煤層氣開發(fā)煤層氣開采工程演示文稿

煤層氣開發(fā)煤層氣開采工程演示文稿目前一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點優(yōu)選煤層氣開發(fā)煤層氣開采工程Ppt目前二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理一、煤層氣排水降壓方法煤層氣井的生產(chǎn)是通過抽排煤儲層的承壓水，降低煤儲層壓力，促使煤儲層中吸附的甲烷解吸的全過程。即通過排水降壓，使得吸附態(tài)甲烷解吸為大量游離態(tài)甲烷并運移至井口。因此，通過抽排地層中的承壓水，暫時、相對地降低煤儲層壓力是煤層氣井采氣的關鍵。目前三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理

煤層氣井排采過程：煤層氣井排采前，井中液面的高度即為煤層中地下水的水頭高度，此時不存在壓力差，地下水系統(tǒng)基本平衡，沒有地下水的流動；煤層氣井開始排采后，井筒中的液面下降，在煤層氣井筒和煤層中形成壓力差，地下水從壓力高的地方流向壓力低的地方，因此煤層中的地下水就源源不斷地流向井筒中，使得煤層中的壓力不斷下降，并逐漸向遠方擴展，最終在以井筒為中心的煤層段形成一個水頭壓降漏斗，并隨著抽水的延續(xù)該壓降漏斗不斷擴大和加深；煤層的出水量和井口產(chǎn)水相平衡時，形成穩(wěn)定的壓力降落漏斗，降落漏斗不再繼續(xù)延伸和擴大，煤層各點儲層壓力也就不能得以進一步降低，解吸停止，產(chǎn)氣也就終止。目前四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理1、煤層氣排采基本理論（1）煤層氣的儲層特性煤層氣是一種介于常規(guī)天然氣與煤層之間的非常規(guī)性天然氣資源，其主要成分是甲烷。在地層壓力作用下，煤層中的甲烷分子大部分以單分子形式吸附于煤基質(zhì)表面，只有很少部分以游離氣的形式存儲于孔隙或裂隙中，或以溶解氣的方式存在于煤層水中。目前五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理煤層氣儲層與常規(guī)天然氣藏特性比較常規(guī)氣藏煤層氣儲層氣體在井筒的流動符合達西流動定律氣體在微孔隙內(nèi)的流動為擴散流動，在裂隙中的流動符合達西流動定律氣體儲存于宏觀孔隙中氣體以吸附的形式儲存于微孔隙表面產(chǎn)量符合遞減曲線初期產(chǎn)量低，中期產(chǎn)量高，后期遞減通過測井可解釋氣層含量通過現(xiàn)場解吸可確定煤層氣含量氣水比隨時間遞減開采中期和后期，氣水比隨時間遞增無機儲集巖有機儲集巖儲集巖與源巖不同儲集巖與源巖同層滲透率與應力無關滲透率與應力有很大關系井間干擾對生產(chǎn)有害井間干擾對生產(chǎn)有利目前六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點煤層氣井周圍氣水分布及流動狀態(tài)徑向剖面示意圖第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（2）煤層氣的排水降壓煤層氣主要以吸附狀態(tài)存在于煤基質(zhì)的微孔隙中，其生產(chǎn)過程就是先排水，后采氣。煤層氣的生產(chǎn)一般可分為三個階段：從煤基質(zhì)孔隙的表面解吸、通過基質(zhì)和微孔隙擴散到裂隙中、以達西流方式通過裂隙流向井筒運移。目前七頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點1）煤儲層原始滲透率與改造后滲透率差不大時，排采階段劃分為煤層有、無越流補給兩種情況。①排采過程煤層無越流補給排采過程煤層無越流補給時，壓力傳播僅在煤層中發(fā)生，傳播軌跡無串層現(xiàn)象，排采過程中地層供液能力與煤層滲透率變化、煤層中傳播影響半徑關系密切，與圍巖關系較小，而排采過程中相態(tài)變化對水相滲透率的影響最大。第一節(jié)煤層氣開采方法與原理目前八頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理②排采過程煤層有越流補給

