煤層氣排采過程中的技術管理策略探討

王艷峰

（山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西 晉城 048204）

煤層是一種雙重空隙結構的儲層，具有割理空隙和基質空隙，我國的煤層氣資源有巨大的潛力，但是受地質條件等的影響，開采工作進展比較緩慢。我國大部分聚煤盆地的煤層構造比較復雜，是受多時期構造運動影響形成的，成煤的時代比較高，滲透率普遍比較低，煤儲層的非均質性比較強，煤儲層對地層壓力的敏感度比較高，因此煤層氣的開發是一個排水降壓的連續過程。排采是煤層氣開發中的一個重要環節，主要是利用油管抽水，利用套管產氣，在排采中需要加強技術管理，建立合理的工作制度，才能實現高產穩產，提高開采產量。

1 煤層氣排采機理

煤層氣的主要成分是甲烷，煤層氣的儲集空間和運移空間是煤儲層。在煤儲層中，煤層氣的存在形態有三種：溶解態、吸附態和游離態。溶解態和游離態主要存在于煤儲層的裂縫中。溶解態煤層氣是能夠溶解在水中的甲烷氣體，并且溶解度和壓力有密切的關系，壓力降低，溶解度隨之下降。游離態煤層氣能夠在煤儲層中自由流動。煤層氣存在的主要形式，是吸附態煤層氣，吸附態主要存在于煤儲層的微小孔隙中。煤的結構、煤的質量、壓力、溫度等，都會影響煤層的吸附量[1-2]。煤層的吸附能力也和儲層的壓力有密切關系，壓力升高，吸附能力隨之增加。儲層溫度和吸附能力有負相關的關系，溫度增加，煤層吸附能力降低。煤層中的水分和煤層氣吸附能力也是負相關，水分增加，吸附能力下降。在儲層中，壓力下降，煤層氣的吸附能力下降，通過儲層中地層水的排出，使儲層的壓力下降，從而降低吸附能力，實現排水采氣，生產煤層氣。排水采氣的過程分成三個階段：第一階段為單相流階段，在井筒水向地面排出的過程中，形成壓力差，通過這種作用，排出地層水，在壓力降到臨界解析壓力前，只有地層水在儲層中流動；第二階段為非飽和單向流動階段，在儲層壓力不斷降低的情況下，直到臨界解析壓力，儲層中會將煤層氣析出，煤層氣在水中產生并不連續的氣泡，此時仍是水相流動；第三階段為兩相流動階段，在壓力持續降低的情況下，氣泡開始連續，形成連續流，儲層中出現氣水兩相流動。

排采有單井排采和井群排采，儲層的類型多樣，針對不同的儲層，單井排采分為多種，在排采過程中，形成穩定的壓降漏斗，以及壓降漏斗不斷擴展。在壓力不斷下降時，對于存在張性斷層的煤儲層，壓降漏斗會不斷擴大，直到斷層，張性斷層和地下水連通，補給地層水給儲層。當補給的地層水量和排采量一致時，壓力不再降低，也不會析出煤層氣。如果煤層中的底板或者頂板存在水層，當壓力下降后，通過底板或者頂板，地層水會向儲層補給，直到和排采量一致，不再析出煤層氣。如果煤層中存在逆斷層，壓力下降，壓降漏斗不斷擴張，直到斷層，沒有地層水補給，不再解析煤層氣，井筒壓力和儲層的壓力相等，不再解析煤層氣[3]。在煤層氣開采過程中，通常使用多口井開采，更加復雜。井群排采中，壓降漏斗會出現干擾疊加的問題。多井壓降疊加，就會加快煤層的解析速度，并且在隔水的作用下，加大了壓力降落的速度，以及煤層氣解析的速度，能夠增加產氣量。

2 排采過程需注意的問題

煤層氣產氣的重要環節是鉆井、壓裂和排采，排采關系著鉆井和壓裂的效果。在排采過程中，存在著工作制度不合理的問題，有的過快，有的過慢。煤氣層排采過快，會出現嚴重的吐粉、吐砂問題，導致煤層激勵，堵塞滲流通道，有可能使井完全報廢。排采過快，井筒附近快速降壓，很快解吸出煤層氣，但同時會快速降低滲透率，不能充分擴展煤層氣井壓降漏斗，地層中后期也可能會出現壓力恢復的狀況，只有距離井筒較近的小范圍，可以解吸煤層氣[4]。如果井的含水量較大，滲透率比較高，排采過于緩慢，就無法在合理的時間降低液面，無法達到臨界解吸壓力，采氣成本過高，很可能放棄原本產量不錯的井。快速排采條件下，很短的時間內，產量能夠到達一個較高的值，但是氣源有限，有效泄壓的范圍小，無法長久實現高產。不合理的開采就會造成煤層氣不能持續的問題，需要建立合理的制度控制排采。

