煤层气排采过程中的技术管理策略探讨

王艳峰

（山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西 晋城 048204）

煤层是一种双重空隙结构的储层，具有割理空隙和基质空隙，我国的煤层气资源有巨大的潜力，但是受地质条件等的影响，开采工作进展比较缓慢。我国大部分聚煤盆地的煤层构造比较复杂，是受多时期构造运动影响形成的，成煤的时代比较高，渗透率普遍比较低，煤储层的非均质性比较强，煤储层对地层压力的敏感度比较高，因此煤层气的开发是一个排水降压的连续过程。排采是煤层气开发中的一个重要环节，主要是利用油管抽水，利用套管产气，在排采中需要加强技术管理，建立合理的工作制度，才能实现高产稳产，提高开采产量。

1 煤层气排采机理

煤层气的主要成分是甲烷，煤层气的储集空间和运移空间是煤储层。在煤储层中，煤层气的存在形态有三种：溶解态、吸附态和游离态。溶解态和游离态主要存在于煤储层的裂缝中。溶解态煤层气是能够溶解在水中的甲烷气体，并且溶解度和压力有密切的关系，压力降低，溶解度随之下降。游离态煤层气能够在煤储层中自由流动。煤层气存在的主要形式，是吸附态煤层气，吸附态主要存在于煤储层的微小孔隙中。煤的结构、煤的质量、压力、温度等，都会影响煤层的吸附量[1-2]。煤层的吸附能力也和储层的压力有密切关系，压力升高，吸附能力随之增加。储层温度和吸附能力有负相关的关系，温度增加，煤层吸附能力降低。煤层中的水分和煤层气吸附能力也是负相关，水分增加，吸附能力下降。在储层中，压力下降，煤层气的吸附能力下降，通过储层中地层水的排出，使储层的压力下降，从而降低吸附能力，实现排水采气，生产煤层气。排水采气的过程分成三个阶段：第一阶段为单相流阶段，在井筒水向地面排出的过程中，形成压力差，通过这种作用，排出地层水，在压力降到临界解析压力前，只有地层水在储层中流动；第二阶段为非饱和单向流动阶段，在储层压力不断降低的情况下，直到临界解析压力，储层中会将煤层气析出，煤层气在水中产生并不连续的气泡，此时仍是水相流动；第三阶段为两相流动阶段，在压力持续降低的情况下，气泡开始连续，形成连续流，储层中出现气水两相流动。

排采有单井排采和井群排采，储层的类型多样，针对不同的储层，单井排采分为多种，在排采过程中，形成稳定的压降漏斗，以及压降漏斗不断扩展。在压力不断下降时，对于存在张性断层的煤储层，压降漏斗会不断扩大，直到断层，张性断层和地下水连通，补给地层水给储层。当补给的地层水量和排采量一致时，压力不再降低，也不会析出煤层气。如果煤层中的底板或者顶板存在水层，当压力下降后，通过底板或者顶板，地层水会向储层补给，直到和排采量一致，不再析出煤层气。如果煤层中存在逆断层，压力下降，压降漏斗不断扩张，直到断层，没有地层水补给，不再解析煤层气，井筒压力和储层的压力相等，不再解析煤层气[3]。在煤层气开采过程中，通常使用多口井开采，更加复杂。井群排采中，压降漏斗会出现干扰叠加的问题。多井压降叠加，就会加快煤层的解析速度，并且在隔水的作用下，加大了压力降落的速度，以及煤层气解析的速度，能够增加产气量。

2 排采过程需注意的问题

煤层气产气的重要环节是钻井、压裂和排采，排采关系着钻井和压裂的效果。在排采过程中，存在着工作制度不合理的问题，有的过快，有的过慢。煤气层排采过快，会出现严重的吐粉、吐砂问题，导致煤层激励，堵塞渗流通道，有可能使井完全报废。排采过快，井筒附近快速降压，很快解吸出煤层气，但同时会快速降低渗透率，不能充分扩展煤层气井压降漏斗，地层中后期也可能会出现压力恢复的状况，只有距离井筒较近的小范围，可以解吸煤层气[4]。如果井的含水量较大，渗透率比较高，排采过于缓慢，就无法在合理的时间降低液面，无法达到临界解吸压力，采气成本过高，很可能放弃原本产量不错的井。快速排采条件下，很短的时间内，产量能够到达一个较高的值，但是气源有限，有效泄压的范围小，无法长久实现高产。不合理的开采就会造成煤层气不能持续的问题，需要建立合理的制度控制排采。