排采過程煤層有越流補給時，煤層氣垂直井排采階段可劃分為5個階段：?飽和水單相流，壓力僅在煤層中傳遞階段。排采初期，煤層中的壓力梯度大于圍巖中的壓力梯度，壓力將在煤層中首先傳遞，煤層中裂隙中的水將逐漸被排出，隨著壓降漏斗的擴展延伸，煤層中的壓力梯度逐漸減小，因圍巖儲層滲透率相對較大，直到圍巖壓力梯度大于煤層壓力梯度時，將進入第二階段。Ⅱ飽和水單相流，壓力僅在圍巖中傳遞階段。隨著排采的進行，圍巖中壓力梯度逐漸大于煤層中的壓力梯度，壓力傳遞軌跡從煤層過渡到圍巖中，壓力將僅在圍巖中傳遞，開始排采圍巖中的水，此時，煤層中壓力幾乎不再發(fā)生變化。隨著圍巖中影響半徑的增加，煤層中的壓力梯度小于圍巖中的壓力梯度，在煤層中形成很小的壓降漏斗后，壓力將僅在圍巖中進行傳遞，進入第二階段。直到煤層中的壓力梯度大于圍巖中的壓力梯度為止。目前九頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理Ш飽和水單相流壓力在煤層和圍巖共同傳遞階段。排采繼續(xù)進行，圍巖中壓力影響半徑增加，煤層中壓力梯度逐漸等于甚至大于圍巖中的壓力梯度，壓力將在煤層和圍巖中共同傳遞，直到煤層中排采影響半徑范圍內(nèi)壓力達到臨界解吸壓力以下時，氣體開始解吸，即進入非飽和兩相流階段。Ⅳ非飽和流階段排采繼續(xù)進行，當煤層排采影響范圍內(nèi)壓力達到臨界解吸壓力以下時，一定數(shù)量的煤層氣開始解吸，并形成氣泡，阻礙水的流動，水的相對慘透率開始下降，但此時氣體的量較小，無論在基質(zhì)孔隙中還是在裂隙系統(tǒng)中，氣水都是孤立的，沒有互相連接，不能流動，此階段稱為非飽和單相流階段。Ⅴ兩相流階段排采繼續(xù)進行，壓力進一步傳遞，煤層中有更多氣體解吸出來，氣體開始在裂隙系統(tǒng)中擴散，水相滲透率急劇下降，氣相滲透率逐漸增大，產(chǎn)水量也隨之下降，直至氣泡相互連接，形成連續(xù)流線，產(chǎn)氣量隨之增多，進入兩相流階段。目前十頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理2）煤儲層原始滲透率與改造后滲透率差到較大時，排采階段劃分為煤層有、無越流補給兩種情況。①排采過程煤層無越流補給排采過程煤層無越流補給時，可分為以下四個階段：?飽和水單相流階段煤層氣井排采初期，井中液面開始下降，在幾乎與水平最大主應力方向大致平行的方向上，煤儲層改造效果較好，滲透率相對較高；而在幾乎與水平最小主應力方向大致平行方向上，煤儲層改造效果稍差些，滲透率相對較低。此時，可通過控制排采強度，使煤層氣井在四周壓力傳遞基本一致。在此階段，煤層裂隙中的水開始流動，極少量游離氣或溶解氣在裂隙系統(tǒng)中處于運移狀態(tài)，此階段以飽和水單相流為表征。目前十一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理Ⅱ非飽和水單相流階段隨著排采的進行，壓降幅度的增大，井底壓力下降，當儲層中的壓力降到臨界解吸壓力以下時，一定數(shù)量的煤層氣開始解吸，并形成氣泡，阻礙水的流動，水的相對滲透率開始下降，但此時氣體的量較小，無論在基質(zhì)孔隙中還是在裂隙系統(tǒng)中，氣泡都是孤立的，沒有互相連接，不能流動，此階段稱為非飽和單相流階段。Ш兩相流階段-井筒四周壓力幾乎平穩(wěn)傳遞。排采繼續(xù)進行，壓力進一步傳遞，煤層中有更多氣體解吸出來，氣體開始在裂隙系統(tǒng)中擴散，水相滲透率開始下降，氣相滲透率逐漸增大，產(chǎn)水量也隨之下降，直至氣泡相互連接，形成連續(xù)流線，產(chǎn)氣量隨之增多，此時，井筒四周壓力改造幾乎相等，壓力傳遞速度幾乎相等，此時處于兩相流的井筒周圍壓力平穩(wěn)傳遞階段。