煤層氣開(kāi)采工藝技術(shù)

摘要 系統(tǒng)的對(duì)煤層氣開(kāi)采工藝技術(shù)進(jìn)行了綜述。介紹了煤層氣開(kāi)采工藝技術(shù)和提高煤層氣采收率工藝技術(shù)等，著重對(duì)煤層氣井開(kāi)采工藝技術(shù)、ECBM技術(shù)、進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。最后給出了幾點(diǎn)結(jié)論性總結(jié)。

關(guān)鍵詞 煤層氣;開(kāi)采工藝;排水采氣;壓裂 ECBM技術(shù)

1 前言

煤層氣是煤層中所生成的以甲烷為主(甲烷含量一般為90％-99％)的天然氣，也是人們常叫的瓦斯氣。

我國(guó)煤層氣總資源量約為36．8x10 2m3。由于我國(guó)的天然氣缺口將長(zhǎng)期存在，據(jù)預(yù)測(cè)，到2015年天然氣產(chǎn)量加上天然氣的進(jìn)口量，與需求相比缺口達(dá)500x108m3，左右。煤層氣是補(bǔ)充這個(gè)缺口的重要非常規(guī)氣源。中國(guó)2008年煤層氣產(chǎn)量50x108m3，純煤層氣產(chǎn)量5xl0 8m3。目前，純煤層氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)能力約20x108m3，按\"十一五\"計(jì)劃，2010年煤層氣產(chǎn)量達(dá)到100x108m3，煤層氣利用量80xl0 8m3，2020年產(chǎn)量達(dá)到400xl0 8m3。2009年4月，中國(guó)政府又確定新的目標(biāo)，大力發(fā)展安全、環(huán)保的煤層氣作為煤的替代品。

2 煤層氣開(kāi)采工藝技術(shù)

當(dāng)前，在全世界的煤層氣工業(yè)界，已大量采用的成熟開(kāi)發(fā)方式是壓力衰竭法。即利用不同方法使煤層中的氣體壓力降低，隨著氣體壓力的降低，煤層氣由吸附態(tài)經(jīng)過(guò)解吸變?yōu)橛坞x態(tài)。游離態(tài)煤層氣通過(guò)各種裂隙(縫)流人煤層氣井，直至煤層中氣體壓力很低。壓力衰竭法包括地面垂直井、采動(dòng)區(qū)井(GOBWELL)、煤礦井下水平井等開(kāi)采方式。這3種方式在我國(guó)都不同程度地被采用。由于技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)已出現(xiàn)了注氣(N2、CO2)增產(chǎn)、羽狀水平井等先進(jìn)的煤層氣開(kāi)發(fā)方式，可以大大提高煤層氣的采收率；這些技術(shù)目前僅在美國(guó)、加拿大等少數(shù)國(guó)家的局部地區(qū)進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，尚未被大規(guī)模采用。基于這些情況，當(dāng)前我國(guó)煤層氣資源評(píng)價(jià)所依據(jù)的現(xiàn)今開(kāi)發(fā)技術(shù)是壓力衰竭法，以地面垂直井為主要開(kāi)采方式。

2.1 開(kāi)采機(jī)理。煤層氣的開(kāi)采機(jī)理與常規(guī)儲(chǔ)氣層有本質(zhì)不同。賦存于煤層中的天然氣有3種狀態(tài)，即游離狀態(tài)、吸附狀態(tài)和溶解狀態(tài)，實(shí)際上很少有或沒(méi)有游離氣。煤層中絕大部分裂縫空間被水飽和。即使有一些游離氣，其中大多數(shù)也吸附在煤的表面。

當(dāng)煤層壓力降至煤層氣解吸壓力臨界值時(shí)，煤中被吸附的CH 開(kāi)始與微孔隙表面分離，叫做解吸。由于割理中的壓力降低，解吸作用也可在煤層的割理一基質(zhì)界面上發(fā)生。解吸的氣體通過(guò)基巖和微孔隙擴(kuò)散進(jìn)入裂縫網(wǎng)絡(luò)中。再經(jīng)裂縫網(wǎng)絡(luò)流向井筒。

對(duì)應(yīng)煤層氣的開(kāi)采機(jī)理，煤層氣井生產(chǎn)也有3個(gè)生產(chǎn)階段。

第l階段為脫水降壓階段。主要產(chǎn)水，生產(chǎn)時(shí)間可能幾天或數(shù)月；

第2階段為穩(wěn)定生產(chǎn)階段。產(chǎn)氣量相對(duì)穩(wěn)定，產(chǎn)水量逐漸下降，一般為高峰產(chǎn)氣階段；

第3階段為氣產(chǎn)量下降階段。此階段隨著壓力下降，產(chǎn)氣量下降，并出少量水或微量水。

這3個(gè)階段是連續(xù)的過(guò)程。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)．由井眼沿徑向逐漸向周?chē)拿簩又型七M(jìn)，這是一遞進(jìn)過(guò)程。脫水降壓時(shí)間越長(zhǎng)，受影響的面積越大，CH4解吸和排放的面積也越來(lái)越大。煤層CH 產(chǎn)量常呈負(fù)的下降曲線(xiàn)，即\"產(chǎn)量逐年增加\"，通常3～5年達(dá)到最高產(chǎn)量，然后逐漸下降而持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，這一階段開(kāi)采期達(dá)到10多年至20年不等，甚至有的開(kāi)采30多年仍可生產(chǎn)。

