采氣工程課程設(shè)計井排采工作制度設(shè)計

1、采氣工程課程設(shè)計 wy參-001井排采工作制度設(shè)計 學(xué)院：能源學(xué)院專業(yè)：煤及煤層氣工程姓名：李曉露學(xué)號：310803070210指導(dǎo)教師：倪小明1. 地理概況11.1交通位置11.2地質(zhì)構(gòu)造11.2.1 區(qū)域構(gòu)造11.2.2 井田構(gòu)造22. 煤儲層的煤層氣地質(zhì)學(xué)特征42.1 煤層埋深與煤厚42.2 煤層頂、底板42.3 煤體的空間分布特征52.4 煤階分布及其影響因素62.6煤層氣成分與含量63. 井身結(jié)構(gòu)73.1井身結(jié)構(gòu)剖面示意圖（圖3-1）73.2 井身結(jié)構(gòu)84. 壓裂基本情況84.1設(shè)計方案84.1.1 壓裂液類型、數(shù)量：壓裂液配方為3%kcl+0.15%py-11+清水，共配置700m

2、3.84.1.2 支撐劑數(shù)量及類型見表（4-1）。84.1.3 壓裂井段：84.1.4 壓裂方式：84.1.5 壓裂泵注程序見表（4-2）84.2 現(xiàn)場施工簡況94.2.1 壓裂方位監(jiān)測94.2.2 井溫測試：94.3 施工壓裂后分析95. 等溫吸附線的應(yīng)用105.1 vl和pl的計算105.2 等溫吸附線的繪制115.3 煤層氣實際含氣量的測定115.2 煤層氣含氣量的估算115.2 確定含氣飽和度125.2.1理論飽和度125.2.2實測飽和度125.3 確定臨界解吸壓力135.4 確定地解壓差135.5 最大采收率的估算136. wy參-001井的排采階段的劃分146.1 飽和水單向流階

3、段146.2 兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段156.3 兩相流-壓力僅在某些方向上傳遞階段156.4 煤層氣井的穩(wěn)產(chǎn)階段167. 煤層氣井不同排采階段井底流壓的計算167.1 飽和水單向流態(tài)井底壓力的計算167.2 氣水兩相流態(tài)井底壓力的計算178.各個排采階段產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量的預(yù)測188.1 飽和水單向流階段產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量的預(yù)測188.1.1飽和水階段產(chǎn)水量動態(tài)模型的建立188.1.2飽和水階段產(chǎn)水量的預(yù)測188.1.3飽和水單相流階段產(chǎn)氣量的預(yù)測198.2氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段產(chǎn)水量，產(chǎn)氣量的預(yù)測198.2.1氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段產(chǎn)水量動態(tài)模型的建立198.2.2氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段

4、產(chǎn)水量預(yù)測208.2.3氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段產(chǎn)氣量預(yù)測218.3兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量的預(yù)測228.3.1兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段產(chǎn)水量動態(tài)模型的建立238.3.2兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段產(chǎn)水量預(yù)測238.3.3兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段產(chǎn)氣量預(yù)測249. 排采設(shè)備的選型259.1 排采設(shè)備的工作原理見下表（8-1）259.2排采設(shè)備簡況見表（8-2）259.3排采設(shè)備的優(yōu)選2610.工作制度的優(yōu)化2610.1 飽和水單向流階段工作制度優(yōu)化見表（10-1）2610.2 氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段工作制度優(yōu)化見表（10-2）2810.3 壓力僅

5、在某些方向上傳遞階段工作制度優(yōu)化見表（10-3）2910.4 穩(wěn)定產(chǎn)氣遞階段工作制度見表（10-4）3011. 煤層氣井排采參數(shù)的錄取3011.1煤層氣井排采資料錄取的要求3011.2排液數(shù)據(jù)的錄取3111.3采氣數(shù)據(jù)的錄取3212生產(chǎn)井的日常管理3212.1排采工作制度管理3212.1.1排采資料管理3212.1.2排采作業(yè)管理3312.2物資及安全生產(chǎn)管理3312.2.1物資管理3312.2.2安全生產(chǎn)管理3412.3 排采設(shè)備日常維護3412.3.1、抽油泵日常檢查3412.3.2、抽油泵周檢查3512.3.3其他設(shè)備的日常維護3513. 修井作業(yè)3513.1常規(guī)修井作業(yè)3513.1.1

6、管柱起下和檢泵作業(yè)3513.1.2沖砂和撈砂作業(yè)3613.2氣井大修3713.2.1卡鉆3713.2.2套管修理3814. 健康、安全與環(huán)境管理（hse）要求381. 地理概況1.1交通位置阜新盆地為北東30走向的狹長條形盆地。它處于遼寧省中西部，屬阜新，錦州兩市管轄；其地理坐標為東經(jīng)為1270712156，北緯41304211，長約84km，總面積1400km2。盆地三面環(huán)山，一面臨河；北緣為二郎廟山，標高為300600m；東臨醫(yī)巫閭山，標高為500850m；西靠小松嶺山脈，標高為500800m，南面與大凌河毗鄰。盆地內(nèi)交通便利，新義鐵路貫穿全區(qū)，有直達北京、丹東、天津、沈陽的列車，公路交通

7、四通八達（圖1-1）。圖1-1 阜新煤田王營井田交通位置示意圖1.2地質(zhì)構(gòu)造1.2.1 區(qū)域構(gòu)造阜新盆地及其鄰近地區(qū)主要存在3組壓性結(jié)構(gòu)面及其伴生形跡，即ew向構(gòu)造，ne向構(gòu)造，nne向構(gòu)造（圖1-2）。 圖1-2 阜新地區(qū)構(gòu)造綱要圖1.2.2 井田構(gòu)造王營井田內(nèi)的一級構(gòu)造為貫穿井田的王營向斜，此外有數(shù)條規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造。a. 褶曲王營井田褶曲構(gòu)造相對較簡單，區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的褶曲構(gòu)造為王營向斜。本向斜在阜新煤田范圍內(nèi)亦屬較大規(guī)模的構(gòu)造，向斜軸總體呈nne向展布。b. 斷裂王營井田斷裂構(gòu)造相對較簡單，斷層數(shù)量較少（表1-1），且揭露叫清楚，研究程度較高，多年勘探和生產(chǎn)揭露的斷層中，規(guī)模大和較大的

