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煤層氣井與常規(guī)天然氣井排采工藝對(duì)比分析

徐暖筑1岳家富2徐寧3付瑩4

1.西南石油大學(xué)，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(tuán)燃?xì)夥止荆拇ń?62170034.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西寶雞 721000

近年來(lái)，常規(guī)天然氣中各項(xiàng)基本排水采氣工藝已經(jīng)較為成熟，可是對(duì)煤層氣來(lái)說(shuō)，排采是一個(gè)難度大的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)煤層氣與常規(guī)天然氣排采工藝進(jìn)行對(duì)比分析，指出煤層氣排采中存在的一些問(wèn)題，并對(duì)排采工藝的選擇及研究給出一定建議。

煤層氣；常規(guī)天然氣；排水采氣

引 言

在非常規(guī)氣體開(kāi)采中，煤層氣的排水采氣是一個(gè)難度很大的問(wèn)題。在煤層氣井生產(chǎn)中，通過(guò)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(lái)。能否抽出地層中的承壓水以降低煤層壓力，是煤層氣生產(chǎn)的關(guān)鍵[1]。

排水采氣在常規(guī)天然氣中的已經(jīng)很普遍，各種排水采氣技術(shù)也已經(jīng)較為成熟，而煤系地層在地質(zhì)條件、巖石性質(zhì)等諸多方面與常規(guī)油儲(chǔ)層有明顯的差別，煤層氣的賦存、運(yùn)移和產(chǎn)出機(jī)理以及過(guò)程與常規(guī)油氣層產(chǎn)氣機(jī)理也不相同，使得我國(guó)煤層氣排采方法和設(shè)備的選擇主要依賴油田方面的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際使用中存在投資大、設(shè)備不配套、參數(shù)選用不合理等諸多問(wèn)題，嚴(yán)重影響了煤層氣的正常開(kāi)采。因此，有必要對(duì)煤層氣井和常規(guī)天然氣井排水采氣工藝技術(shù)進(jìn)行一個(gè)對(duì)比分析，從而對(duì)煤層氣的排水采氣進(jìn)行優(yōu)選改進(jìn)。

1 排水采氣機(jī)理對(duì)比分析

1.1 常規(guī)天然氣井

隨著氣藏壓力和天然氣流動(dòng)速度的逐步降低，致使氣藏中的產(chǎn)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(shí)間內(nèi)聚集于井底，形成液柱，對(duì)氣藏造成額外的靜水回壓，導(dǎo)致氣井自噴能量持續(xù)下降。如果這種情況持續(xù)下去，井筒中聚集的液柱最終會(huì)將氣壓死，導(dǎo)致氣井停產(chǎn)[2]。排除井筒內(nèi)的積液來(lái)降低井底壓力，使氣井恢復(fù)正常生產(chǎn)的措施，稱為排水采氣。

1.2 煤層氣井

煤層氣井的生產(chǎn)就是通過(guò)排放煤巖儲(chǔ)層中的地層水，使煤巖儲(chǔ)層壓力降低，使吸附在煤巖儲(chǔ)層中煤層氣解吸釋放出來(lái)[3]。煤層氣的生產(chǎn)是通過(guò)對(duì)煤巖儲(chǔ)層的排水降壓實(shí)現(xiàn)的，也是目前人們可以采用的相對(duì)較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方法。煤層氣生產(chǎn)的關(guān)鍵是，是否能有效降低煤巖儲(chǔ)層壓力，順利的解吸煤層氣[4]。

2 排水采氣工藝對(duì)比

2.1 煤層氣與常規(guī)氣井共性

目前在煤層氣井和常規(guī)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(jìn)行一個(gè)綜合對(duì)比，如表1。

2.2 煤層氣與常規(guī)氣井差異

2.2.1 氣舉法

對(duì)常規(guī)天然氣井來(lái)說(shuō)，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(dá)到300m3，對(duì)于強(qiáng)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(xué)成分這些因素所影響；對(duì)于中低含硫氣井是很適用的。

對(duì)于煤層氣來(lái)說(shuō)，氣舉排水采氣比較適合于煤層氣排采的開(kāi)始階段，因?yàn)槟菚r(shí)排出來(lái)的主要是水。這時(shí)，能夠排除氣體和固體顆粒的影響，并且可以很好地控制頁(yè)面以及壓力。不足的是，當(dāng)進(jìn)入排采后期時(shí)，地層水幾乎沒(méi)有了，這時(shí)氣舉法就不再適用。

考慮到這一不足，可在生產(chǎn)前期和后期分別采用連續(xù)和間歇排采方式進(jìn)行生產(chǎn)。如果再考慮到經(jīng)濟(jì)問(wèn)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(chǎn)壓差方面的要求，因?yàn)樯a(chǎn)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(shí)人們希望能關(guān)閉高壓注入氣體的注入通道，減少注入氣體對(duì)煤層的影響，通過(guò)井下壓力計(jì)作為控制源，來(lái)完成煤層氣的排采 。

2.2.2 有桿泵法

對(duì)常規(guī)天然氣井來(lái)說(shuō)，氣井連續(xù)排液有一個(gè)臨界流動(dòng)條件，只有確定氣井的產(chǎn)量能夠符合這個(gè)條件時(shí)，有桿泵法才適用。開(kāi)采早期時(shí)，產(chǎn)水量較大，此時(shí)的生產(chǎn)應(yīng)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(gè)很重要的因素

