǎn)是通過抽排煤儲層中的承壓水，使得煤層壓力降至煤的解吸壓力

3、以下，吸附態(tài)的甲烷解吸為大量游離態(tài)甲烷，并通過擴散和流動兩種不同的機制運移到井筒。第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征從煤表面解吸通過煤基質(zhì)和微孔隙擴散通過割理系統(tǒng)的達西流動1.2 煤層氣井的采氣機理煤層氣井采氣前,井中液面高度為地下水頭高度,此時井筒與儲層之間不存在壓力差,地下水系統(tǒng)基本平衡,屬于穩(wěn)定流態(tài)；當煤層氣井開始排采后,井筒中液面下降,井筒與煤儲層之間形成壓力差,地下水從壓力高的地方流向壓力低的地方,地下水就源源不斷地流向井筒中,使得煤儲層中的壓力不斷下降,并逐漸向遠方擴展,最終在以井筒為中心的煤儲層段形成一個地下水頭壓降漏斗,隨著抽水的延續(xù)該壓降漏斗不斷擴大和加深；當煤儲層的出水量和煤層氣井井

4、口產(chǎn)水量相平衡時,形成穩(wěn)定的壓力降落漏斗,降落漏斗不再繼續(xù)延伸和擴大,煤儲層各點壓力也就不能進一步降低，解吸停止,煤層氣井采氣也就終止。第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征隨著排采的進行，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渡到圍巖中，壓力將僅在圍巖中傳遞，開始排采圍巖中的水，此時，煤層中壓力幾乎不再發(fā)生變化。 1.3 煤層氣井的生產(chǎn)過程1.3.1 煤層氣的產(chǎn)出過程 根據(jù)煤層氣儲層流體的地下流動，可將煤層氣的產(chǎn)出過程分為三個階段： 第一階段：單相流階段。隨著井筒附近地層壓力降低，首先只有水產(chǎn)出，因為壓力降低較小，煤層氣尚未開始解吸，井筒附近只有單相流動。 第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征1

5、.3 煤層氣井的生產(chǎn)過程1.3.1 煤層氣的產(chǎn)出過程 第二階段：非飽和的單相流階段。當煤儲層壓力進一步下降，有一定數(shù)量的煤層氣從煤基質(zhì)塊微孔隙表面解吸，開始形成氣泡，阻礙水的流動，水的相對滲透率下降，但氣體不能流動。 第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征1.3 煤層氣井的生產(chǎn)過程1.3.1 煤層氣的產(chǎn)出過程 第三階段：氣、水兩相流階段。隨著煤儲層壓力進一步降低，有更多的煤層氣解吸出來，并擴散到煤中裂隙系統(tǒng)中。此時，水中含氣已經(jīng)達到飽和，氣泡互相連接，形成連續(xù)流動，氣的相對滲透率大于零。隨著儲層壓力下降和水飽和度降低，水的相對滲透率不斷減小，氣的相對滲透率逐漸增大，氣產(chǎn)量也隨之增加。在這一階段，在煤中裂隙系

6、統(tǒng)中形成氣、水兩相達西流動。第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征1.3 煤層氣井的生產(chǎn)過程1.3.2 煤層氣井生產(chǎn)階段 煤層氣井的生產(chǎn)排采是一個長時間排水降壓采氣過程，煤層氣單井生產(chǎn)年限一般為1520年。從煤層氣井生產(chǎn)過程中氣、水產(chǎn)量的變化特征可把生產(chǎn)分為三個階段：第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征早期排水降壓階段：主要產(chǎn)水，隨著壓力降到臨界解吸壓力以下，氣體開始解吸，并從井口產(chǎn)出。這一階段所需的時間取決于井點所處的構(gòu)造位置、儲層特征、地層含水性、排水速度等因素，持續(xù)時間可能是幾天或數(shù)月。1.3 煤層氣井的生產(chǎn)過程1.3.2 煤層氣井生產(chǎn)階段 中期穩(wěn)定生產(chǎn)階段：隨著排水的繼續(xù)，產(chǎn)氣量逐漸上升并趨于穩(wěn)定，出現(xiàn)高峰產(chǎn)氣