8、有14條，均為正斷層（圖1-3）。在井田現(xiàn)開拓的19km2范圍內(nèi)，可見小斷層點50多處。 表1-1 王營井田較大斷層一覽表斷層名性質(zhì)走向傾向傾角斷距/m井田內(nèi)走向長度/m控制程度平安f1正309341sw6080271803200較可靠平安f2正321ne70024600較可靠平西f1正295315ne64681230800可靠平西f2正772ne50651910716002100可靠f11正2026nw657051218001950較可靠f12正716nw4051068420可靠f13正422nw6575041120較可靠f14正1728ne577806可靠f2正48nw43450.64.5

9、f3正1080se60800.9f4正7183se50657f41正7385se75840.51.2f42正541se45731.92.2f43正6169se607811.8 圖1-3 王營井田斷層分布圖c. 節(jié)理節(jié)理既是煤層氣儲集的空間，也是煤層氣運移的通道，節(jié)理發(fā)育密度越大，張開程度越大，越有利于煤層氣的開發(fā)。王營井田節(jié)理十分發(fā)育，容易在各含煤段觀測到節(jié)理。各煤層的力學(xué)性質(zhì)基本一致，且煤層中節(jié)理發(fā)育密度較大。通過井下節(jié)理觀測點的統(tǒng)計分析，可確定節(jié)理密度分布的一般規(guī)律。煤層中節(jié)理發(fā)育密度較均勻，但由于巖墻烘烤，擠壓等作用的影響，則出現(xiàn)越靠近巖墻節(jié)理密度越大的現(xiàn)象，且張開程度也呈升高趨勢（圖1

10、-4），這與巖墻烘烤造成煤的干餾收縮有關(guān)。節(jié)理密度分布的這一現(xiàn)象造成煤層氣運移的規(guī)律性變化。 圖1-4 節(jié)理密度分布圖2. 煤儲層的煤層氣地質(zhì)學(xué)特征2.1 煤層埋深與煤厚該區(qū)含煤地層為石炭、二疊系，盆地內(nèi)由上至下含沙海組和阜新組兩個含煤巖系，山西組的二1煤層為本區(qū)主要可采煤層，煤層埋深為738m，煤層厚度6m。2.2 煤層頂、底板目的煤層的直接頂板為厚度3m的致密泥巖，封閉性良好，且含水量較少；煤層底板為厚度1m的泥巖，結(jié)構(gòu)堅固，密封性好。頂、底板都屬于較完整級巖體，遇水不易膨脹的沉積型巖石（表2-1）。 表（2-1） 目的煤層及頂、底板厚度一覽表底界深度（m）層厚（m）巖石名稱備注7354細

11、粒砂巖7383泥巖7446煤二1煤，目的煤層7451泥巖7527細粒砂巖 對表中數(shù)據(jù)分析得，目的煤層處于良好的封閉之中，有利于煤層氣的保存，煤層頂、底板結(jié)構(gòu)完整堅固，致密，是水的良好隔絕體。在壓裂時，不易壓穿，壓裂液對頂、底板的滲流弱，壓裂液濾失小，對壓裂十分有利。同時也隔絕了臨近巖層對目的煤層的水的補給。2.3 煤體的空間分布特征煤是氣源巖，而阜新組在阜新盆地中含煤性最好，王營井田為盆地重要的聚煤區(qū)，共有21個可采煤層，總厚度20.69102.85m。煤體空間總體分布在礦區(qū)中部，即以向斜為中心的12.5km的條帶為煤層厚度穩(wěn)定帶（圖2-1）。向斜南北兩翼煤層厚度差異較大，向斜北翼煤層厚度大，

12、變化梯度小而穩(wěn)定，約為10m/km；向斜南翼煤層厚度較北翼小，變化梯度大二不穩(wěn)定，約41m/km。煤層穩(wěn)定帶向se迅速分叉變薄，并與沖積扇遠端沉積物呈指狀交互，稱為強烈交叉帶或馬尾狀分叉帶，帶的寬度為2.0km。自煤層穩(wěn)定帶向nw煤層亦多次分叉變薄，并與細粒沉積物在斷面上成透鏡狀砂體指狀交互；次帶煤層分叉的程度較馬尾狀分叉程度低，煤體形態(tài)及厚度變化梯度小，稱之為煤層的緩慢分叉或簡單交叉帶。煤層厚度的變化影響著煤層的含氣量，一般表現(xiàn)為厚度愈大，含氣量越高；可能是厚度越大，煤層自身的封閉能力增強所致，但并不是隨厚度的增加無限制的增加下去。以上為阜新組煤體空間形態(tài)的總特征。 圖2-1 王營井田阜新組

13、煤層累計厚度等值線圖2.4 煤階分布及其影響因素王營井田的煤階是以長焰煤為主，在深部（-600m以下）也有氣煤賦存。2.6煤層氣成分與含量王營井田的煤層氣藏的氣體采樣分析成分以烴類為主，非烴類含量較低。其中烴類組分中主要為甲烷，占90.03%98.07%，重?zé)N組分含量微到無。非烴組分中以氮氣為主，占1.92%9.96%，二氧化碳含量微，氦小于0.0006%，氬小于0.21%。甲烷同位素值在-50127j-51.80j，平均為-50.92j，氬同位素值為302（表2-2）。表2-2 王營井田煤層氣成分一覽表樣號氣體組分（%）d13c1（j）40ar/36arch4c2h6co2n2hear氣29