目前十二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理Ⅳ兩相流階段-壓力僅在某些方向傳遞壓裂儲層改造的非均衡性，隨著排采繼續(xù)進行，在井筒某些方向上，壓力傳遞到儲層改造的邊界，由于儲層改造后的滲透率與儲層原始滲透率差別較大，在未改造的儲層方向上壓力傳遞變慢甚至壓力不再傳遞，而僅在壓力改造較好的儲層繼續(xù)傳遞，此時壓力傳遞在井筒周圍發(fā)生變化，此階段稱為兩相流的壓力僅在某些方向傳遞階段。②排采過程煤層有越流補給時排采過程有越流補給時，若煤層與圍巖滲透率相差較大，在開始階段將一直排采圍巖中的水，直到形成井間干擾或出現(xiàn)補給邊界，圍巖中的水變得很少時，可把排采作為無越流補給看待。能否達到無越流補給狀態(tài)與圍巖供液能力、封閉邊界、煤層與圍巖滲透率關系、地應力、排采時間、經(jīng)濟效益等因素密切相關。目前十三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（3）煤層氣的生產(chǎn)特點煤層氣的產(chǎn)出可分為三個階段：Ⅰ為排水降壓階段，主要產(chǎn)水，同時伴隨有少量游離氣、溶解氣產(chǎn)出；當煤層壓力降至臨界解吸壓力以下時，進入第二階段。II即穩(wěn)定生產(chǎn)階段，該階段煤層甲烷分子迅速解吸，然后擴散到裂隙中，使氣的相對滲透率增加，水的相對滲透率減小，表現(xiàn)為氣產(chǎn)量逐漸增大，水產(chǎn)量逐漸減??；隨著采出水量的增加、生產(chǎn)壓差的進一步增大，煤層中含水飽和度相對降低，變?yōu)橐援a(chǎn)氣為主，并逐漸達到產(chǎn)氣高峰，水產(chǎn)量則相對穩(wěn)定在一個較低的水平上。Ⅲ為產(chǎn)量下降階段，隨著地層能量的衰竭，產(chǎn)氣量下降，產(chǎn)少量水或微量水。目前十四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理煤層氣生產(chǎn)井的氣、水產(chǎn)量變化曲線目前十五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（4）煤層氣開發(fā)的認識煤層氣排水階段水量的大小主要取決于煤層的地解比（地層壓力與臨界解吸壓力之比）和地層的滲透率，地解比較大，所需的壓降就較大，所要排的水量較多，地解比較小時，地層壓力與臨界解吸壓力值接近，水量較少。一定壓力條件下，煤儲層內(nèi)氣體的吸附與解吸處于動態(tài)平衡狀態(tài)，壓力的變化將破壞這種平衡，壓力下降，解吸作用加強，氣體得以解吸，但是壓力的持續(xù)下降并未導致氣體持續(xù)解吸，這與壓差的有效傳遞有關。在煤層氣井排采初期，只出水不出氣，因此在排采過程中，需要抽出大量的水，使煤儲層的壓力下降到煤層氣的解吸壓力以下，氣體開始解吸，井口開始產(chǎn)氣。目前十六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理2.煤層氣井排采關鍵因素分析煤層氣井生產(chǎn)控制的參數(shù)主要有：井底壓力、套壓、動液面、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量等動態(tài)參數(shù)。（1）井底壓力

井底壓力是指氣井在正常生產(chǎn)時所測得的井筒中煤層中部的壓力，是流體流經(jīng)儲層到達井底的剩余壓力。井底流壓是預測煤層氣井生產(chǎn)的一個基本要素，是進行有效人工舉升設計的一個關鍵參數(shù)，其重要性表現(xiàn)在以下兩個方面：①煤層氣井依靠排水降壓采氣，只有把井底壓力降到臨界解吸壓力以下時，才會發(fā)生解吸。②動液面的下降幅度，排水量大小的控制，工作制度的調(diào)整都要由合理的井底流壓來確定。目前十七頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（2）產(chǎn)氣量產(chǎn)氣量是生產(chǎn)監(jiān)測的核心內(nèi)容，主要表現(xiàn)在三個方面：①產(chǎn)氣量是煤層氣開發(fā)的最終目標，衡量煤層氣井開發(fā)成敗的重要指標，是計算經(jīng)濟效益的重要依據(jù)。