7、，產(chǎn)水量則逐漸下降。該階段持續(xù)時間的長短取決于煤層氣資源豐度（主要由煤層厚度和含氣量控制），以及儲層的滲透性。 第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征1.3 煤層氣井的生產(chǎn)過程1.3.2 煤層氣井生產(chǎn)階段 后期氣產(chǎn)量下降階段：當大量氣體已經(jīng)采出，煤基質(zhì)中解吸的氣體開始逐漸減少，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。該階段延長的時間較長，可以在10年以上。第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征1.4 煤層氣井產(chǎn)量的影響因素 與煤層氣開采有關(guān)的因素很多,主要有：地質(zhì)因素：煤層厚度、含氣量、煤的種類、煤的沉積方式和分布方式、煤層壓力和解吸壓力等；完井方式：不同地質(zhì)條件下的煤層氣井完井方式不同；滲透性能：滲透率是決

8、定煤層氣單井產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一；開采方式：主要是排采設備的選擇。第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征1.5 影響煤層氣井排采效果的主要因素非連續(xù)性排采的影響:煤層氣井的排采生產(chǎn)應連續(xù)進行, 使液面與地層壓力持續(xù)平穩(wěn)的下降。如果因關(guān)井、卡泵、修井等造成排采終止, 給排采效果帶來的影響表現(xiàn)在:(1) 地層壓力回升, 使甲烷在煤層中被重新吸附；(2) 裂隙容易被水再次充填，阻礙氣流；(3) 回壓造成壓力波及的距離受限,降壓漏斗難以有效擴展，恢復排采后需要很長時間排水, 氣產(chǎn)量才能上升到停排前的狀態(tài)。（4）賈敏效應和速敏效應井底流壓的影響：井底流壓是反映產(chǎn)氣量滲流壓力特征的參數(shù),制定合理的排采制度和進行精細的排采

9、控制應該以井底流壓為依據(jù)。較低的井底流壓, 有利于增加氣的解吸速度和解吸氣體量。第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征 賈敏效應解吸產(chǎn)氣后，發(fā)生長時間停抽，近井地帶地層壓力逐漸恢復，煤儲層裂隙再次被水充填，使得煤層吼道處的流動空間變小，甲烷氣體流動阻力增大，在吼道處發(fā)生“賈敏效應”，致使氣體不能順利通過吼道，阻止煤層氣繼續(xù)向井筒運移，造成供氣能力不足，產(chǎn)氣量下降。 賈敏效應FZP04-2在控壓產(chǎn)氣階段，連續(xù)發(fā)生卡泵事故，由于道路問題無法及時作業(yè)，造成近 近60天的停抽，導致儲層受到嚴重傷害。后經(jīng)過多次的激動作業(yè)，消除了部分賈敏效應，氣量有所上升，單井產(chǎn)能已經(jīng)無法完全恢復。速敏效應排采過程中，煤儲層內(nèi)流體流速

10、快，地層流體攜帶大量煤粉,發(fā)生停抽后流體流速減小，煤粉原地沉淀，堵塞裂縫通道，產(chǎn)生“速敏效應”?！八倜粜笔箖訚B透性嚴重降低，其可致使多分支水平井產(chǎn)氣、產(chǎn)水快速下降。 FP1-1井控壓階段，最高產(chǎn)氣量達到1.9萬方，井底流壓0.428MPa，還有較大上升空間。由于放氣速度過快，發(fā)生連續(xù)煤粉卡泵停抽，煤灰大量沉積在滲流通道，引起了“賈敏效應”、“速敏效應”，儲層遭受嚴重傷害，煤儲層滲透率降低，產(chǎn)氣能力大幅下降1.5 影響煤層氣井排采效果的主要因素排采強度的影響：煤層氣排采需要平穩(wěn)逐級降壓, 抽排強度過大帶來的影響有:(1) 易引起煤層激動，使裂隙產(chǎn)生堵塞效應,降低滲透率；(2)影響泄流半徑。

11、排采階段，如果液面下降速率過快，井筒附近的流體就會以較高的速度和較大流體壓力差流向井筒，有效應力快速增加，裂縫過早閉合，煤層無法將壓力傳遞到更遠處，造成降壓漏斗得不到充分擴展，泄流半徑得不到有效延伸。只有井筒附近很小范圍內(nèi)的煤層得到了有效降壓，有效排采半徑變得很小，氣井產(chǎn)氣量在達到高峰后，由于氣源的供應不足而急劇下降，無法長期持續(xù)生產(chǎn)，甚至停產(chǎn)。第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征(3) 吐砂。對于常規(guī)壓裂的直井在排采初期 如果在裂縫尚未完全閉合時, 排采強度過大, 導致井底壓差過大引起支撐砂子的流動, 使壓裂砂返吐, 影響壓裂效果；(4) 煤粉產(chǎn)出。煤粉等顆粒的產(chǎn)出也可能堵塞孔眼, 同時出砂、煤屑及其它