14、2.380.020.367.020.0060.21-50.70302氣390.039.960.001-51.80氣498.071.920.001-50.273. 井身結(jié)構(gòu)3.1井身結(jié)構(gòu)剖面示意圖（圖3-1） 圖3-1 wy參-001井深結(jié)構(gòu)剖面圖3.2 井身結(jié)構(gòu)表3-1 井02身結(jié)構(gòu)開鉆序號井徑mm(in)鉆達井深m套管尺寸mm(in)鋼級壁厚mm套管下深m備注一開311.15(121/4)50244.5(95/8)j557.9250水泥返至地面二開215.9(81/2)794139.7(51/2)n8010.54794水泥返高至二1煤之上200m，質(zhì)量要求優(yōu)到良好4. 壓裂基本情況4.1設(shè)計

15、方案4.1.1 壓裂液類型、數(shù)量：壓裂液配方為3%kcl+0.15%py-11+清水，共配置700m3.4.1.2 支撐劑數(shù)量及類型見表（4-1）。 表（4-1） 支撐劑類型及數(shù)量類型粒徑（mm0數(shù)量（m3）石英砂0.10.43石英砂0.10.830石英砂0.81.254.1.3 壓裂井段：目的煤層深度為738744m。厚度為6.0m。4.1.4 壓裂方式：139.7mm光套管注液4.1.5 壓裂泵注程序見表（4-2） 表（4-2） 煤層壓裂泵注程序表程序液體名稱液量（m3）粒徑（mm）沙比（%）沙量（m3）排量（m3/min）泵壓（mpa）前置液活性水2517.4攜砂液活性水3800.10.

16、44.328.618.70.10.87.8280.81.23.頂替液活性水107.812.6合計641334.2 現(xiàn)場施工簡況4.2.1 壓裂方位監(jiān)測 運用大地電位法測出的目的煤層壓裂裂縫方位和延伸長度，測試結(jié)果如表（4-3）。 表（4-3） wy參-001井壓裂裂縫方位和延伸長度煤層裂縫方位裂縫長度（m）二1煤層ne4082sw40674.2.2 井溫測試：根據(jù)井溫測試曲線判斷目的煤層壓裂裂縫高度為6.0m。4.3 施工壓裂后分析 本井壓裂施工按設(shè)計要求全部完成，施工一次成功率100%，加沙符合率100%，資料錄取全準率100%，綜合評價如下：（1） 本井煤層厚度大，分布穩(wěn)定，煤層氣含氣量大

17、。（2） 活性水壓裂液與煤儲層配伍性好，反排能力強，對煤層污染小。（3） 尾注大粒徑石英強度高，排量大，支撐裂縫較長裂縫寬，壓裂大大改造了煤層的滲透率。（4） 本井壓裂層位選擇正確，壓裂方案設(shè)計合理，可行，保障了壓裂改造效果。5. 等溫吸附線的應(yīng)用5.1 vl和pl的計算 在對目的煤層進行煤層工程參數(shù)常規(guī)測試中，根據(jù)gb/t19560-2004，得到煤層氣等溫吸附實驗的數(shù)據(jù)表（5-1）。 表（5-1） 等溫吸附實驗數(shù)據(jù)記錄表記錄號123456p壓力(mpa)0.3951.6023.8506.90610.50814.104v吸附量(m3/t)4.6013.7922.3227.7330.9732.

18、84根據(jù)langumir方程，可利用下面公式（1）計算： 公式（1）式中，vl最大吸附量，通常稱為langmuir體積（蘭氏體積）； v吸附劑在氣體壓力為p時吸附氣體的吸附量； pllangmuir壓力(蘭氏壓力)。根據(jù)測定的數(shù)據(jù)點（p,v），即可計算得到上述關(guān)系式中的vl 和pl ，計算得到目的煤層的煤的langmuir體積(vl), langmuir壓力(pl)。即： vl=39.91m3/t, pl=3.034mpa 5.2 等溫吸附線的繪制 據(jù)等溫吸附的數(shù)據(jù)表（5-1）可繪制下面等溫吸附線圖(5-1): 圖（5-1） wy參-001井二1煤等溫吸附線5.3 煤層氣實際含氣量的測定 根據(jù)

19、gb/t19559-2004，煤層氣含氣量測定方法，假設(shè)測得v實為27.35m3/t。5.2 煤層氣含氣量的估算 假設(shè)已知的的煤層的原始儲層壓力為9.83mpa，根據(jù)公式（1）可計算得該儲層壓力下得理論含氣量為30.49m3/t。5.2 確定含氣飽和度 含氣飽和度是指煤儲層在原位溫度,壓力，水分含量等儲層條件下，煤層含氣總量與總?cè)輾饽芰Φ谋戎怠?.2.1理論飽和度 理論飽和度就是實際含氣量與蘭氏體積的比值。 即：s理=v實/vl 式中：s理理論飽和度，%； v實實測含氣量，m3/t；代入數(shù)據(jù)，得： s理=27.35/39.91=68.5%5.2.2實測飽和度實測含氣量與實測儲層壓力投影到吸附等

20、溫線上所對應(yīng)的理論含氣量的比值。即： s實= v實/v 式中，v實實測甲烷含量； s實實測含氣飽和度； v理論含氣量，m3/t。 代入數(shù)據(jù)，得： s實=27.35/30.49=87.7%5.3 確定臨界解吸壓力煤儲層的臨界解吸壓力是指煤儲層在降壓過程中，氣體開始解吸點所對應(yīng)的壓力值。其值為等溫曲線上煤樣實測含氣量所對應(yīng)的壓力值。其計算公式為下面的公式（2）:公式（2）式中，pcd為臨界解吸壓力代入數(shù)據(jù)，計算： pcd=（27.353.034）/（39.9127.35）=6.61mpa5.4 確定地解壓差 煤儲層的地解壓差是指煤儲層的原始儲層壓力與臨界解吸壓力之差。 即： p地解=pfpcd 式