②認識煤層氣藏的生產(chǎn)能力，了解生產(chǎn)動態(tài)和開發(fā)過程中產(chǎn)氣的變化規(guī)律，分析工藝技術措施效果。③分析產(chǎn)氣特征，為單井配產(chǎn)、排水采氣工藝設備設計、地面集輸系統(tǒng)設計提供依據(jù)。（3）產(chǎn)水量煤層水的產(chǎn)出體現(xiàn)在兩個方面：①煤層水的產(chǎn)出，給氣體的解吸提供了一定的空間，保證了氣體持續(xù)解吸；②煤層水的產(chǎn)水降低了煤儲層的孔隙壓力，使之低于解吸壓力，為氣體解吸提供了先天環(huán)境。目前十八頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理3.煤層氣井排采類型劃分1）單井排采單井開采的產(chǎn)氣機理是：開井排水形成壓降漏斗，在井底壓力大于臨界解吸壓力而小于原始地層壓力時，只有水的單向流動。目前十九頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理泄流半徑繼續(xù)增大，解吸漏斗繼續(xù)增大，原解吸漏斗范圍內(nèi)早已解吸的煤層氣開始滲流，形成氣和水的兩相滲流流動。目前二十頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理最后形成的解吸漏斗開始解吸，出現(xiàn)水的非飽和流動，泄流半徑以外的水不流動。目前二十一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理根據(jù)地下水的流態(tài)和壓力降落漏斗隨時間延續(xù)的發(fā)展趨勢，煤層氣單井的排采狀況可分為五種情況。煤儲層存在補給邊界煤儲層存在越流補給煤儲層存在阻隔邊界煤儲層無限邊界煤層氣井間干擾邊界目前二十二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（1）煤儲層存在補給邊界壓力降落漏斗隨著排采的繼續(xù)在上覆地層中不斷擴展，當其遇到張性斷層時，若該斷層與地表水或其他地下水層相溝通，這些水系的水就會通過斷層補給煤儲層。當補給量與抽出量相當時，壓力降落漏斗達到穩(wěn)定，不再擴展，煤儲層甲烷解吸停止，煤層氣井不再產(chǎn)氣。煤層氣存在補給邊界目前二十三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（2）煤儲層存在越流補給煤儲層的頂板或底板為弱透水層，且其相鄰的地層為含水層，此時煤儲層存在越流補給。煤儲層中壓力的降低使得鄰近含水層中的地下水通過頂板或底板補給煤儲層。壓力降落漏斗的擴大使得補給量不斷增加，當補給量與抽出量相當時，降落漏斗達到穩(wěn)定，不再擴展，煤儲層甲烷解吸停止，煤層氣井產(chǎn)氣終止。

煤層氣存在越流補給邊界目前二十四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（3）煤儲層存在阻隔邊界當煤儲層中存在隔水邊界(如逆斷層、推覆斷層等)時，隨著抽水時間的延續(xù)，降落漏斗不斷擴展。當降落漏斗擴展至隔水邊界時，由于隔水邊界無法補給或補給量小于抽出量，降落漏斗不再向遠處發(fā)展，而迅速加深，煤儲層壓力快速下降，甲烷大量釋放，井口表現(xiàn)為氣產(chǎn)量大增。若煤層周圍都為隔水邊界且無越流補給，煤層壓力將最終接近井底壓力，整個系統(tǒng)壓力平衡。（4）煤儲層無限邊界當煤層氣井附近不存在斷層、含水層時，隨著抽水時間的延續(xù)，降落漏斗不斷擴展。當降落漏斗擴展一定程度，降落漏斗不再向遠處發(fā)展，而降落漏斗也不明顯加深，煤儲層壓力緩慢下降，甲烷少量緩慢釋放，井口表現(xiàn)為氣產(chǎn)量長期穩(wěn)定低產(chǎn)。目前二十五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（5）煤層氣井間干擾邊界當煤層氣井附近存在其它煤層氣井時，隨著抽水時間的延續(xù)，降落漏斗不斷擴展。