12、磨蝕性顆粒也會影響泵效, 并對泵造成頻繁的故障, 使作業(yè)次數(shù)和費用增加。我國大多數(shù)煤層屬于低含水煤層, 因此抽排速度一定要按照煤層的產(chǎn)水潛能，進行合理排水。1.5 影響煤層氣井排采效果的主要因素1.6 我國煤層氣資源的主要特點 煤層氣是常規(guī)天然氣的接替能源之一，開發(fā)和利用我國豐富的煤層氣資源將對我國的能源儲備起到至關(guān)重要的作用。 資源量豐富，但在分布上既分散又集中； 中國陸上埋深2000m以淺的煤層氣資源量廣泛分布在不同的含煤盆地中，其中具有優(yōu)勢開發(fā)潛力的資源又相對集中在華北地區(qū)的中東部(62%)，該區(qū)既是常規(guī)氣的發(fā)育盲區(qū)，又是潔凈能源的消費旺區(qū) 儲層不均一性強烈，華北地區(qū)相對優(yōu)越；第一章：煤

13、層氣井生產(chǎn)特征1.6 我國煤層氣資源的主要特點 高階煤和低階煤占主導，高階煤可產(chǎn)氣； 中國勘探實踐表明，為美國理論所否定的高階煤區(qū)恰恰是目前最活躍的勘探區(qū)，并取得了產(chǎn)氣突破。低階煤煤層氣資源在中國占的比例最大，但按現(xiàn)有的理論和技術(shù)，其開發(fā)難度也大。 煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴重，低滲、低壓、低飽和現(xiàn)象突出； 低滲、低壓、低飽和是中國煤層氣藏的又一個較為顯著的特征，為煤層氣資源的開發(fā)帶來了很大的難度。第一章：煤層氣井生產(chǎn)特征目 錄第一章 煤層氣井生產(chǎn)特征第二章 國內(nèi)外煤層氣井排采設備研究第三章 煤層氣井排采技術(shù)分析第四章 煤層氣井排水采氣方式優(yōu)化設計2.1 國外研究現(xiàn)狀 當今世界各國在煤層氣開發(fā)領域，無論是

14、從開發(fā)規(guī)模，還是從技術(shù)水平等方面來看，美國一直處于領先地位。目前為止，美國已經(jīng)形成部分煤層氣專用開采設備及工藝技術(shù)。如：美國常用的煤層氣排采設備雖然仍以有桿設備為主，有桿泵適應性強，操作簡單，性能可靠，幾乎不需保養(yǎng)，經(jīng)改造和研制后，其工作深度和排量能較好的適應煤層氣井的要求，但對整機設計和選型上，提出了新的方法，在以圣胡安和黑勇士盆地為主的各煤田取得了良好的經(jīng)濟效益。第二章：國內(nèi)外煤層氣井排采設備研究2.1 國外研究現(xiàn)狀1986年，美國又開始使用螺桿泵排水采氣實驗，不斷地改進螺桿泵系統(tǒng)，使其發(fā)展到適合煤層氣井排水所需的排量和揚程，同時可以很好地適應井液中細煤粉及氣液混合體，加上投資成本和運行成

15、本低等特點，使該設備在特殊開采要求的煤層氣井中得到推廣。從80年代后期，美國根據(jù)一些煤層氣井的排水量大、排量變化范圍較大的特點和有桿排采設備在斜井、水平井方面應用受限的現(xiàn)狀，開始廣泛使用潛油電泵，隨后依據(jù)煤層氣排采用的潛油電泵一般都是小排量離心泵，要求對游離氣的適應性高的特點并不斷地改進潛油電泵系統(tǒng)，提高潛油電泵應用的可靠性、適應性和經(jīng)濟性。第二章：國內(nèi)外煤層氣井排采設備研究2.1 國外研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)外煤層氣排水開采的方法主要有有桿泵法、電潛泵法、螺桿泵法、氣舉法、水力噴射泵法、泡沫法、優(yōu)選管柱法等。 關(guān)于排采設備選型方面的問題，目前國外普遍采用的方法是在生產(chǎn)工作制度中，選擇多種排采方式