21、中，pf為煤儲層原始壓力； pcd為臨界解吸壓力。代入數(shù)據(jù)，計算 p地解=9.83-6.61=3.22mpa5.5 最大采收率的估算根據(jù)預(yù)測煤層氣并所能達到的最低儲層壓力、即煤層氣井的枯竭壓力，可通過吸附等溫線估算出殘余氣量，實際含氣量減去殘余氣雖即為可采氣量，進而估算出最大采收率。理論最大采收率計算公式為下面的公式（3）：公式（3）式中，pad為枯竭壓力（約0.7mpa）；b為蘭氏壓力的倒數(shù)（1/pl）。代入數(shù)據(jù)，計算，得： =0.736. wy參-001井的排采階段的劃分 根據(jù)對煤層頂、底板的分析，發(fā)現(xiàn)煤層上下圍巖封閉性很好，臨近巖層與煤層幾乎沒有聯(lián)系，且頂?shù)装逯泻啃。珊雎圆挥?，即?/p>

22、層氣在排采過程中沒有越流補給，煤層氣井主要排采煤層中的水。 根據(jù)對wy參-001井的壓裂效果分析，得出，壓裂后，煤儲層的滲透率得到了大大提高，煤儲層的原始滲透率與改造后滲透率差別較大。因此，根據(jù)對煤層原始滲透率與改造后滲透率差別較大，無越流補給及排采過程中相態(tài)的變化對煤層氣井的排采階段進行以下劃分。6.1 飽和水單向流階段飽和水單向流階段，即指從煤層氣井開始排采至井底壓力降低到煤層氣臨界解吸壓力時為止。在此過程中，隨著排采的進行，沒得孔-裂隙系統(tǒng)中的水會排出，流體壓力下降，使煤體所受的有效應(yīng)力增加，煤的裂隙系統(tǒng)發(fā)生壓縮變形，裂隙度下降，導(dǎo)致裂隙間距減小，最終使煤體的滲透率下降。滲透率下降，壓力

23、傳遞速度將減慢。因此，飽和水單相流階段，排水是壓力降低的方式；壓降是引起煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列變化的根本；而煤體內(nèi)部因素的改變反過來會影響排水速度。排水是煤體改變的外部因素；而有效應(yīng)力的增加是煤體發(fā)生改變的內(nèi)部因素。6.2 兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段 兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段，指當井底壓力降低至煤層氣臨界解吸壓力之后開始至臨界解吸半徑傳遞到第一封閉邊界時結(jié)束。在此過程中，流體壓力的降低，煤體有效應(yīng)力的增加，使煤的裂隙系統(tǒng)發(fā)生壓縮變形，裂隙孔隙度下降；同時，氣體的解吸，使煤基質(zhì)收縮，煤裂隙拉張，導(dǎo)致裂隙孔隙度增加；有效應(yīng)力的增加引起煤裂隙收縮的彈性負效應(yīng)和氣體排出引起的煤基質(zhì)的彈性正效應(yīng)共同影響煤儲層

24、滲透率的大小。滲透率的變化又影響壓力傳遞速度，也影響了產(chǎn)氣速度，最終影響了產(chǎn)氣量。由此可見，壓力變化、孔隙度變化和產(chǎn)氣量變化構(gòu)成了這一排采階段的外循環(huán)；應(yīng)力變化、含氣量變化和滲透率變化構(gòu)成了此排采階段的內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)的變化，聯(lián)動了內(nèi)循環(huán)的進行?？刂婆挪蓵r的壓力是控制整個系統(tǒng)循環(huán)進行的基礎(chǔ)，產(chǎn)氣量的變化、孔隙度的變化是壓力變化控制作用的外部顯現(xiàn)。6.3 兩相流-壓力僅在某些方向上傳遞階段 兩相流-壓力僅在某些方向上傳遞階段，指從臨界解吸半徑傳遞到第一封閉邊界時開始至臨界解吸半徑傳遞到第二封閉邊界時結(jié)束。在此過程中，由于煤儲層改造時，會在兩個方向上改造很好，大致垂直的另外兩個方向上改造相對較差。因

25、此，隨著煤層氣井的采，當壓力傳遞到改造效果較差的邊界時，將進入壓力僅在某些方向傳遞階段。在氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段，雖然四個方向上儲層改造效果不同，但此時的排采過程中盡量控制排采速度，使在四個方向上壓力傳遞速度盡量一致。進入壓力僅在某些方向傳遞階段時，在儲層改造效果較好方向上壓力傳遞速度很慢甚至不再傳遞，幾乎不再有氣體產(chǎn)出，壓力、孔隙度、產(chǎn)氣量也不再變化；儲層改造效果較好方向上將會發(fā)生內(nèi)循環(huán)的一系列變化。壓力變化、孔隙度變化和產(chǎn)氣量變化構(gòu)成了煤層氣排采的內(nèi)循環(huán)。6.4 煤層氣井的穩(wěn)產(chǎn)階段 煤層氣井的穩(wěn)產(chǎn)階段，指當臨界解析壓力傳遞到第二邊界之后開始到臨界解析壓力開始向周圍未經(jīng)改造的儲層平穩(wěn)傳遞

26、。與第二階段兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段時相似，不再贅述。7. 煤層氣井不同排采階段井底流壓的計算 煤層氣井井底流壓是進行排采影響半徑、產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量預(yù)測的基礎(chǔ)7.1 飽和水單向流態(tài)井底壓力的計算煤層氣井排采初期，壓降幅度比較小，沒得微裂隙中吸附的煤層氣不會發(fā)生解吸，煤層中僅存在飽和水的單項流動。此時，井口套壓為零，忽略排水過程中套管磨阻，井底壓力可根據(jù)井底至液面的液柱壓力來計算，即：公式（4） 式中，pd為井底壓力，mpa； h為液柱高度，m。wy參-001井開始排采時，液柱高度距煤層730m，g取9.8m/s2, 取1000kg/m3。代入公式（4），計算可得：pd=7.15mpa7.2 氣水兩