在排采过程中，要注意煤层气井间井结构，先套管，再加入排采泵，实现水气的初步分离，降低液体的上返压力。井斜坡度对排采有一定的影响，坡度大，会损坏油管和抽油杆，使液体外露，由于设备的磨损，增加电阻，影响抽油机的正常工作[5]。大部分排采都经过压裂改造，容易出现防砂问题，而且排采强度越高，越容易出现泵被砂卡的问题，需要选择筛管比较宽的双层砂滤管。在排采过程中，管式泵容易受气体影响，严重的会产生气锁，无法排出液体，因此要注意防止气体进入。虽然电潜泵的成本高，但是比较适用于产水量高、斜度大的环境，在其他方法有问题时，为防止不必要的浪费，可以使用电潜泵。

3 排采技术管理

3.1 合理选择排采工艺

根据排采的具体情况，选择合理的工艺技术，在排采中，国内外常见的人工举升方法有多种工艺技术。优选管柱自喷排水采气法适用于开采初期，但是如果井底的压力比机械举升的井底流压要高，不能使用这种工艺。采用人为的方式，使液体在井筒中的压力梯度下降，促使井液能够自喷到井口，是泡沫排水采气法，这种方法下井底流压不理想，而且需要向井底加入起泡剂，会增加一定的成本。水力喷射泵排采法需要利用高压大排量泵，向井内注入清水循环，产生抽汲作用，将混入清水的地层流体带到地面[6]。这种方式能够帮助气井恢复产能，具有推广价值。气举排采法适合大排量井作业，一次性投资比较大，风险也比较大。电潜泵排采法适合大排量井，但是排量控制不灵活，维修费用比较高，在生产过程中，电潜泵的应用会受到限制，电潜泵的耐腐蚀性不高，耐温性也比较差，检泵费用高，作业繁琐。有杆泵排水采气法维修费用相对比较低，但是需要考虑气体的影响，排量不能过高。国内常用的方式是有杆泵排采法，在排采中需要考虑降低流压、气体影响因素以及煤层的供液能力。

3.2 加强地面采集设备管理

设备是排采的基础，关系着排采技术的顺利实施，在排采中，要加强设备的管理，保证排采的安全和顺利。煤层气井的采气条件是井底压力较低，在人工举升排水完成后，还需要其他的地面设备的配合，比如机器增压设施，气水分离设备等。低压采集系统包括水蒸气分离器、压力控制器、脱水分离器、涡轮流量计、泄压安全阀等。随着科学技术的发展，煤层气自动化开采发展迅速，出现了多种生产自动化系统，能够有力地节省人力、物力、财力等，改善井的质量和管理条件。在排采过程中，要严格按照机器设备的要求，规范操作，并对设备进行定期检修，保证作业质量。

3.3 完善排采制度

煤层气排采过程中，可能会出现各种问题，比如煤粉，影响开采的效率和质量，堵塞通道。要避免煤粉，需要制定完善的排采制度。煤层气的开采和天然气不同，煤层气需要降压、渗流、排采、解析等许多过程，最重要的是排采。要完善排采制度，根据地区的情况，以定量化和稳定性为原则，保证排采工作的顺利进行[7]。在排采前，要对目标区域的煤层情况进行模拟，通过实验获取可靠的数据，进行科学的分析，确定排采强度的模型，以及渗流的参数，制定科学的排采管理制度。相关人员要做好数据的记录，分析数据，寻求合理的措施，提高排采的质量和效率。充分利用科学的参数模型，进行排采活动。

3.4 优化压裂工艺

在排采过程中，通常需要压裂操作，过去的压裂工艺存在一定的问题，会形成低污染的高效渗流通道，影响排采质量。要积极改进传统技术，优化压裂工艺，减少对裂缝的污染，增加泄流的面积。完善不同阶段的工艺，顶替液、携砂液、前置液、前置段塞等，提高开采的效果。在煤层压裂过程中，会产生大量煤粉，煤粉会转移，在裂缝通道中集聚，影响煤储层压降的形成和采收率。要合理利用解堵技术，解堵技术有振动解堵和化学解堵。振动解堵是利用振动场的能量，增加煤体的内能，降低煤岩应力，使煤粉颗粒松动，在液体的作用下带走，这种方式可以破坏煤粉的板结状态，满足排采对裂缝宽度的需求。化学解堵要使用化学剂，在地层的裂缝中产生泡沫，从而出现压力差，在压力的作用下，将堵塞的部位撑开，满足排采的需求。

4 结束语

在煤层气排采过程中，要加强技术管理，根据地区的地貌、气候等条件，选择合适的设备和排采方法，制定合理的工作制度，提高排采的工作效率。要适当控制排采的速度，调整组合方式，根据实际情况，开发排采软件，实现排采的自动化，优化工艺和技术，提高排采的质量。