16、。例如：低產(chǎn)水量或后期產(chǎn)水較少的煤層氣井選用工作制度便于調(diào)整、液面比較好控制的變速調(diào)控抽油機、數(shù)控抽油機等。產(chǎn)水量大供液能力強的井，前期考慮以排水為主，選擇大泵來加強排水降壓，通常采用螺桿泵、大直徑管式泵。第二章：國內(nèi)外煤層氣井排采設備研究2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國煤層氣的地面開發(fā)始于20世紀80年代末，經(jīng)過近二十年的發(fā)展，在煤層氣基礎理論研究、煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)等方面取得了突破性進展。但是目前對適合我國煤層地質(zhì)條件的排采生產(chǎn)理論和排采技術(shù)設備的研究開展較少，尚沒有形成可用的成果，不能滿足煤層氣開采實際的需要；同時，盲目采用國外傳統(tǒng)的煤層氣開發(fā)技術(shù)，應用效果不夠理想。第二章：國內(nèi)外煤層氣井排采

17、設備研究2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前我國鉆煤層氣井2600多口，投入排采1000多口，以中石油、中聯(lián)煤和地方礦業(yè)公司為主，大多使用的是開采常規(guī)油氣時常用的抽油機、管、桿和泵設備。據(jù)統(tǒng)計目前各煤層氣井所選用的有桿排采設備，其型號都普遍大于實際所需要的型號，存在嚴重的投資大、設備不配套、抽空、檢泵周期短等諸多問題，嚴重影響了煤層氣井的正常排采，直接降低了煤層氣的投資效益，成為了煤層氣商業(yè)化、規(guī)模開發(fā)的瓶頸。螺桿泵正在推廣使用中；電潛泵還處于探索階段，氣舉法還未得到應用。 第二章：國內(nèi)外煤層氣井排采設備研究2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 綜上所述，我國各煤田排采設備的選型不能按照煤層氣開采的實際需要，選擇合適類

18、型和具體型號的排采設備，使得開采效益和設備的適應性、可靠性下降。 可見，開展煤層氣排采設備選型的基礎研究，研究適合我國煤層氣自身開采實際的排采設備選型方法，指導排采設備進行系統(tǒng)而科學地選型，對提升煤層氣的開采效益，解決煤層氣開采中的關(guān)鍵技術(shù)問題，實現(xiàn)我國煤層氣的商業(yè)化開采十分必要。第二章：國內(nèi)外煤層氣井排采設備研究目 錄第一章 煤層氣井生產(chǎn)特征第二章 國內(nèi)外煤層氣井排采設備研究第三章 煤層氣井排采設備分析第四章 煤層氣井排水采氣方式優(yōu)化設計3.1 煤層氣排采設備的選擇 煤層氣排采設備及其合理選型是保障煤層氣井連續(xù)穩(wěn)定排采的重要因素。因此所用的排采設備必須成熟可靠、持久耐用、節(jié)能低耗、易于維修，

19、還要有較大范圍的排液能力和控制排液、系統(tǒng)壓力的能力以及有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。 對于給定的一口煤層氣井，究竟選擇何種排水采氣工藝應在對氣井壓力、產(chǎn)量及產(chǎn)水情況進行分析的基礎上，地面環(huán)境、井下狀況、開采條件、維修管理等也是考慮的重要因素。此外，選擇排采設備時，還需要考慮可靠性、設計難易、維護簡便性等。而最終考慮因素是經(jīng)濟投入。第三章：煤層氣井排采設備分析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。 排水采氣要求氣井系統(tǒng)排采系統(tǒng)井下設備地面排采流程梁式泵螺桿泵發(fā)電機動力系統(tǒng)設備排液系統(tǒng)采氣系統(tǒng)電潛泵

20、控制柜氣井系統(tǒng)抽油桿出氣管線出水管線表層套管244.5mm水泥返高煤層套管139.7mm油管73mm煤層泵金屬繞絲篩管絲堵音標100m動液面尾管沉砂管人工井底井下泵掛結(jié)構(gòu):73mm抽油管回音標管式泵尾管篩管沉砂管絲堵井下泵掛結(jié)構(gòu)泵一般下到篩管距煤層中部深度上下420m, 平均為煤層中部深度以上5.98m處。 所有井煤層均全部射開。 抽油機泵抽系統(tǒng)設備主要有：3型抽油機、56mm二級整體筒管式泵、73mm油管、音標、89mm金屬繞絲篩管、管式泵柱塞、19mm抽油桿、25.4mm光桿、絲堵、音標等； 螺桿泵泵掛系統(tǒng)設備主要有：驅(qū)動頭、24.5mm光桿+24.5mm抽油桿+抽油桿扶正器+轉(zhuǎn)子+定子+