27、相流態(tài)井底壓力的計算 隨著排采的進行，當井底壓力降低帶煤層氣臨界解吸壓力一下時，氣體開始解吸產(chǎn)出，井口套壓開始有了讀數(shù)。此時井底壓力由井口套壓、井筒液面至井口的氣柱重力和氣體自液面至井口的環(huán)形空間中的磨阻而構(gòu)成的液面壓力、井底至液面的液柱壓力組成。井口套壓可通過壓力表直接讀出pt，液柱壓力（pm）可用純氣井井底壓力的計算方法求得，液柱壓力可通過產(chǎn)氣量相近、排水量相當，套壓和液面深度有顯著變化的兩個穩(wěn)定段井底壓力相等的方法計算得到（p液）。公式（5） 式中，pm為液面壓力，mpa； g為甲烷氣體的密度。 由此，可得到井底壓力計算公式為：公式（6） 式中，d為氣、水混合物的密度，kg/m3。8.各

28、個排采階段產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量的預(yù)測8.1 飽和水單向流階段產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量的預(yù)測8.1.1飽和水階段產(chǎn)水量動態(tài)模型的建立該階段在排采的過程中煤儲層的滲透率一直下降。可用平均有效應(yīng)力法來求算煤儲層的平均滲透率，公式如下根據(jù)壓力傳遞公式對r微分可得：根據(jù)徑向流的達西定律的極坐標形式，單位體積煤層含水率為w1%,且設(shè)排采時煤層中的水被全部排出，建立動態(tài)模型為： w1%式中， qfw為飽和水單相流階段動態(tài)產(chǎn)水量；h為煤層厚度。8.1.2飽和水階段產(chǎn)水量的預(yù)測在根據(jù)臨界解析壓力求算出氣體開始解析時影響半徑，即：式中，ret為氣體開始解析時的排采影響半徑，m；得出這一過程的總產(chǎn)水量和排采時間為：再結(jié)合這一過程的

29、排采時間，可得出這一過程的日產(chǎn)水量，即：計算得該階段的日產(chǎn)水量 qdt=10.2m3/d排采時間 tft=21d8.1.3飽和水單相流階段產(chǎn)氣量的預(yù)測該階段主要一排水為主，很少有氣體產(chǎn)出，可認為該階段產(chǎn)氣量為零。8.2氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段產(chǎn)水量，產(chǎn)氣量的預(yù)測8.2.1氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段產(chǎn)水量動態(tài)模型的建立氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段，在煤孔-裂隙系統(tǒng)中存在煤基質(zhì)的彈性正效應(yīng)和裂隙系統(tǒng)的彈性負效應(yīng)，二者共同決定了煤儲層最終滲透率。煤基質(zhì)彈性正效應(yīng)的介入，與飽和水單相流階段煤孔-裂隙系統(tǒng)的總滲透率相比，是增大的。因此在產(chǎn)期初期，產(chǎn)水量有所增加，而隨著排采的繼續(xù)進行，產(chǎn)氣量的增加，水的相

30、對滲透率下降，產(chǎn)水量下降。兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段產(chǎn)水量動態(tài)模型為： w1%式中，qsw為兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段的產(chǎn)水量；krw由下式求的： r=0.97式中， krw為水相相對滲透率。8.2.2氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段產(chǎn)水量預(yù)測這一過程時間的長短大致可由煤儲層吸附氣體時間r來標定。設(shè)當煤層氣從煤孔一裂隙系統(tǒng)解吸并形成流線動液面下降了hsf，此時壓力影響半徑為：此過程的供液量為：此過程的平均壓力為：平均滲透率為：則可得此過程的排采時間為：根據(jù)吸附時間與排采時間相等，從而求出液面下降高度?？汕蟪龃诉^程的日產(chǎn)水量為：計算得出qdsf=3.9m3/d tsf=40d8.2.3氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階

31、段產(chǎn)氣量預(yù)測要使煤層氣從煤的孔-裂隙系統(tǒng)解吸，則應(yīng)使解吸影響范圍內(nèi)的儲層壓力降低到臨界解吸壓力以下，根據(jù)等溫吸附線，可求出臨界解吸壓力： 式中，p臨為臨界解吸壓力，mpa；pl為蘭氏壓力；vl為蘭氏體積，v實為煤原始儲層實際含氣量，m3/t?？汕蟮妹簩拥呐R界解吸壓力為5.61mpa。根據(jù)壓力傳遞公式，可得到含氣量與壓力影響半徑的關(guān)系為：根據(jù)飽和水單相流階段的壓力傳遞公式，可得出煤儲層達到臨界解吸壓力時的解吸半徑為：式中，r解為解吸半徑，m。再根據(jù)壓力傳遞公式可得出任意井底壓力下的解吸半徑。以煤儲層頂板水平面為橫坐標，煤層氣井的中心為縱坐標，建立直角坐標系，在煤層氣初始產(chǎn)出時的壓降漏斗半徑為re

32、，可得出高度方程為：式中，h為煤層厚度，m； h為解吸半徑為r時的解吸高度，m；把上面的r解代入上面的公式里可得出其高度為h=3.6m；取一微小環(huán)形，環(huán)形面積為da=2rdr，解吸半徑范圍內(nèi)的產(chǎn)氣量變化模型為：式中，煤為煤密度，t/m3。q氣為氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段的總產(chǎn)氣量，m3；把所有的已知數(shù)據(jù)代入上面的公式可得出：q氣=11.38104m3。8.3兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量的預(yù)測8.3.1兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段產(chǎn)水量動態(tài)模型的建立隨著排采的進行，若儲層原始滲透率與改造后滲透率相比差別較大時，儲層僅在某些方向上得以改造，在其他方向上壓力幾乎不傳遞，此時進入