當降落漏斗擴展一定程度，臨近井的降落漏斗之間開始相互干擾，從而使降落漏斗聯(lián)系到一起，不斷共同擴大，煤儲層壓力快速下降，甲烷大量釋放，井口表現(xiàn)為氣產(chǎn)量長期穩(wěn)定高產(chǎn)。通常煤層氣井屬于無越流補給，且煤層水平無限延伸（附近無補給邊界或給水邊界）這種情況。煤層氣井隨著抽水的延續(xù)，煤層中的壓力降落漏斗不斷擴大和加深，但其擴展速度變慢，逐漸趨于穩(wěn)定。其排水降壓過程一般可以分為初期定流量排水和后期定降深排水兩個階段。

目前二十六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理2）井群排采開井排水，壓力下降到解吸壓力以上形成壓降漏斗，但只有單相水流動，與單井開采相同。

繼續(xù)排水，壓力下降到解吸壓力以下，未達到井間干擾，解吸漏斗內(nèi)的氣解吸，形成水的未飽和流動，這時也與單井開采相同。

目前二十七頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理當相鄰井的泄流半徑之和大于井距時，由于井間干擾，井間壓力都下降到臨界解吸壓力以下，井間都開始解吸氣，同時先前解吸的氣擴散、溶解、滲流，形成兩相流動。當井間壓力都下降到井底壓力；井間的氣全部解吸、擴散、溶解、滲流，形成大面積的解吸和兩相流動。目前二十八頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理二、煤層氣排水采氣設備煤層氣排采設備可分為有桿類排采設備和無桿類排采設備兩類。有桿泵又可分為抽油桿往復運動類（如游梁式和無游梁式抽油機）和旋轉(zhuǎn)運動類（如電動潛油泵）。排采設備的選擇主要取決于井深、井底壓力、水的流速及氣的流速（1）梁式泵梁式泵也稱有桿泵，由以下幾部分組成：地面部分為游梁式抽油機、由電動機、減速箱和四連桿機件組成；井下部分為抽油泵（多為管式泵），它懸掛在套管內(nèi)油管的下端；聯(lián)系地面和井下的中間部分為抽油桿。

目前二十九頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理目前三十頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（2）螺桿泵螺桿泵是一種新型采液裝置，與連桿傳動的梁式泵不同，螺桿泵是用旋轉(zhuǎn)桿傳動的，主要由地面?zhèn)鲃友b置、抽油桿和井下泵三部分組成，地面?zhèn)鲃友b置包括一臺電動機和皮帶輪，來驅(qū)動抽油桿和井下泵。螺桿泵設備具有不間斷抽排的特點，從防砂排粉、平穩(wěn)降液及控制井底壓力方面來考慮具有優(yōu)越性。但當產(chǎn)氣量過高時，螺桿泵易于損壞。螺桿泵作業(yè)時要求液體應能擴散掉因轉(zhuǎn)子和定子之間摩擦產(chǎn)生的熱量。螺桿泵目前三十一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（3）電潛泵電潛泵是浸沒在被泵送介質(zhì)中的離心泵，由一臺井下電動機和離心泵組成，電動機和泵體安裝在油管末端，通過纏繞在油管上的電纜提供電力。由于井內(nèi)流體在通過電動機進入離心泵時可起到冷卻電動機的作用，因此，離心泵應置于產(chǎn)層之上且一定不要將井抽干。目前三十二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理目前三十三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理