21、尾管+金屬篩管+沉砂管+絲堵； 電潛泵泵掛系統(tǒng)主要設備有：變頻器+入井電纜+電潛泵+篩管+絲堵。 氣井系統(tǒng)地面系統(tǒng)氣管線水管線氣水分離器放空火炬水表安全閥井口和采油樹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+水計量表+排水管線；自動數(shù)據(jù)采集和設備自動控制系統(tǒng)：探頭、傳輸電纜。CNG站的自動控制系統(tǒng)通過安裝于井口的探頭和傳輸電纜來采集各井的產(chǎn)水量和套管壓力數(shù)據(jù)以及控制抽油機和電機的運行。工藝流程：油管內(nèi)排水流程和油管環(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

22、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。 工藝流程3.2 主要排采設備的工作原理和技術(shù)特點 第三章：煤層氣井排采設備分析排采設備工作原理技術(shù)特點三抽有桿泵將抽油泵下入到井筒液面以下的適當深度，泵柱塞在抽水機的帶動下，在泵筒內(nèi)作上下往復抽吸運動，從而達到從油管內(nèi)抽吸排水、降低液柱對井底的回壓，從油套環(huán)形空間采出煤層氣的目的。排采運作過程：電動機通過三角帶傳動，帶動減速器。減速后由曲柄、連桿、橫梁和游梁等四連桿機構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)轶H頭往復運動。驢頭帶動光桿和桿柱作上下往復動。抽油桿將往復運動傳給井下泵柱塞。抽油泵筒的下部裝有固定閥，柱塞上裝有游動閥，在抽油桿往復運動時，完成抽

23、油泵的排出和吸入過程。電潛泵潛油電泵的泵體及其輔助部分安裝在油管的最下端，下至井內(nèi)被抽吸液體中的預定位置，將井筒內(nèi)的液體（水）從油管中迅速排出，降低井筒內(nèi)的液面高度。潛油電泵排采地面和井下設備組合為：動力電纜將地面電力送至井下電機。保護器防止井液進入電動機。電機帶動離心泵工作。井液經(jīng)氣體分離器進入離心泵。離心泵泵送井液，井液具有動能。動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴侯^，井液舉升至地面。3.2 主要排采設備的工作原理和技術(shù)特點 排采設備工作原理技術(shù)特點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連在油管的最下端，下至井內(nèi)并沉沒于被抽吸的井液中。轉(zhuǎn)子和定子密切配合形成一系列封閉腔和空腔，其不斷形成、運移、消

24、失，實現(xiàn)泵送液體，并將液體排出井口。螺桿泵排出地面和井下主要設備為：電控箱通過電纜控制電動機的起停。減速箱傳遞動力和實現(xiàn)減速，其輸入軸連接電動機，輸出軸連接光桿。動力由光桿通過抽油桿傳遞到井下螺桿泵轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子上部與抽油桿連接，定子固定于鋼管內(nèi)，其上端與油管連接，轉(zhuǎn)子位定子內(nèi)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)抽吸功能。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，即將井液和氣體從油管內(nèi)舉升至地面第三章：煤層氣井排采設備分析3.2 主要排采設備的工作原理和技術(shù)特點 排采設備工作原理技術(shù)特點 氣舉閥氣 舉 泵通過氣舉閥，從地面將高壓煤層氣注入井中，利用氣體的能量舉升井筒中的井液，使井恢復生產(chǎn)能力。氣舉閥氣舉的運作過程：注入氣經(jīng)套管進入油套環(huán)形空間。氣體經(jīng)

25、閥孔進入油管。卸載閥以上的液柱被頂替至地面。柱 塞 氣 舉氣 舉 泵將柱塞作為氣液之間的機械界面，依靠氣井原有的氣體壓力，以一種循環(huán)的方式推動活塞在油管內(nèi)上下移動，將井內(nèi)液體帶出，同時阻止液體的回落，消除了氣體穿透液體段塞的可能，從而減少滑脫損失，提高舉升效率。柱塞氣舉的工藝流程為：地面控制器控制薄膜閥關(guān)閉生產(chǎn)管線，活塞油管內(nèi)的氣液下落?；钊侣渲劣凸芸ǘㄆ魈帲矒艟彌_彈簧，液面開始上升。薄膜閥打開，油管內(nèi)液面上升，環(huán)形空間液面下降，天然氣進入油管，推動活塞及其上部的液體上行。環(huán)形空間套壓迫使活塞和活塞上部的液體上升，直至將液柱排出井口。第三章：煤層氣井排采設備分析3.2 主要排采設備的工作原