33、兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段。進入此階段后，煤儲層孔隙度與前兩個階段相比會有所增加，煤儲層滲透率改造效果也相對較好。此階段水相對滲透率依然受制于氣相相對滲透率，水的來源不再來自井筒四周，僅來自兩個方向。因此，此階段的產(chǎn)水量預(yù)測模型為： w1%8.3.2兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段產(chǎn)水量預(yù)測當排采由兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段進入兩相流壓力僅在某些方向傳遞階段時，根據(jù)理論最大采收率計算公式結(jié)合井底壓力、壓力傳遞模型可得臨界轉(zhuǎn)化時的產(chǎn)氣量。理論最大采抽率計算公式為：式中，pwsf為井底的枯竭壓力，mpa；兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段末的總產(chǎn)水量為：由兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段到兩相流壓力僅在某些方向傳遞時

34、煤儲層在四個方向上改造效果不同，因此此階段的排采強度可根據(jù)滲透率的改變來做出調(diào)整，即： 式中，ftff為第一種情況下氣水兩相流壓力僅在某些方向傳遞的排采強度，m3/d；fst為氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段末的排采強度，m3d.得到： ftff=1.4m3/d8.3.3兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段產(chǎn)氣量預(yù)測由兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段轉(zhuǎn)化到兩相流壓力僅在某些方向傳遞階段時，煤儲層在四個方向上改造效果的不同，滲透率大小的迥異，導(dǎo)致供液能力發(fā)生很大變化，而其供液能力的變化可近似用滲透率的改變來表示。因此，此過程排采強度可根據(jù)滲透率的改變來做出調(diào)整，排采強度調(diào)整后，觀察動液面的變化，直到動液面趨于穩(wěn)定，

35、則進入定壓生產(chǎn)過程。定壓生產(chǎn)后，壓力向前傳遞速度減慢，壓力呈降深趨勢，排采一段時間后，若未達到第二封閉邊界，可放壓后繼續(xù)進行排采，保持動液面平穩(wěn)下降，在這一過程，主要是隨時觀察動液面變化隨時做出調(diào)整，結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗，保持動液面浮動每天不超過1m。此時的產(chǎn)氣量計算公式為：式中，qgtt為進入第二封閉邊界時的產(chǎn)氣量，m3?？傻贸鋈债a(chǎn)氣量為3400m3。 9. 排采設(shè)備的選型9.1 排采設(shè)備的工作原理見下表（8-1） 表(8-1) 排采設(shè)備原理及特點排采設(shè)備工作原理特點梁式泵(有桿泵）柱塞在泵筒中往復(fù)運動由泵筒和柱塞組成，排水量較低，價格便宜，維護量大螺桿泵 轉(zhuǎn)子在定子中轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子和定子組成，價格昂貴，

36、維護量小，防砂，煤粉能力強，占地面積小電潛泵電機帶動葉輪轉(zhuǎn)動排量大，揚程高，占地面積小，維護小，價格較貴，防砂，煤粉能力強9.2排采設(shè)備簡況見表（8-2） 表（8-2） 排采設(shè)備簡況一覽表設(shè)備類型 型號理論排量m3/d 優(yōu)點 缺點梁式泵（有桿泵）cyjy3-1.5-6.5hb 5.9-63.8泵的價格便宜維護量大，防砂、煤粉能力強螺桿泵glb300-2115.2-50維護少、防砂、煤粉能力強換泵的價格較高電潛泵qyb101-50-500s 24-65維護少，防砂煤粉能力強換泵的價格較高9.3排采設(shè)備的優(yōu)選根據(jù)估算的日產(chǎn)水量、各種泵型的優(yōu)缺點及泵的排量，最終選擇梁式泵作為抽采設(shè)備，型號為cyjy

37、3-1.5-6.5hb。10.工作制度的優(yōu)化10.1 飽和水單向流階段工作制度優(yōu)化見表（10-1） 表(10-1) 飽和水單向流階段工作制度排采階段天數(shù)（d）產(chǎn)水特征產(chǎn)氣特征套壓動液面累計產(chǎn)水量累計產(chǎn)氣量飽和水單向流階段18供液量小于產(chǎn)水量，平均日產(chǎn)水量控制在6m3/d井底壓力未達到臨界解吸壓力，產(chǎn)氣量為零由于該階段未有氣體產(chǎn)出，套壓為零該階段結(jié)束時，井底壓力應(yīng)該達到靈界解吸壓力，動液面從730m降到674m，累計下降56m累計產(chǎn)水量198m3累計產(chǎn)氣量為零23產(chǎn)水量快速上升，平均日產(chǎn)水量控制在10m3/d井底壓力未達到臨界解吸壓力，產(chǎn)氣量為零310供液能力小排采強度，使動液面下降快速達到臨界

38、解吸壓力，平均日產(chǎn)水量控制在12m3/d井底壓力未達到臨界解吸壓力，產(chǎn)氣量為零 10.2 氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段工作制度優(yōu)化見表（10-2）排采階段天數(shù)（d）產(chǎn)水特征產(chǎn)氣特征套壓動液面累計產(chǎn)水量累計產(chǎn)氣量氣水兩相流壓力平穩(wěn)傳遞階段14基本保持穩(wěn)定，控制在10m3/d開始產(chǎn)氣初始產(chǎn)氣量緩慢增加平均日產(chǎn)氣量在800m3/d改接頓套壓維持范圍在0.161.6mpa之間，平均套壓保持在0.6mpa該階段動液面累計下降80m，動液面高度594m累計產(chǎn)水量156m3累計產(chǎn)氣量13.22萬m326產(chǎn)水量緩慢下降，控制在6m3/d產(chǎn)氣量快速增加，平均日產(chǎn)氣量在2500m3/d310產(chǎn)水量快速下降，控制在4

