煤層氣井的生產管理

摘 要：文章主要結合西區40口井排采經驗和教訓參照國內外煤層氣井排采的成功經驗，對煤層氣井的生產管理進行總結。

關鍵詞：煤層氣；排采技術；生產管理

中圖分類號：TE375 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）30-0141-02

煤層氣是一種儲存于煤層及其鄰近巖層中的自生自儲式為主的非常規天然氣，熱值與天然氣相當，因此，煤層氣是一種熱值高、污染少、安全性好的潔凈能源，是上好的民用、商用、發電燃料和化工原料。煤層氣的儲集性能及力學特征與常規天然氣的儲層有明顯的區別，煤層氣在煤層中的儲集主要是以吸附狀態存在于煤層表面的，從而造成開發煤層氣的鉆井、完井、排采等技術有著一系列的特殊性，特別是煤層氣井的排采與油氣的排采有著本質的區別。所以排采設備與地面流程設施有著與油氣井的不同之處。

1 煤層氣井排采

煤層氣主要是吸附在煤層表面的，少部分游離在煤層中的裂隙中。在排水降壓階段煤層氣通過微孔隙擴散到裂隙中，煤層流體的運移規律決定了煤層氣的產出特點，煤層氣井產出的煤層氣和水量的變化可分為三個階段，即：排水降壓階段、穩定生產階段、氣產量下降階段。

煤層氣的產出機理決定了煤層氣排采時必須進行排水工作，這不僅降低了儲層壓力，同時也降低儲層含水飽和度，使儲層裂隙更好的溝通，形成煤層氣產出通道，從而增強解吸氣體通過煤層裂隙向井桶內運移的能力，最終達到提高產氣量的目的。目前，西區40口井已連續排采8 a，仍處于穩定產氣階段，平均單井日產氣量達到2 200 m3。

1.1 煤層氣井排采設備

常規的煤層氣單井地面排采設備包括了供電系統、游梁式抽油機（抽油機型號和電機功率視井深而定）、電力控制柜、井口裝置、氣水分離器、煤層氣管輸設備、污水處理系統。

煤層氣排采井所采用的井下設備包括：絲堵、篩管、尾管、沖程為3.0 m的Φ38或Φ44 mm的防砂防卡活塞式抽油泵、2.5寸油管，以上各部件按從下至上的順序依次連接下入煤層氣井內，最后將油管連接到油管懸掛器上并懸掛在井口大四通上。再依次下活塞、抽油桿組合、光桿等設備，安裝井口，按泵掛深度調整防沖距，將光桿通過方卡子懸掛在抽油機懸繩器上。

煤層氣井排采的整套設備在國內主要采用的是在游梁式抽油機的往復運轉下，通過抽油桿帶動井底活塞在泵筒內上下抽吸，而其中的游動凡爾和固定反爾的分別開合，控制液體只能向井筒上方運動，從油管抽出的水通過水管線進入污水處理系統。

1.2 煤層氣井的排采管理

1.2.1 排水降壓階段

排采的第一階段——排水降壓階段。煤層氣井在排采前都采用活性水壓裂，大量的活性水和支撐劑被注入煤層，所以排采應從壓裂后的放噴開始管理。壓裂后要等地層自然放壓后如壓力未降至零，在井口壓力小于1 Mpa時則打開排水法門緩慢放壓排水。為防止煤層大量吐砂和大量出煤粉造成煤層裂隙閉合或堵塞煤層裂隙，排液量要控制在2～4 m3/h。待井口壓力降為零后，溢流量不大的情況下，可根據水文地質條件和不同泵型在供液充足時24 h的排量選好泵型，下入已選好的泵并安裝好井下和地面排采設備，并安裝好地面流程。沖程為3.0 m的不同泵徑排采泵的理論排量見表1。

排采初期，泵掛位置調至煤層上35～40 m，下帶尾管兩根、篩管1根，篩管位于煤層上10 m左右。排采時關閉井口閥門，抽油機沖次調至4次左右帶動活塞式抽油泵工作。由于排采初期煤層中含有大量壓裂液和地層水，所以前期出水量較大。排采時要嚴格控制井筒環空內液面的下降速度，避免煤層吐砂和煤粉，堵塞煤層氣產出通道。此時泵掛位置的選擇原因：

①為了合理控制煤層水產出速度，避免沙粒和煤粉大量產出造成卡泵。

②為了控制井筒環空內液面高度，以控制煤層壓降幅度，避免破壞煤層的原始狀態，不使煤層的割理系統受到損害。這一階段要使時間長一些，以保證壓裂后形成一個穩定的高導流能力的裂縫。在這一階段，隨著水的大量排出，首先有部分游離氣和溶解氣產出。隨著井內液面的進一步下降，當下降到解吸壓力時，吸附氣開始解吸。此階段后期，井筒周圍煤層裂隙大部被導通，形成了煤層氣產出通道。這時煤層氣有可能突然大量產出，套壓增加，此時要嚴格控制套壓，避免套壓急劇變化，減小液面下降速度，以避免因為壓力急劇變化造成煤層的損傷。