26、理和技術(shù)特點 排采設備工作原理技術(shù)特點射流泵地面泵提供的高壓動力液通過噴嘴把其壓能轉(zhuǎn)化為萬里高速流束，在吸入口形成低壓區(qū)，井下流體被吸入與動力液混合，在擴散管內(nèi)，動力液的動能傳遞給井下流體使之壓力增高而排出地面（煤層水和氣被同時排出地面）射流泵排采主要設備為：電動機帶動多缸泵工作，提供動力。氣液分離器和旋風分離器除去動力液中的游離氣和固體，并在足夠的壓力下循環(huán)動力液。動力液經(jīng)井下裝置流入井下泵。射流泵泵送流體，通過噴嘴把其位能轉(zhuǎn)換成高速流束的動能。噴射流體與井液在喉道中混合，然后進入擴散管，把動能轉(zhuǎn)換成壓能，流體經(jīng)油管舉升至地面。第三章：煤層氣井排采設備分析3.3 主要排采設備的適應性 指標排

27、采設備有桿泵電潛泵 氣舉排采射流泵螺桿泵 氣舉閥 柱塞生產(chǎn)參數(shù)最大排量(m3/d)最小排量(m3/d)最大井深 （m）600127006406029507903032006000.32000100016280030051500地層參數(shù)溫度限制（）地層壓力(MPa)最小流壓(MPa)120不限1.0149不限1.4101.0不限不限高氣液比時1.0=120101.0=90100.1第三章：煤層氣井排采設備分析3.3 主要排采設備的適應性 指標排采設備有桿泵電潛泵 氣舉排采射流泵螺桿泵 氣舉閥 柱塞開采條件煤粉、砂限制（%）氣水比(m3/m3）腐蝕限制0.10.5適宜0.020.05適宜0.1不限

28、一般不限360380最好一般3不限一般105適宜井下狀況小井眼分層措施井斜限制總效率（水功率/輸入功率）磨損嚴重一般525%45%不適宜不適宜6040%適宜一般限制少20%適宜一般24/30m利用井身能量適宜一般24/30m20%34%適宜不宜斜井彎曲井不適用50%70%第三章：煤層氣井排采設備分析3.3 主要排采設備的適應性 指標排采設備有桿泵電潛泵 氣舉排采射流泵螺桿泵氣舉閥 柱塞地面地面環(huán)境裝置較大且較重適宜裝置小高壓電源較好適宜裝置小適宜動力源可遠離井口適宜裝置小 適宜維修管理檢泵免修期生產(chǎn)管理自動控制生產(chǎn)測試靈活性較麻煩平均2年較方便適宜較好適宜麻煩平均1.5年方便適宜較好適宜容易平

29、均3年方便一般很適宜很適宜容易平均0.5年方便適宜一般適宜容易平均0.5年方便適宜一般適宜較麻煩平均1年方便一般較好一般第三章：煤層氣井排采設備分析3.3 主要排采設備的適應性 指標排采設備有桿泵電潛泵 氣舉排采射流泵螺桿泵 氣舉閥 柱塞其它條件可靠性設計難易維護難易系統(tǒng)靈活性裝備簡單性鋼材利用率生產(chǎn)時率達95%較易簡便靈活簡單較高對溫度、電故障敏感復雜復雜較靈活較復雜較高壓縮和維護正常時可靠輕易較簡便較靈活較簡單較低井生產(chǎn)穩(wěn)定則可靠較易復雜不靈活簡單較低壓力27MPa可靠復雜簡便不靈活簡單較低可靠較易復雜不靈活簡單較高第三章：煤層氣井排采設備分析3.3 主要排采設備的適應性 指標排采設備有桿

30、泵電潛泵 氣舉排采射流泵螺桿泵 氣舉閥 柱塞其它條件投資成本基建投資特殊要求適用范圍管理費低深度大時基建費大有效需電源或者煤層氣源作動力適用范圍廣管理費高功率大時費用高一般需可靠電力系統(tǒng)，設備要求有較高耐腐蝕性地層壓力低產(chǎn)液量大壓縮機和燃料費用高有效壓縮機和氣源可靠，套管承壓能力和設備可靠性要求高氣液比和產(chǎn)量變化大出砂、高腐蝕不用壓縮機則費用低有效需要與產(chǎn)水量相適應的產(chǎn)氣量或外加氣源小產(chǎn)水量氣液比高間歇井動力費高維護費低有效對地面泵要求高，需要電動泵或注液車氣藏強排水費用較低有效需要電源適用范圍廣第三章：煤層氣井排采設備分析3.4 煤層氣排采設備的特性總結(jié) （1）有桿泵 有桿泵技術(shù)在煤層氣排采