39、m3/d產(chǎn)氣量趨于穩(wěn)定在3000m3/d420產(chǎn)水量基本保持，在2m3/d產(chǎn)氣量保持穩(wěn)定，達到第一個產(chǎn)氣高峰期，平均3200m3/d10.3 壓力僅在某些方向上傳遞階段工作制度優(yōu)化見表（10-3）表(10-3) 飽和水單向流階段工作制度排采階段天數(shù)（d）產(chǎn)水特征產(chǎn)氣特征套壓動液面累計產(chǎn)水量累計產(chǎn)氣量氣水兩相流壓力僅在某些方向上傳遞階段12產(chǎn)水量陡然下降，保持在1m3/d產(chǎn)氣量突然下賤，從3200m/d下降到2500m3/d，平均產(chǎn)氣量2700m3/d該階段套壓保持在0.21.7mpa，平均套壓維持在0.78mpa該階段結(jié)束時，動液面從674m降到620m，累計下降54m累計產(chǎn)水量16.8m3累

40、計產(chǎn)氣量為8.08萬m326產(chǎn)水量趨于穩(wěn)定升，平均日產(chǎn)水量控制在0.8m3/d產(chǎn)氣量較快增加，逐漸上升至3100m3/d，平均產(chǎn)氣量2900m3/d320產(chǎn)水量穩(wěn)定，控制在0.5m3/d保持穩(wěn)定產(chǎn)氣，平均日產(chǎn)氣量3400m3/d10.4 穩(wěn)定產(chǎn)氣遞階段工作制度見表（10-4） 表（10-4） 穩(wěn)定產(chǎn)氣階段工作制度階段天數(shù)產(chǎn)水特征產(chǎn)氣特征套壓動液面累計產(chǎn)水量累計產(chǎn)氣量穩(wěn)定產(chǎn)氣階段根據(jù)經(jīng)驗，一般持續(xù)10年幾乎不產(chǎn)水產(chǎn)氣量平均在3400m3/d套壓維持在0.51.2mpa。較上一階段小，平均在0.7mpa維持基本不變11. 煤層氣井排采參數(shù)的錄取 煤層氣井的排采關(guān)鍵參數(shù)的錄取是分析排采變化，修正排采

41、工作制度，使煤層氣井產(chǎn)能達到最佳狀態(tài)的基礎(chǔ)。排采關(guān)鍵參數(shù)主要包括排液數(shù)據(jù)和采氣數(shù)據(jù)。排液數(shù)據(jù)主要包括產(chǎn)水量、動液面、液柱高度、氯離子含量和ph值等。采氣數(shù)據(jù)主要包括日產(chǎn)氣量和總產(chǎn)氣量以及套管壓力等。11.1煤層氣井排采資料錄取的要求（1）日常排采數(shù)據(jù)，中途作業(yè)和測試資料應(yīng)及時準確記錄并上交。 測試作業(yè)主要包括抽油機示功圖測試和環(huán)空動液面測試等項目。(2) 錄取項目：開井時間、工作制度、油嘴、套壓、油壓、環(huán)空 動液面或井底流壓、氣水產(chǎn)量、累計產(chǎn)量、取樣時間、固體顆粒物產(chǎn) 出情況描述、點火描述等。(3) 油套管、分離器、管線均應(yīng)選擇合適的壓力表，所測壓力要 求在壓力表 1/3 到 2/3 量程范圍

42、內(nèi)，流量計應(yīng)定期校正。(4) 氣、水應(yīng)連續(xù)計量，即既要有瞬時流量，又要有累計流量。(5) 開關(guān)井前必須錄取環(huán)空動液面資料。 (6) 通井：時間、油管規(guī)范、根數(shù)、方入、遇阻加壓噸位、井底 深度、管柱結(jié)構(gòu)示意圖、通井規(guī)痕跡描述。(7) 檢泵：泵型號、各附件名稱、型號、管（桿）柱結(jié)構(gòu)示意圖、防沖距。（8）資料錄取全準率達到 95%以上。對資料錄取中的弄虛作假行 為要追究相關(guān)人員的責(zé)任。11.2排液數(shù)據(jù)的錄?。?）.氯離子：每班（8 小時）作一次分析，單位 mg/l，修約到小數(shù)點后一位。（2） ph值：每班（8 小時）作一次分析。（3） 含砂：每班（8 小時）作一次分析，修約到小數(shù)點后兩位。（4） 水

43、表初值、水表終值：每兩小時記錄一次，單位 m3，約到小數(shù)點后一 位。（5） 產(chǎn)水量：產(chǎn)水量每兩小時記錄一次，單位 m3，約到小數(shù)點后一位。每班做一次班產(chǎn)水量小計，三班匯總到日排采數(shù)據(jù)表（6） 水表初值、水表終值：每兩小時記錄一次，單位 m3，約到小數(shù)點后一 位。（7） 產(chǎn)水量：產(chǎn)水量每兩小時記錄一次，單位 m3，約到小數(shù)點后一位。每班做一次班產(chǎn)水量小計，三班匯總到日排采數(shù)據(jù)表（8） 水表初值、水表終值：每兩小時記錄一次，單位 m3，約到小數(shù)點后一位。（9） 產(chǎn)水量：產(chǎn)水量每兩小時記錄一次，單位 m3，約到小數(shù)點后一位。每班做一次班產(chǎn)水量小計，三班匯總到日排采數(shù)據(jù)表。（10） 水表初值、水表終值

44、：每兩小時記錄一次，單位 m3，約到小數(shù)點后一 位（11） 水表初值、水表終值：每兩小時記錄一次，單位 m3，約到小數(shù)點后一 位。（12） 產(chǎn)水量：產(chǎn)水量每兩小時記錄一次，單位 m3，約到小數(shù)點后一位。每班 做一次班產(chǎn)水量小計，三班匯總到日排采數(shù)據(jù)表。11.3采氣數(shù)據(jù)的錄?。?） 系統(tǒng)壓力：每一小時記錄一次，單位 m pa，修約到小數(shù)點后兩位。（2） 氣表初值、氣表終值：每一小時記錄一次，單位 m3，修約到小數(shù)點后兩位。（3） 工作流量：氣表終值與氣表初值之差。（4） 修正系數(shù)：將工作流量換算成標準流量時根據(jù)系統(tǒng)壓力計算出的系數(shù)。（5） 標準流量：標準狀態(tài)下的氣體流量。（6） 分離器量：每一小

