煤层气生产技术
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发布时间：2022-04-26 07:18
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时间：2022-06-25 04:36
为适应煤储层的特殊性，常规的油气生产工艺必须经过较大改进才能用于煤层气的开采。本节主要根据美国黑勇士盆地和圣胡安盆地的商业化生产实践，介绍煤层气生产工艺和流程，以期为未来我国煤层气的产业化生产提供借鉴。
7.5.1 煤层气的地下运移
煤层气主要以吸附状态存在于煤基质的微孔隙中，其产出过程包括：从煤基质孔隙的表面解吸，通过基质和微孔隙扩散到裂隙中，以达西流方式通过裂隙流向井筒运移3个阶段。上述过程发生的前提条件是，煤储层压力必须低于气体的临界解吸压力。在煤层气生产中，该条件是通过排水降压来实现的。因此，在实际的煤层气生产井中，气体是与水共同产出的，煤层流体的运移可分为单相流阶段、非饱和单相流阶段及两相流阶段。
7.5.2 产气量的变化规律
煤层流体的运移规律，决定了煤层气的生产特点。图7.10为典型的煤层气生产井的气、水产量变化曲线，可分出3个阶段：
图7.10 煤层气生产中气、水产量变化曲线
（据苏现波等，2001）
Ⅰ—排水降压阶段；Ⅱ—稳定生产阶段；
Ⅲ—气产量下降阶段
1）排水降压阶段：排水作业使井筒水柱压力下降，若这一压力低于临界解吸压力后继续排水，气饱和度将逐渐升高、相对渗透率增高、产量开始增加；水相对渗透率相应下降，产量相应降低。在储层条件相同的情况下，这一阶段所需的时间，取决于排水的速度。
2）稳定生产阶段：继续排水作业，煤层气处于最佳的解吸状态，气产量相对稳定，而水产量下降，出现高峰产气期。产气量取决于含气量、储层压力和等温吸附的关系。产气速率受控于储层特性。产气量达到高峰的时间一般随着煤层渗透率的降低和井孔间距的增加而增加。在黑勇士盆地，许多生产井的产气高峰出现在3年或更长的时间之后。
3）气产量下降阶段：随着煤内表面煤层气吸附量的减少，尽管排水作业继续进行，但气和水产量都不断下降，直至产出少量的气和微量的水。这一阶段延续的时间较长，可达10年以上。
可见，在煤层气生产的全过程都需要进行排水作业，这样不仅降低了储层压力，同时也降低了储层中水饱和度，增加了气体的相对渗透率，从而增加了解吸气体通过煤层裂隙系统向井筒运移的能力，有助于提高产气量。
气体自煤储层中的解吸量与煤储层压力有关。因此，为了最大限度地回收资源，增加煤层气产量，生产系统的设计应能保证在低压下产气。例如，在黑勇士盆地Deerlick Creek采区，将井口压力从520kPa降至100kPa，气产量可增加25%，经济效益显著提高。
7.5.3 煤层气生产工艺特点
煤层气生产主要包括排采、地表气水分离、气体输送前加压、生产水的处理与净化4个环节。
（1）生产布局
煤层气开发的生产布局与常规油气有较大差异。当煤层气开发选区确定以后，在钻井之前，就应进行地面设施的系统设计与布局。在确定井径、地面设施与井筒的位置关系时，应综合考虑地质条件、储层特征、地形及环境条件等因素。一个煤层气采区包括生产井、气体集输管路、气水分离器、气体压缩器、气体脱水器、流体监测系统、水处理设施、公路、办公及生活设施等（图7.11）。该系统中各部分密切配合，才会使得煤层气生产顺利进行。
图7.11 煤层气生产布局
（据苏现波等，2001）
（2）井筒结构
煤层气开发的成功始自井底，一般井筒应钻至最低产层之下，以产生一个口袋，使得产出水在排出地面之前，在此口袋内汇集。
煤层气生产井的结构是将*置于套管之内，这种构型是由常规油气生产井演化而来的。这种设计还可使气、水在井筒中初步分离，从而减少地面气、水分离器的数量，并可降低井筒内流体的上返压力。一般情况下，产出水通过内径为10mm或20mm的*泵送至地面，气体则自*与套管的环形间隙产出。在黑勇士盆地，套管直径通常为115mm或140mm，而圣胡安盆地通常为180mm或200mm。
除排水产气外，井筒的设计还应尽量降低固体物质（如煤屑、细砂等）的排出量。井底口袋可用于收集固体碎屑，使其进入水泵或地面设备的数量降至最低。在泵的入口处，可安装滤网，减少进入生产系统中的碎屑物质。另外，在操作过程中，缓慢改变井口压力，也有利于套管与*环形间隙的清洁，降低碎屑物质的迁移。