31、中是一種非常成熟的技術(shù)。是由抽油機、抽油桿和抽油泵為主的有桿抽吸系統(tǒng)實現(xiàn)。國內(nèi)外應用最為廣泛的有桿泵設備是游梁式抽油機泵裝置。適應性強，操作簡單，性能可靠，幾乎不需保養(yǎng)；在排采不同階段,根據(jù)產(chǎn)水量變化調(diào)整泵型, 并可通過調(diào)速電機調(diào)頻, 根據(jù)各井情況選擇適當?shù)呐挪蓮姸龋虼怂墓ぷ魃疃群团帕慷寄苓m應大部分煤層氣井的排液要求；適合于產(chǎn)水量在100m3/d 以下，井斜不嚴重，出砂、煤粉較少的井。對于產(chǎn)氣量極高或大量出砂的井，需要進行特殊的井下設計。第三章：煤層氣井排采設備分析梁式泵電動機地面部分游梁式抽油機減速箱四連桿機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合

32、鋼級的抽油桿和接箍組成組成：三抽為主 + 輔助裝置 將有桿深井泵下入井筒動液面以下適當深度，泵筒中的柱塞在抽油機帶動下做上下往復運動而抽汲排水，達到排水采氣目的。電動機作動力，來帶動抽油機驅(qū)動的活塞泵抽水，水由油管排出，氣靠自身能量由油套環(huán)形空間排出井筒3.4 煤層氣排采設備的特性總結(jié) （2）螺桿泵地面設備結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，非常適應中國各煤層區(qū)塊的復雜地形；排量和揚程也較適合煤層氣井的排水要求；在美國已廣泛用于淺煤層氣井排水采氣作業(yè)。投資費用和操作費用較低；可以有效地對付煤層氣井液中的固體顆粒和氣體，可以很好的適應井液中的細煤粉及氣液混合體；適合于中低產(chǎn)液量的煤層氣井;主要缺點是如果后期地

33、層供液能力不足，會發(fā)生“燒泵”現(xiàn)象，同時目前的技術(shù)手段還不能對螺桿泵井進行環(huán)空測試。第三章：煤層氣井排采設備分析 WeatherFord公司地面驅(qū)動螺桿泵示意圖 油管電纜導流罩其中柔性軸、減速器保護 器、減速器、電機下保護器、電機、電機上保護器出口等部件均在導流罩里面。螺桿泵 吸入口 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)并沉沒于被抽吸的井液中。轉(zhuǎn)子是一單外螺旋體，截面是圓形，由高強度鋼筋加工而成。定子是在一合金鋼管內(nèi)襯以用耐磨蝕的彈性材料模壓而成的雙內(nèi)螺旋體。泵抽作用是通過轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)的順時針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在相隔 隔180度的范圍內(nèi)將形成

34、一連串的空穴，把流體從泵的吸入口推向地面。轉(zhuǎn)子與定子之間連續(xù)的密封，使得流體能夠始終以與泵的旋轉(zhuǎn)速度和空穴體積成正比的速率向上運移。3.4 煤層氣排采設備的特性總結(jié) （3）電潛泵適應性較強，排量大，揚程高；特別適于大水量的低壓產(chǎn)水井強排水需要，適用于井斜較大、產(chǎn)水量較高的排采井；根據(jù)產(chǎn)液變化要求進行變頻調(diào)速，而且經(jīng)過改進它還能較好地進行氣液分離、處理固體顆粒，地層出砂對電潛泵的影響相對較??；但工作條件比較苛刻, 對出砂量和氣體的適應性較差，如水中煤粉含量不能大于0.02 % , 氣液體積比不能大于0.05 %等；主要缺點是成本高、修井費用大。第三章：煤層氣井排采設備分析電潛泵排水采氣工藝流程電

35、潛泵排水采氣地面流程示意圖電潛泵地面流程變速電泵由以下三部分組成：井下井組部分包括電機、保護器、泵、離心泵氣體分離器、PHD或PSI井下傳感器；中間部分包括電纜、油管、單流閥、泄流閥地面部分包括變速控制器、升降壓變壓器、井口裝置、接線盒變速電潛泵系統(tǒng)組成3.4 煤層氣排采設備的特性總結(jié) （4）氣舉氣舉地面設備少，井下管柱相對簡單，但在技術(shù)上要求很高；一次性的投資高；一般將壓縮煤層氣作為氣源用于氣舉，氣舉的最大特點是能夠處理固體顆粒，不受出砂的影響，機械方面的影響和受氣體的影響較小；能適應開采初期的大排量排水;受井斜的影響較小。第三章：煤層氣井排采設備分析氣舉采氣原理氣井停產(chǎn)時，油管與套管的液面

