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第 卷第 期煤 炭 科 学 技 术 年 月 . 移动扫码阅读 丁万贵朱森林亮等 基于气举的煤层气/ 致密砂岩气同井合采可行性研究 煤炭科学技术 . / . . / 基于气举的煤层气/ 致密砂岩气同井合采可行性研究 丁万贵朱 森林 亮綦耀光朱洪迎张 晧 .中联煤层气有限责任公司北京 .中国石油大学华东 机电工程学院山东 青岛 摘 要在我国鄂尔多斯盆地等地存在多个煤系气富集区具有煤层气与致密砂岩层垂向上叠置分布 的特点但多数煤系气井单采致密砂岩气或煤层气存在资源利用率低经济效益差而两气合层开采 可提升开发效益 针对上部高压致密砂岩气层下部低压煤层气的储层叠置关系提出了一种气举同 井合采的工艺管柱结构基于闭式气举管柱的改进利用上部高压致密砂岩气的能量将下部煤层气 储层的井液举升至地面实现煤层气储层降压、解吸、产气达到两气合采的目的 根据气举动态方 程分析煤储层不同产液量、储层深度条件下致密砂岩气的气量、压力等的关系得出了井口油压、套 管压力、气举深度、环空气量、油管直径等气举同井合采关键参数的选择依据 结合典型井例给出了 设计验证和应用的适应性条件气举同井合采管柱适用于上部煤层气与下部致密砂岩气合层开采为 气举同井合采提供一种有效、经济的排采管柱 关键词煤系气煤层气气举同井合采致密砂岩层 中图分类号 文献标志码 文章编号 . . . . . . . . . . . . . . 收稿日期责任编辑王晓珍 基金项目国家科技重大专项资助项目 作者简介丁万贵男北京人硕士研究生 .. 通讯作者朱 森男山东菏泽人硕士 . 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 丁万贵等.基于气举的煤层气/ 致密砂岩气同井合采可行性研究 年第 期 引 言 近年来我国煤层气、致密砂岩气、页岩气等煤 系气开采发展迅速提高了天然气产量在鄂尔多斯 盆地发现了丰富的资源储量但部分煤系气储层存 在开采某种单一资源难度大、经济效益低的问 题目前合采设计思路主要针对煤系气层间干 扰以及各自相应的开采方式进行郭本广等通过 地质研究提出鄂尔多斯盆地煤系储层有埋深较深、 垂向上叠置分布的特点具有综合开发的地质条件 梁冰等通过煤系地层特性、成藏机理以及开采方 式等分析了煤系气合采的可能性认为煤系气合采 技术是提高单井产量和经济效益的有效措施孟尚 志等基于现场试验井提出通过排液控压避免层 间干扰表明同井合采的可行性张芬娜等提出 同井双管柱结构对上部煤层下部致密砂岩层的叠置 关系进行分压合采的技术具有一定的适用性 在 鄂尔多斯盆地东缘区块不同的煤系储层叠置关系 中上部高压致密砂岩层与下部煤层具有较高的合 采价值但目前尚在数值模拟阶段未有适用的分压 合采技术满足这一要求 而常规油气合采设备 由于占用井下空间大开发效益低不适用于煤系气 的合采 笔者在分析临兴地区致密砂岩气、煤 层气叠置条件的基础上提出了一种基于气举技术 的合采管柱其优点在于通过设计的变径油管短节 将气举和速度管技术结合以气携液的方式利用上 部高压致密砂岩气能量举升下部煤层井液实现煤 层气与致密砂岩气的协同合采并着重对合采管柱 进行可行性分析结合生产实例分析了合采所需携 液气量以及适用性范围对于提升煤系气的开发效 益有一定的帮助 基于气举的同井合采关键问题 煤层气与致密砂岩气分压合采两储层物性、压 力等有较大差异各自开采方式不同且煤系气井生 产套管直径为 . 