三類泵排水采氣方法對比表目前三十四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（4）射流泵井底射流泵使用擴散或收縮形噴嘴裝置形成高壓流體，向地層流體中傳遞動能。常見的射流泵由于其環(huán)空容積小、易固相堵塞等原因，在煤層氣開采中難以應用。射流泵處理煤粉的能力較差，已形成煤粉堵塞，而且射流泵僅適用于開采初期井底壓差較高條件下。（5）液面監(jiān)測設備由于煤層壓力系數(shù)低，解吸壓力也低，準確監(jiān)測動液面的深度對排采的診斷與決策是非常重要的?，F(xiàn)場常選擇易操作、精度高的液面監(jiān)測儀(如SHD-3診斷儀等)。此外，排采中還應根據(jù)實際需要選擇油管、抽油桿、動力設備等其它相關設備。目前三十五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理三、煤層氣井智能控制排采技術1.煤層氣井智能控制原理智能控制系統(tǒng)是指具備一定智能行為的系統(tǒng)，具體來說就是，對于一個問題的激勵輸入，系統(tǒng)具備一定的智能行為，能夠產(chǎn)生合適的求解問題的響應，這樣的系統(tǒng)便成為智能系統(tǒng)。（1）智能控制系統(tǒng)的結構及自適應控制傳感器包括位置傳感器、力傳感器等。感知信息處理將傳感器得到的原始信息加以處理。認知部分主要接受和儲存知識、經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，并對他們進行分析、推理，做出行動的決策，送至規(guī)劃和控制部分。通訊接口除了建立人-機之間的聯(lián)系外，也建立系統(tǒng)各模塊之間的聯(lián)系。規(guī)劃和控制是整個系統(tǒng)的核心，它根據(jù)給定的任務要求，反饋的信息及經(jīng)驗知識，進行自動搜索、推理決策、動作規(guī)劃，最終產(chǎn)生具體的控制作用。目前三十六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理自適應控制是一種解決系統(tǒng)不確定性問題的方法。簡單的說，自適應控制系統(tǒng)能適應系統(tǒng)的環(huán)境條件或?qū)ο筇卣鞯淖兓?，根?jù)對可達的輸入輸出量的在線觀測信息，自動校正或調(diào)整控制器的參數(shù)和性能，使系統(tǒng)保持在最優(yōu)的或滿意的工作狀態(tài)。智能控制系統(tǒng)的典型結構參數(shù)自適應自組織控制目前三十七頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（2）煤層氣井電潛泵智能控制原理電潛離心泵控制排采系統(tǒng)根據(jù)煤層氣井井底流壓變化規(guī)律和排采規(guī)律，地面人工預先設定液面下降速度值，控制系統(tǒng)根據(jù)井下壓力計采集的流壓變化情況，采取“控制液面排水”法，即通過調(diào)整流量，使液面按要求以恒定速度下降。對于排采過程中液面下降不易控制問題，應用閉環(huán)控制技術予以解決。

智能控制原理圖目前三十八頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理2.煤層氣井控制排采系統(tǒng)（1）系統(tǒng)組成和結構煤層氣井控制排采系統(tǒng)主要由煤層氣專用離心泵、潛水電機、壓力計、動力電纜、壓力計電纜、繞絲篩管、扶正器、離心泵專用井口、控制柜等組成?？刂婆挪上到y(tǒng)組成及結構目前三十九頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理1）煤層氣專用離心泵煤層氣井電潛離心泵由多級離心葉輪、導殼和泵軸、泵殼體、上下接頭組成。多節(jié)泵可以通過連接法蘭和花鍵套串接，以滿足揚程的需要。導輪結構示意圖離心泵結構示意圖目前四十頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理2）潛水電機潛水電機為兩極三相鼠籠式異步電動機，由定子、轉(zhuǎn)子、軸承及接頭等構成。電機轉(zhuǎn)子主要是為電機提供電磁轉(zhuǎn)矩。電機中的軸承采用滑動軸承結構，它包括一個用于承載轉(zhuǎn)子重量的止推軸承和多個徑向軸承，徑向軸承主要是保證電機定子和轉(zhuǎn)子保持一定的間隙及轉(zhuǎn)子軸的順利轉(zhuǎn)動。