36、處于同一高度，當開始注氣時，環(huán)形空間內(nèi)的液面被擠壓向下，環(huán)空中的液體進入油管，油管內(nèi)液面上升。在此過程中，注氣壓力不斷升高，當環(huán)形空間內(nèi)的液面下降到油管鞋時，注氣壓力達到最大，稱為啟動壓力。當壓縮氣體從油管鞋進入油管時，使油管內(nèi)的液氣混合，密度降低，液面不斷上升，直至噴出地面。環(huán)形空間繼續(xù)進氣，混合氣液的密度越來越低，油管鞋處的壓力急劇下降，此時井底壓力和注氣壓力也急劇下降。當井底壓力低于地層壓力時，地層流體進入井底。由于底層出液使油管內(nèi)的混氣液密度又有增加，所以注氣壓力又有上升，經(jīng)過一段時間后趨于穩(wěn)定。此時井口的注氣壓力稱為工作壓力。射流泵排水采氣3.5 煤層氣井最佳排采設備的優(yōu)選方法 依據(jù)

37、煤層氣井的開采實際情況，采用參數(shù)量化綜合評價法為排采設備的優(yōu)選方法。其實質(zhì)是用參數(shù)化、量化方法來綜合評價各種排采設備的主要指標，在綜合考慮煤層氣井動態(tài)參數(shù)、地面環(huán)境、井下狀況、開采條件、維修管理、可靠性、設計難易、維護簡便性和經(jīng)濟性等各重要因素的基礎上，優(yōu)選出適合給定煤層氣井的排采設備。 第三章：煤層氣井排采設備分析3.5 煤層氣井最佳排采設備的優(yōu)選方法 煤層氣排采設備的綜合參數(shù)可細分為三組局部參數(shù)： 第一組用來評價某種排采設備的使用條件是否滿足煤層氣井動態(tài)的參數(shù)，用X表示。采用兩級評價系數(shù)，即X=1表示為滿足，X=0表示為不滿足。其計算可表示為： 式中，X為評價某種排采設備使用條件的局部綜合

38、參數(shù)值；Xi為局部參數(shù)的評估值；n為局部參數(shù)X的總數(shù)，根據(jù)煤田的具體情況確定。第三章：煤層氣井排采設備分析3.5 煤層氣井最佳排采設備的優(yōu)選方法 第二組用來評價某種排采設備適應于該煤層氣井的程度，用Y表示。采用五級評價系數(shù)，即Y=4表示為很適宜，Y=3為適宜，Y=2為較好，Y=1為一般，Y=0為不適宜。其計算可表示為： 式中，Y為評價某種排采設備適應程度的局部綜合參數(shù)值；Yi為局部參數(shù)的評估值。第三章：煤層氣井排采設備分析3.5 煤層氣井最佳排采設備的優(yōu)選方法 第三組用來評價某種排采設備的難易度、經(jīng)濟性等因素，用Z表示。采用三級評價系數(shù)，即Z=3表示為較好，Z=2為一般，Y=1為較差。其計算可

39、表示為： 式中，Z為評價某種排采設備有效性的局部綜合參數(shù)值；Zi為局部參數(shù)的評估值。 終評。評價某種排采設備的適應性需綜合各局部綜合參數(shù)值，其計算為： 式中，V為評價某種排采設備適應性的綜合參數(shù)值。第三章：煤層氣井排采設備分析3.5 煤層氣井最佳排采設備的優(yōu)選方法參數(shù)綜合評價法的具體用法是：按給定煤田的具體情況選定各個局部參數(shù)項，局部參數(shù)項可根據(jù)具體情況增減；依據(jù)煤層氣井排采工藝和技術(shù)水平，對煤層氣排采設備的主要技術(shù)經(jīng)濟指標進行量化，給出各局部參數(shù)的評估值；依據(jù)式(3-1)式(3-3)計算出各排采設備的使用條件、適應程度和可行性的局部綜合參數(shù)值，然后帶入式(3-4)計算出各排采設備適應性的綜合參數(shù)值；完成最佳排采設備的優(yōu)選：選出綜合參數(shù)值最高