井下空间有限管柱结构 不宜过于复杂 相比于传统的气举技术一般 使用压缩机或邻井气注入的方式通常应用于常规 油气井气量稳定且压力较高 钟子尧等 利用在生产油管内下入小油管通过小油管内注气 由小油管与生产油管环空携液排出实现煤层气的 排采 基于上部致密砂岩层与下部煤层的气举同井 合采技术设计了油管变径短节利用上部致密砂岩 气的能量对下部煤储层排水降压在气举过程中需 协调致密砂岩气的产气量与携液量的关系分析气 举生产因素对气携液的影响判断煤层气是否能实 现解吸并通过油管产出等综上所述确定气举所需 致密砂岩气层的产气量与携液量的关系模板、煤层 气储层的压力是否满足煤层气解吸排出的条件是气 举同井合采技术的关键 基于气举的同井合采的结构及工艺 根据研究区块煤系地层特点和合采的关键问 题提出如图 所示的气举同井合采管柱基于闭式 气举管柱该管柱采用“油管封隔器固定阀 气举阀”的结构采用封隔器防止高压致密砂岩气 对煤层气储层造成伤害单向阀防止油管内煤层井 液回流 采用可投捞式气举阀偏心工作筒的气举 设备便于气举阀的安装与更换 为了适应致密砂 岩气层产气量较少的特点选用小油管提高气体流 速为保证气举阀的安装空间变径油管短节将油管 与偏心工作筒连接实现了气举技术与速度管技术 的有效结合其结构如图 所示 图 气举同井合采管柱 . 该管柱的工艺过程为在合采生产初期利用 致密砂岩气对煤层进行气举排水降压作业关闭 油套环空致密砂岩气通过气举阀进入油管降低 油管内流体密度 气举阀逐级开启、关闭在末级 气举阀稳定进气时致密砂岩层积液和煤层气储 层的井液均通过油管内气液混合物排出地面 待 排水作业至一定阶段煤层气储层的井底流压下 降到低于储层的解吸压力时进入煤层产气阶段 这时适当调节油套环空的产气量使得部分致密 砂岩气从油套环空产出煤层气储层的气、液由油 管产出实现了两气分压合采其工艺流程如图 所示 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 图 气举同井合采的工艺流程 . 基于气举的同井合采可行性分析 为了实现两气分压合采需要满足进入油管的 致密砂岩气与煤层井液需要满足气携液匹配关系 煤层井底压力应低于煤层气解吸压力方可使煤层气 解吸并从油管排出其适应性分析流程如图 所示 图 气举同井合采适应分析流程 . . 气举携液条件分析 气举携液计算方法是由克雷洛夫提出主要用 于油井气举生产中结合气举同井合采管柱直径、气举 深度及注气量给出油井在最优工况下设定的产液量 得出在总注入气最优值下气液混合物的气液比 . 式中 为工作气举阀距离地面的高度为油管 液柱高度为煤层井液密度/ 为油管 内径为气举阀油套环空处的压力 为井口油压 煤层前期主要为单相水产出因此可设原始储 层气量为零则对于注入气与储层产液量气液比 式中为原始储层气液比 为注入气流量 / 为储层产液量/ 在煤层气与致密砂岩气同井气举合采中煤层 前期主要是排水降压作业由于煤储层压力系数一 般小于 井口油压、固定阀过阀压差与油管内液柱 压力之和等于煤层井底压力液面稳定在距井口一 定高度 计算公式为 式中 为井口距离煤层中部的距离 为压力系 数一般取 . . 为过固定阀压差 为煤层厚度 为重力加速度/ 为保证煤层井液连续稳定排出在套管压力、井 口油压、油管直径、气举深度等不同生产因素下分析 致密砂岩气气量与携液量关系得出生产因素对致 密砂岩气举升煤层井液关系的影响趋势 由于前期 煤层未有气体解吸忽略地层气液比的影响通过试 气数据拟合曲线得出适用于研究区块致密砂岩气气 量与携液量的气举关系如下式 . . . 