2.2 煤層氣的開(kāi)采施工技術(shù)簡(jiǎn)述

2.2.1 洗井。洗井是在完井之后或在壓裂前進(jìn)行。目的是清洗完井后留在井筒的各種碎屑物。如煤粉、泥巖和頁(yè)巖等巖屑、殘留水泥等，以避免這些碎屑物對(duì)地層造成損害。

洗井方法包括清水洗井和高速氣流洗井。清水洗井分正洗與反洗。高速氣流洗通常用空氣或氮?dú)猓灿姓磁c反洗之分。

2.2.2 排水采氣工藝技術(shù)

煤層氣排水采氣要求：

(1)排液速度快，不怕井間干擾；

(2)降低井底流壓，排水設(shè)備的吸液口一般都要求下到煤層以下；

(3)要求有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。

目前開(kāi)采煤層氣排水的方法為有桿泵法、電潛泵法、螺桿泵法、氣舉法、水力噴射泵法、泡沫法、優(yōu)選管柱法等。

2.2.3 煤層氣開(kāi)發(fā)地面設(shè)備。煤層氣井一般是在較低的井底壓力條件下采氣。在完成人工舉升排水之后，還需要一整套地面設(shè)備，包括氣、水分離設(shè)備和集氣增壓設(shè)施等。

從井中采出的氣體到達(dá)地面之后，壓力一般不足1.5大氣壓，需要采取低壓采集、脫水、高壓輸送方式才能將氣體送到用戶(hù)。

低壓采集系統(tǒng)一般包括一個(gè)脫水分離器，一個(gè)壓力控制器，一個(gè)水蒸氣分離器，一個(gè)裝有標(biāo)準(zhǔn)壓力補(bǔ)償器的渦輪流量計(jì)，一個(gè)泄壓安全閥。該系統(tǒng)將低壓氣體輸送到中央增壓壓縮站，將壓力增至2.0-3.4MPa。被壓縮的氣體經(jīng)過(guò)脫水器后，氣體中的蒸汽含量降低，獲得的干燥氣體通過(guò)輸氣管線(xiàn)供給用戶(hù)。

2.2.4 排水采氣方法的優(yōu)化選擇。為了使煤層氣開(kāi)采獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件。預(yù)測(cè)產(chǎn)水量．然后優(yōu)化選擇排水采氣方法及其設(shè)備。選擇要求；

(1)氣井的產(chǎn)水量變化大，早期會(huì)產(chǎn)出大量的水，往后產(chǎn)水量相對(duì)減少．甚至很小。所選用的排水采氣方法應(yīng)兼顧前后期變化，適用范圍較大；

(2)必須滿(mǎn)足在最小井底壓力下采出最大水量的要求，以保證在盡可能短的時(shí)間里，將儲(chǔ)層壓力降到解吸壓力以下，使氣井盡早產(chǎn)氣；

(3)提高采收率，降低煤層氣生產(chǎn)成本。

3 結(jié)論及總結(jié)

(1)煤儲(chǔ)層和常規(guī)砂巖儲(chǔ)層有許多不同，這就決定了各自的開(kāi)采工藝也有許多不同之處：

(2)煤層氣井生產(chǎn)分3個(gè)階段，一是脫水降壓階段；二是穩(wěn)定生產(chǎn)階段；三是氣產(chǎn)量下降階段；

(3)煤層氣的開(kāi)采，約96％的都需要進(jìn)行壓裂等增產(chǎn)作業(yè)處理：目前推薦采用的壓裂液有活性水、線(xiàn)性膠及凍膠；支撐劑則最好先選用小粒徑支撐劑，而后再加入大粒徑支撐劑；

(4)煤層氣開(kāi)采將是未來(lái)能源的新增長(zhǎng)點(diǎn)，因此，應(yīng)積極開(kāi)展煤層氣開(kāi)發(fā)工藝技術(shù)的研究；

(5)壓裂是煤層氣開(kāi)發(fā)中的必要增產(chǎn)措施，根據(jù)其特殊要求，應(yīng)及早對(duì)煤層氣壓裂用液、添加劑和支撐劑進(jìn)行研究；

(6)加強(qiáng)施工后管理工作，確保效果不打折；

(7)繼續(xù)做好增注工藝的研究工作，儲(chǔ)備一些其它新工藝。確保增注后有效期較長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

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［2］ 張志全，張軍等．煤層氣井水力壓裂設(shè)計(jì)．江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23(2)：32-33