對(duì)于煤層氣來(lái)說(shuō)，目前在煤層氣的開(kāi)發(fā)中，普遍使用的是有桿泵法，其原因有很多：設(shè)備不僅耐用且故障率低，技術(shù)相對(duì)成熟，經(jīng)濟(jì)方面也滿足成本較低的要求。可對(duì)于煤層氣來(lái)講，因?yàn)槌鲆毫繒?huì)隨著生產(chǎn)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(shí)調(diào)整排采制度，對(duì)氣井的日常生產(chǎn)和管理產(chǎn)生影響。

2.2.3 電潛泵法

對(duì)常規(guī)天然氣來(lái)說(shuō)，由于電潛泵法的條件多且要求相對(duì)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(shè)計(jì)安裝維修等方面都有明顯優(yōu)勢(shì)，可調(diào)性也很好，除了高含硫井，對(duì)水淹井復(fù)產(chǎn)及氣藏強(qiáng)排水都很適用。

對(duì)于煤層氣來(lái)說(shuō)，電潛泵對(duì)供電質(zhì)量要求比較高。因?yàn)槊簩託馀挪涩F(xiàn)場(chǎng)電壓通常不穩(wěn)，不能滿足電潛泵對(duì)供電質(zhì)量要求比較高這一條件，電機(jī)容易燒損，維護(hù)的成本會(huì)大大增多。另外，因?yàn)殡姖摫蒙l(fā)出的熱量需要及時(shí)的擴(kuò)散和消耗，否則會(huì)燒壞電機(jī)，所以，需要泵有足夠的沉沒(méi)度，可是煤層氣井不能達(dá)到這一沉沒(méi)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(duì)常規(guī)天然氣來(lái)說(shuō)，由于腐蝕和含砂流體中會(huì)有固體顆粒，容易對(duì)泵的運(yùn)動(dòng)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(hù)費(fèi)用低；傾斜井和水平井對(duì)結(jié)構(gòu)的要求較高，射流泵的緊湊結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)方面來(lái)講，投資較高，而且泵效較低；如果遇到地層水結(jié)垢或產(chǎn)腐蝕性介質(zhì)的井，需要考慮泵的防護(hù)問(wèn)題，以免損壞。停泵時(shí)泵不能長(zhǎng)時(shí)間停留于井內(nèi)。

表1 排水采氣方法綜合對(duì)比

對(duì)于煤層氣來(lái)說(shuō)，射流泵的原理和煤層氣的排采機(jī)理是相矛盾的，因?yàn)樯淞鞅靡笥休^高的壓力才能排采液體，可煤層氣的采出機(jī)理則是要求降低地層壓力。同時(shí)，煤層氣儲(chǔ)層的滲透率對(duì)地層的壓力波動(dòng)較敏感，壓力變化太劇烈可能造成對(duì)儲(chǔ)層的傷害。目前，在排采前期，煤層氣的開(kāi)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(dòng)力液，油管采出液體，空壓要求基本能達(dá)到?？僧?dāng)煤層氣開(kāi)始解吸時(shí)，由于管道中形成氣水兩相流流量也會(huì)隨著壓力的變化而變化，此時(shí)想要控制井底壓力，就很難達(dá)到平穩(wěn)下降了，只能不斷改變?cè)O(shè)備的工作參數(shù)。

2.2.5 螺桿泵法

對(duì)于煤層氣來(lái)說(shuō)，螺桿泵系統(tǒng)在我國(guó)煤層氣現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較少，磨損問(wèn)題是螺桿泵主要問(wèn)題。磨損情況的發(fā)生一是井下氣液比過(guò)高導(dǎo)致磨損問(wèn)題的發(fā)生。二是泵抽空造成磨損。其次，固體顆粒的影響，導(dǎo)致油管、抽油桿斷裂的發(fā)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(zhuǎn)時(shí)，想要保持排液量不變，也可選用大排量的螺桿泵。以上問(wèn)題沒(méi)有解決，螺桿泵的大規(guī)模推廣是一種挑戰(zhàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

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(shù)煤層氣井的要求，有桿泵排采設(shè)備是優(yōu)先考慮的。

電潛泵和螺桿泵排水采氣在美國(guó)圣胡安和黑勇士盆地已經(jīng)形成商業(yè)化的開(kāi)采，取得了大規(guī)模的成功[6]。可是在國(guó)內(nèi)還是處于研究實(shí)驗(yàn)階段，沒(méi)有大規(guī)模的推廣。所以還是需要對(duì)我國(guó)煤層的具體地質(zhì)情況進(jìn)行研究然后研制出合適的電潛泵和螺桿泵排采工藝技術(shù)。

氣舉在國(guó)外的煤層氣排采中也體現(xiàn)了一定的優(yōu)勢(shì)，可是在國(guó)內(nèi)煤層氣排采上幾乎還沒(méi)有起步，可以對(duì)煤層氣的氣舉排采工藝進(jìn)行研究，能夠達(dá)到大規(guī)模的排采。

由于現(xiàn)在研制新的工藝比較困難，煤層氣排采現(xiàn)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(duì)其進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)，可以有效地改進(jìn)煤層氣的排采方式。

[1]周際永等.國(guó)內(nèi)外排水采氣工藝綜述[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，36：44-45.

[2]李士倫等.天然氣工程[M].北京：石油工業(yè)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(shù)研究[D]，2011.

[6]饒孟余等.煤層氣井排采技術(shù)分析[J].中國(guó)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，F(xiàn)u 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