式中为气举所需致密砂岩气气量/ 为致 密砂岩层积液/ 根据煤层井液产出量以致密砂岩气气量为变 量求得气举特性曲线改变井口油压、管柱直径以 及套管压力等参数可以得到不同状态下气举所需 气量与携液量的关系 . 煤层气解吸条件分析 油管内煤层井液通过气携液排出井底压力不 断降低煤储层达到煤层气解吸压力后进入产气阶 段需满足煤层井底压力低于煤层气解吸压力根据 气举同井合采管柱结构煤储层井底压力主要由井 口油压与油管内流体压力决定通过节点分析法以 煤层井底为解节点得出煤层气解吸条件计算公式 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 丁万贵等.基于气举的煤层气/ 致密砂岩气同井合采可行性研究 年第 期 式中为煤层井底压力为煤层井底压力 为工作气举阀至井口段气液混合物的压力 为工作气举阀至固定阀段纯液柱的压力 为煤层气解吸压力 致密砂岩气经气举阀与煤层井液混合在油管 内形成气液两相流由于混合气液比很大选取拟单 相雾流模型采用 迭代计算工作 气举阀至井口段气液两相流压力计算公式 / . 式中 为煤层井液与致密砂岩气 混 合 密 度 / 为两相摩阻系数为地面条件下每产生 液体致密砂岩气与煤层井液的总质量/ 为气液混合速度/ 为降低煤层井底压力应减小油管内流体压力 梯度工作气举阀应靠近煤层缩短煤层井液纯液柱 高度使煤层井底压力降至最低 数值模拟及实例计算 根据煤储层产液量及试气数据利用 进行数值模拟对井口油压、油管直径及套管压力等 影响因素分别进行气举动态适应性分析 以鄂尔多斯盆地临兴地区某合采井 井试气 数据资料为基础气举同井合采管柱为直径 . 油管井口温度为 地温系数为 . / 地层压力系数为 .工作气举阀深度取 煤层深度为 煤储层产液量为 / 致 密砂岩层深度为 产气量可达 / 致密砂岩层积液为 . / 致密砂岩层稳产压力 为 煤层气解吸压力为 . 环空气柱压 力根据 模型迭代计算 选用油管直径分别为 .、. 的尺寸型 号分析气举同井合采管柱尺寸对气举动态响应的 适应性 在同等气举气量条件下选用较小直径的油管 可以携带更多的煤层井液图 说明大直径油管 图 不同管径下注气量与携液量的关系 . 内举升气液混合物的能量损失较大当致密砂岩层 产气量较低或煤储层压力较低时可选用小直径 油管 选取不同的井口压力其余参数不变得到不同 井口压力下致密砂岩气气量与携液量的关系曲线如 图 所示 图 不同井口压力下注气量与携液量的关系 . 由图 可以看出在致密砂岩气气量相同的条 件下气举携液量越小井口压力越大煤储层排采 初期可以适当增加井口压力减小油嘴孔径避免煤 层排液速度过快排采后期可以减小井口压力弥补 致密砂岩层产能衰减带来的注入气量与压力的不 足保证煤层井液连续排采 同样改变套管压力其余条件不变得出如图 的关系曲线在气举气量相同的条件下携液量越 大套管压力要求越高而在合采前期煤层井液产 出较多致密砂岩层地层能量充足生产压力较大 适应于举升较多的煤层井液合采后期煤储层产液 量变小致密砂岩层能量衰减套管压力变小通过 更换气举阀适用于举升较少的煤层井液适当控制 致密砂岩层能量衰减可提高气举的效率 图 不同套管压力下注气量与携液量的关系 . 随着气举深度的增加油管内气液混合物需克 服更多的摩阻及自身重力气举所需致密砂岩气气 量越大如图 所示在携液量分别为 、 / 条件下后者所需气量比前者明显变大且随着气举 深度增加所需致密砂岩气气量增幅越大因此合 采气举深度不宜超过 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 图 不同液量下气举深度与致密砂岩气气量关系 . 