1.2.2 合理控制井底流壓，煤層氣穩產階段

排采的第二階段——合理控制井底流壓，煤層氣穩產階段。在排采初期，由于液面降低，有效應力增加，導致割理間隙減小，孔隙度降低，滲透率減小。當吸附氣開始解吸后，煤層割理收縮，孔滲性增加，繼續降低流壓有利于彌補應力作用造成的割理閉合。這一階段開始調整泵掛位置，使泵的吸水口位于煤層下方。進一步控制井底流壓，使井底流壓保持穩定，以利于煤層中使遠離井筒的裂隙溝通，逐步擴大壓降范圍，使煤層氣井控制范圍擴大。此階段開始大量產氣。此時要嚴格控制套壓，使套壓和產氣量相對穩定，產氣量成緩慢上升趨勢。

1.2.3 產氣量下降階段

排采的第三階段——產氣量下降階段。隨著煤層中氣含量的減少，排水量的減少，煤層氣的產出量不斷下降。要延長煤層氣井衰減的時間，就要加強日常管理。排采時間要足夠長，要考慮到煤層的產水量、地層壓力與臨界解吸壓力、煤層氣解吸時間、排采設備的影響因素，對產水量大的井和供液能力強的井，尤其要考慮到地層補水因素，需要一個很長的排采周期。在長期的排采過程中要盡量避免洗井，一旦需要檢泵，在砂面過高時可考慮撈砂，并盡量縮短作業時間，可縮短恢復產氣的時間。檢泵后，排采降液不可過急，要緩慢降低液面。

1.2.4 穩定排采

煤層氣排采的三個階段是一個穩定而連續的過程，如果在排采階段出現煤層氣井套壓突然變化、排采設備出現故障造成液面反復變化，會造成煤層破碎，煤層裂隙被破壞和堵塞，嚴重影響煤層氣的產量。為保證煤層氣設備的連續正常的運行，需要對排采設備、供電線路定期檢查和維護，并對排采井進行診斷。常見的液井診斷技術包括：

①液體化驗：分析原液組分（氯根）、含水、含砂、含氣等情況；可以分析出煤層氣井補水來源等情況。

②測靜液面：了解地層靜壓變化以及整個煤層氣井群所在區域壓降情況，分析壓降漏斗是否形成。

③測動液面：了解在抽油機正常抽吸時，地層的供液情況；在排采過程中，動液面的變化在一定程度上是煤層井底流壓變化的一個定性體現。可及時發現因煤層中補給水的變化造成的液面波動，相應調整排采強度。

④測示功圖：當抽油機正常抽吸時，測抽油機在上下沖程過程中的光桿負荷，來分析地層出砂、出煤粉、儲集層供液及抽油泵工作情況。當出液管線堵塞井口時，最顯著的現象是回壓上升，抽油機上行負荷增大，電機上行電流增大。當排采井出砂、煤粉等顆粒時，在取液樣中有砂粒，抽油機負荷增大。電機聲音不正常，手摸光桿有震動感覺，視功圖有鋸齒狀，嚴重出砂可造成排采泵砂卡。

根據對煤層氣井的診斷分析，采取對應的措施（如碰泵、檢泵等）保證煤層氣井排采的穩定。一旦需要檢泵，在砂面不埋煤層的情況下最好不要洗井，如必須洗井，最好用煤層產出的水，這樣可防止煤層污染。另外，盡量縮短檢泵作業時間，可縮短恢復產氣的時間。檢泵后，排采降液仍需一個緩慢的過程，切不可降液幅度太大，急于產氣。

2 結 語

煤層氣排采井生產管理是一項長期的工作，要保證排采的連續性和穩定性。排采過程中需注意以下幾點：

①井下參數和排采井的套壓、產水產氣量以及現場設備的運轉和維護都是現場管理人員要充分掌握的內容。現場管理人員要對煤層氣井的各項參數進行分析，及時對煤層氣井排采制度進行調整。

②在排采過程中，煤層氣井吐砂和煤粉是不可避免的，在煤層氣井排采過程當中，隨著煤層水和煤層氣的產出，煤層中的煤粉會隨之向井筒運移，如果不能順利排出，會造成井筒附近煤層氣產出通道的堵塞，造成煤層氣產量的下降，所以在煤層氣井生產管理中，合理控制煤層氣井的產水量和煤層中壓裂砂、煤粉的產出量是至關重要的。

③每口煤層氣井都是不同的，排采方式和排采設備需結合區域地質特征和煤層氣井在前期施工建設中的情況以及排采過程中的不同表現進行合理的選擇，使之適應不同的煤層氣井的特征。

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