45、時記錄一次，單位 m3，修約到小數(shù)點后一位。（7） 產(chǎn)氣量：標準流量與分離器量之和。每班（8 小時）作一次班產(chǎn)氣量小計，三班匯總到日排采數(shù)據(jù)表。12生產(chǎn)井的日常管理12.1排采工作制度管理12.1.1排采資料管理排采資料管理主要包括排采資料錄取，排采資料數(shù)據(jù)庫管理和排采資料分析。在監(jiān)控中心，根據(jù)壓力傳感器、溫度傳感器、流量計等錄取的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，把這些數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)的單井中，即完成數(shù)據(jù)的錄取。也可以人工巡井，每四小時進行一次巡回，在排采現(xiàn)場記錄單井的套壓、產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量等數(shù)據(jù)，并觀察電動機、抽油泵、光桿等的工作狀況。排采初期，引入或自主開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理軟件，便于對煤層氣單井數(shù)據(jù)、井組

46、數(shù)據(jù)進行管理。同時需引進或自主開發(fā)的儲層模擬、產(chǎn)能模擬、經(jīng)濟評價和分析預(yù)測軟件，及時對錄入的資料進行分析，及時提出排采建議，調(diào)整工作制度。12.1.2排采作業(yè)管理排采作業(yè)管理主要包括排采場地管理、人員配備管理和排采技術(shù)管理。排采場地管理主要是在地面流程建設(shè)時，根據(jù)實際情況，合理安排排氣管線、水管線的走向。放噴點火裝置與排采井口的距離，根據(jù)產(chǎn)水量大小確定水池的大小，同時根據(jù)水質(zhì)采取相應(yīng)的措施隊排出的水進行處理。人員配置主要包括現(xiàn)場排采技術(shù)人員、排采設(shè)備維護人員、物資后勤人員、經(jīng)濟評價人員等。排采技術(shù)管理主要是對各種排采數(shù)據(jù)的記錄。在排采初期盡量做到?jīng)]2h記錄一次產(chǎn)水量、氯離子含量、ph值、含沙量

47、等。煤層氣井產(chǎn)氣前，一天測一次動液面，各井盡量在同一時間以利于系統(tǒng)分析井組間液面降深及溝通情況。當遇到特殊情況是要及時測量認真記錄。產(chǎn)氣后要沒8h測一次動液面，密切觀察動液面變化。密切跟蹤單井產(chǎn)液數(shù)據(jù)、產(chǎn)氣數(shù)據(jù)、套壓數(shù)據(jù)，及作出相應(yīng)的排采曲線一邊進行資料分析，及時提出排采建議。單井每30d做一次氣、水分析。12.2物資及安全生產(chǎn)管理12.2.1物資管理排采過程中經(jīng)常會有設(shè)備損耗以及設(shè)備維護耗材。物資管理主要是對日常耗材進行采購、盤查、清點及負責(zé)發(fā)配給相關(guān)人員以保證整個工序流程順利進行。12.2.2安全生產(chǎn)管理根據(jù)健康、安全與環(huán)境管理體系要求，現(xiàn)場施工人員應(yīng)穿戴勞動保護具上崗，施工現(xiàn)場應(yīng)配備醫(yī)務(wù)

48、急救藥品及相關(guān)器材、人員，施工前開分工安全大會，個工作崗位分工明確、聽從統(tǒng)一指揮，井場消防設(shè)施、井控設(shè)備齊全，嚴格按照各操作規(guī)程作業(yè)，建立各種安全管理制度。12.3 排采設(shè)備日常維護12.3.1、抽油泵日常檢查 抽油泵的日常檢查主要內(nèi)容有： （1）檢查基礎(chǔ)是否牢固；（2）檢查并緊固地腳螺栓；（3）檢查懸繩器和光桿卡瓦，應(yīng)能正常工作，不應(yīng)有偏斜，不應(yīng)別彎光桿；（4）檢查驢頭側(cè)翻處，驢頭銷連接是否可靠；（5）檢查并緊固連桿軸承座螺栓；（6）檢查并緊固曲柄銷螺母；（7）檢查并緊固所有構(gòu)件螺栓；（8）檢查各構(gòu)件是否完好；（9）檢查各處軸承，不得有過熱現(xiàn)象；（10）抽油泵運轉(zhuǎn)時不得有異常響聲；（11）抽

49、油泵運轉(zhuǎn)時驢頭不得有抖動現(xiàn)象；（12）抽油泵運轉(zhuǎn)時減速器不得有震動現(xiàn)象；（13）抽油泵運轉(zhuǎn)時傳動膠帶應(yīng)緊張適度，不得有過緊或過松現(xiàn)象；（14）抽油泵整機運轉(zhuǎn)應(yīng)平穩(wěn)。12.3.2、抽油泵周檢查抽油泵周檢查的主要內(nèi)容有：（1）檢查基礎(chǔ)中心線是否正對井口中心，誤差不得超過3mm；（2）檢查底座的水平度，橫向允許誤差不得超過2/1000；（3）檢查支架與底座標記孔的偏差，不得大于5mm;（4）檢查懸點投影與井口中心的偏差；其偏差圓直徑不得大于18mm;（5）檢查兩連桿內(nèi)側(cè)到曲柄加工面對應(yīng)點的距離，最大差值不應(yīng)超過3mm;（6）檢查剎車是否靈活可靠，剎車間隙是否合適；（7）檢查減速器是否需要補充潤滑油；（8）檢查各處軸承，不得有過熱現(xiàn)象；（9）檢查并緊固支架軸承和橫梁軸承座處螺栓；（10）用檢測電動機電流的方法，檢查抽油泵的運轉(zhuǎn)是否平衡，如果抽油泵的運轉(zhuǎn)不平衡，則應(yīng)進行抽油泵平衡的調(diào)整；（11）檢查皮帶和光桿的磨損程度，以及毛辮子的完好情況。12.3.3其他設(shè)備的日常維護對液體流量計、氣體流