由于目前仅有研究区块合采井煤层与致密层的 基本试气参数仍以合采井 井数据为依据工作 气举阀至煤层距离 其液柱压力为 通 过固定阀压差取 . 致密砂岩层深度为 油管内产液量为 . / 则根据数值模拟分析 得出气举所需气量为 / 满足产出液量下 的所需致密砂岩气气量的条件 井口油压选用 .、. 进行分析油管内气液两相流压力根据 式迭代计算 井煤层气解吸压力为 . 可以得到在不同井口油压、煤层井底压力见表 由 式得出下部煤层井筒压力可降至 煤层 气解吸压力为 . 满足煤层气解吸的条件 因此此井可以应用气举合采管柱进行两气合采 表 井各项压力 井口油压/ 携液率 两相流压 力/ 过阀压 差/ 液柱压 力/ 煤层井底 压力/ ... ... . . . 结 论 提出了一种适用于上部为高压高产致密砂 岩层与下部为低产水煤层的叠置储层的合采管柱 该管柱将气举与速度管技术结合根据气携液原理 利用上部致密砂岩气对下部煤层排水降压协同开 采两储层满足煤层井液量低的气举携液实现两层 合采 根据气举动态方程对套管压力、环空气量、 井口油压、油管直径、气举深度等关键因素进行适应 性分析得出携液量所需气举气量的确定关系以及 煤层气由油管产出的条件并通过气量实时调节生 产制度建立了根据储层参数制定合理的排采工艺 参考文献 秦 勇.中国煤系气共生成藏作用研究进展.天然气工业 . . . . 秦 勇申 建 沈玉林.叠置含气系统共采兼容性煤系“三 气”及深部煤层气开采中的共性地质问题.煤炭学报 . . . . 姚海鹏 李 玲 周晓刚. 鄂尔多斯盆地上古生界煤系非常规 天然气赋存特征. 煤炭科学技术 . . . 郭本广许 浩孟尚志等.临兴地区非常规天然气合探共采 地质条件分析.洁净煤技术. . . . 梁 冰石迎爽孙维吉等.中国煤系“三气”成藏特征及共采 可能性.煤炭学报. . “ ” . . 孟尚志李 勇王建中等.煤系“三气”单井筒合采可行性分 析基于现场试验井的讨论.煤炭学报 . . “ ” . . 张芬娜张 晧綦耀光等.基于煤系气双管柱分压合采技术 的适用性分析.煤炭学报. . . . 王 蕊 石军太 王天驹 等. 煤层气与致密砂岩气合采敏感 性因素的数值模拟. 断块油气田 . . . . 李 勇孟尚志吴鹏等.煤系气合采产出数值模拟研究 .煤炭学报. . . 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 丁万贵等.基于气举的煤层气/ 致密砂岩气同井合采可行性研究 年第 期 . 张 晧綦耀光张芬娜等.基于不同压力体系下煤系气合采 工艺的适用性研究.煤炭科学技术 . . . . 易同生 周效志 金 军.黔西松河井田龙潭煤系煤层气致 密砂岩气成藏特征及共探共采技术.煤炭学报 . . . . 张芬娜 张 晧 綦耀光 等.共采技术现状与在煤系气共采 中的适应性分析.煤炭学报 . . . . 卢 涛刘艳侠武力超等.鄂尔多斯盆地苏里格气田致密砂 岩气藏稳产难点与对策.天然气工业 . . . . 孟艳军 汤达祯 许浩 等.煤层气开发中的层间矛盾问 题以柳林地区为例.煤田地质与勘探 . . . . 申 建 张春杰 秦勇 等. 鄂尔多斯盆地临兴地区煤系 砂岩气与煤层气共采影响因素和参数门限. 天然气地球 科学 . . . . 贾友亮田 伟陈德见等.天然气压缩机气举工艺在苏里格 气田的应用.石油化工应用. . . . 蔡海强张永斌张占峰等.气举排水采气工艺在涩北气田的 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