煤层气排采过程中的技术管理策略

煤层气排采过程中的技术管理策略

摘要:煤层气是一种不可再生资源,是国家重要的能源战略资源,煤层气的开采开发对经济的可持续发展有重要意义。通过煤层气的开发,能够降低煤层中瓦斯气的浓度,提高煤田开采的安全性。加强煤层气排采过程中的技术管理,对于提高排采的效率和质量具有重要作用。

关键词:煤层气;排采;技术管理

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。

【参考文献】

[1]于洋,王俊丰,武奇,等.煤层气排采工艺技术研究和展望[J].中国科技博览,2015(25):21.

[2]叶建平,陆小霞.我国煤层气产业发展现状和技术进展[J].煤炭科学技术,2016,44(1):24-28.

[3]张林山.煤层气排采过程中井间干扰形成机制研究[J].能源技术与管理,2015(1):126-128.

[4]王飞.煤层气排采过程中煤粉控制研究[J].中国新技术新产品,2016(18):73-74.

[5]庞东林.大宁煤矿煤层气排采的增产技术措施[J].山西焦煤科技,2016,40(6):13-15.

[6]程宝富.煤层气排采主要影响因素分析与工艺评价[J].工程技术:全文版,2016(12):211.

[7]柳迎红,房茂军,廖夏.煤层气排采阶段划分及排采制度制定[J].洁净煤技术,2015(3):121-124.

作者:王艳峰 单位:山西蓝焰煤层气集团有限责任公司