在排采過程中，要注意煤層氣井間井結構，先套管，再加入排采泵，實現水氣的初步分離，降低液體的上返壓力。井斜坡度對排采有一定的影響，坡度大，會損壞油管和抽油桿，使液體外露，由于設備的磨損，增加電阻，影響抽油機的正常工作[5]。大部分排采都經過壓裂改造，容易出現防砂問題，而且排采強度越高，越容易出現泵被砂卡的問題，需要選擇篩管比較寬的雙層砂濾管。在排采過程中，管式泵容易受氣體影響，嚴重的會產生氣鎖，無法排出液體，因此要注意防止氣體進入。雖然電潛泵的成本高，但是比較適用于產水量高、斜度大的環境，在其他方法有問題時，為防止不必要的浪費，可以使用電潛泵。

3 排采技術管理

3.1 合理選擇排采工藝

根據排采的具體情況，選擇合理的工藝技術，在排采中，國內外常見的人工舉升方法有多種工藝技術。優選管柱自噴排水采氣法適用于開采初期，但是如果井底的壓力比機械舉升的井底流壓要高，不能使用這種工藝。采用人為的方式，使液體在井筒中的壓力梯度下降，促使井液能夠自噴到井口，是泡沫排水采氣法，這種方法下井底流壓不理想，而且需要向井底加入起泡劑，會增加一定的成本。水力噴射泵排采法需要利用高壓大排量泵，向井內注入清水循環，產生抽汲作用，將混入清水的地層流體帶到地面[6]。這種方式能夠幫助氣井恢復產能，具有推廣價值。氣舉排采法適合大排量井作業，一次性投資比較大，風險也比較大。電潛泵排采法適合大排量井，但是排量控制不靈活，維修費用比較高，在生產過程中，電潛泵的應用會受到限制，電潛泵的耐腐蝕性不高，耐溫性也比較差，檢泵費用高，作業繁瑣。有桿泵排水采氣法維修費用相對比較低，但是需要考慮氣體的影響，排量不能過高。國內常用的方式是有桿泵排采法，在排采中需要考慮降低流壓、氣體影響因素以及煤層的供液能力。

3.2 加強地面采集設備管理

設備是排采的基礎，關系著排采技術的順利實施，在排采中，要加強設備的管理，保證排采的安全和順利。煤層氣井的采氣條件是井底壓力較低，在人工舉升排水完成后，還需要其他的地面設備的配合，比如機器增壓設施，氣水分離設備等。低壓采集系統包括水蒸氣分離器、壓力控制器、脫水分離器、渦輪流量計、泄壓安全閥等。隨著科學技術的發展，煤層氣自動化開采發展迅速，出現了多種生產自動化系統，能夠有力地節省人力、物力、財力等，改善井的質量和管理條件。在排采過程中，要嚴格按照機器設備的要求，規范操作，并對設備進行定期檢修，保證作業質量。

3.3 完善排采制度

煤層氣排采過程中，可能會出現各種問題，比如煤粉，影響開采的效率和質量，堵塞通道。要避免煤粉，需要制定完善的排采制度。煤層氣的開采和天然氣不同，煤層氣需要降壓、滲流、排采、解析等許多過程，最重要的是排采。要完善排采制度，根據地區的情況，以定量化和穩定性為原則，保證排采工作的順利進行[7]。在排采前，要對目標區域的煤層情況進行模擬，通過實驗獲取可靠的數據，進行科學的分析，確定排采強度的模型，以及滲流的參數，制定科學的排采管理制度。相關人員要做好數據的記錄，分析數據，尋求合理的措施，提高排采的質量和效率。充分利用科學的參數模型，進行排采活動。

3.4 優化壓裂工藝

在排采過程中，通常需要壓裂操作，過去的壓裂工藝存在一定的問題，會形成低污染的高效滲流通道，影響排采質量。要積極改進傳統技術，優化壓裂工藝，減少對裂縫的污染，增加泄流的面積。完善不同階段的工藝，頂替液、攜砂液、前置液、前置段塞等，提高開采的效果。在煤層壓裂過程中，會產生大量煤粉，煤粉會轉移，在裂縫通道中集聚，影響煤儲層壓降的形成和采收率。要合理利用解堵技術，解堵技術有振動解堵和化學解堵。振動解堵是利用振動場的能量，增加煤體的內能，降低煤巖應力，使煤粉顆粒松動，在液體的作用下帶走，這種方式可以破壞煤粉的板結狀態，滿足排采對裂縫寬度的需求。化學解堵要使用化學劑，在地層的裂縫中產生泡沫，從而出現壓力差，在壓力的作用下，將堵塞的部位撐開，滿足排采的需求。

4 結束語

在煤層氣排采過程中，要加強技術管理，根據地區的地貌、氣候等條件，選擇合適的設備和排采方法，制定合理的工作制度，提高排采的工作效率。要適當控制排采的速度，調整組合方式，根據實際情況，開發排采軟件，實現排采的自動化，優化工藝和技術，提高排采的質量。