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762018 年第 1 期 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） 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 中图分类号 TE37 文献标识码 A doi10.3969/j.issn.1005-2801.2018.01.032 On the Technical Management Strategy of Coalbed Methane Extraction Process Wang Yan-feng Shanxi Blue Flame of Coalbed Methane Group Co., LTD., Shanxi Jincheng 048204 Abstract Coalbed methane is an unrenewable resource, which is an important energy strategic resource of the country, and the exploitation and development of coalbed methane is of great significance to the sustainable development of the economy.The development of coalbed methane can reduce the gas concentration in the coal seam, so as to improve the safety of coal mining.It is important to strengthen the technical management in the process of coal seam gas drainage and to improve the efficiency and quality of the production. Key words coalbed methane extraction technical management 收稿日期 2017-07-24 作者简介 王艳峰（1988-），男，汉族，山西高平市人，本科学历， 从事煤层气排采技术管理工作。 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 772018 年第 1 期 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 782018 年第 1 期 下筛管技术在宏远煤矿的应用，证明了宏远煤 矿通过钻杆内下筛管能够解决瓦斯抽放筛管从钻孔 内下至钻孔底部， 实现了 “打多深、 管多深、 抽多深” ， 下筛管的深度可以达到设计孔深的 86 以上，防止 了松软煤层塌孔现象，保持了预抽瓦斯通道的畅通， 提高了下筛管的成功率。 4.2 提高钻孔瓦斯抽采浓度，缩短预抽达标时间 通过对比可知，下筛管技术解决了松软透气性 低的煤层抽采浓度低及衰减速度较快的问题，有效 地保证了煤层的抽采效果和安全生产。 【参考文献】 ［1］ 刘金龙 . 铁法矿区大兴矿瓦斯抽放技术研究 [D]. 阜新 辽宁工程技术大学 ,2005. ［2］ 陈先容 . 提高矿井瓦斯抽放效率的途径 [M]. 北京 煤炭工业出版社 ,2005. ［3］ 张铁岗 . 矿井瓦斯综合治理技术 [M]. 北京 煤炭 工业出版社 ,2001. ［4］ 俞启香 . 矿井瓦斯防治 [M]. 徐州 中国矿业大学 出版社 ,1992. （上接第 75 页） 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 , 20152521. ［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 ,2016,44124-28. ［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 ,20151126-128. ［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 ,20161873-74. ［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 ,2016,40613-15. ［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 ,201612211. ［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 ,20153121-124.