電機聯(lián)接接頭主要用于電機同保護器連接及多節(jié)電機時串接使用。潛水電機采用多節(jié)串接方式，按所需功率大小，分別制成上節(jié)電機、中節(jié)電機、下節(jié)電機，電機功率為多節(jié)電機功率之和，電壓為多節(jié)電機電壓之和，便于使用中選擇。目前四十一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（2）地面控制系統(tǒng)地面控制柜采用先進的遠距離變頻控制技術，控制柜包括控制器、觸摸屏、升壓變壓器、變頻器、正弦濾波器、防浪涌保護器、斷路器、24V開關電源、無線數(shù)傳模塊等組件。控制柜內(nèi)部安裝有防浪涌保護器，可以在雷電天氣下正常工作，有效預防因雷電而導致系統(tǒng)癱瘓的情況發(fā)生。在變頻器的輸出端安裝了正弦濾波器，為遠距離控制煤層氣井電潛離心泵，提供了良好的電壓波形。變頻控制系統(tǒng)示意圖目前四十二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（3）井下信號采集及傳輸系統(tǒng)沁水地區(qū)井底壓力監(jiān)測主要通過兩種方式進行監(jiān)測：一種方式通過井下壓力計實時連續(xù)讀??；另一種是通過測動液面，進行井底壓力折算。數(shù)字式電子井下壓力監(jiān)測系統(tǒng)主要包括三部分：①井下設備，包括壓力傳感器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，依靠電纜供電并傳輸信號；②井筒設備，包括鎧裝電纜、扶正器、電纜卡子、儀器卡座、儀器托筒等；③井口設備，包括地面數(shù)據(jù)存儲單元及微型蓄電池供電單元，負責數(shù)據(jù)觀察、數(shù)據(jù)存儲并向電子壓力計提供直流24V電源。目前四十三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理（4）智能控制排采系統(tǒng)功能1）軟啟動功能變頻控制系統(tǒng)采用變頻器啟動時，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下。2）升壓穩(wěn)壓功能升壓變壓器有425V、450V、475V、500V四檔，根據(jù)現(xiàn)場的電源電壓情況和井深，選擇合適的檔位，同時合理設置變頻器，控制變頻器的輸出電壓，以達到升壓穩(wěn)壓的目的，使電機工作在合適的電壓范圍內(nèi)（340～420V）。目前四十四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理3）控制功能

該系統(tǒng)的控制功能包括三方面：①手動控制。可根據(jù)現(xiàn)場的實際排采情況，通過手動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而改變電機轉(zhuǎn)速來控制電潛泵的排量；②自動控制。根據(jù)排采制度的要求，設定液面的下降速度，控制器按照下達的指令，自動控制變頻器的輸出頻率，最終使實際的液面下降速度與設定值一致，達到連續(xù)、平穩(wěn)降液面的目的；③遠程控制。通過安裝無線數(shù)傳通訊模塊，對電潛泵進行遠程啟停操作和運行參數(shù)的調(diào)節(jié)。4）數(shù)據(jù)采集功能該系統(tǒng)能夠準確錄取各類數(shù)據(jù)信息，從而對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)控和分析，采集的數(shù)據(jù)主要包括電機運行頻率、電機運行電流、井下溫度、動液面、井底流壓、套壓、瞬時氣量、出水流量等。目前四十五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第一節(jié)煤層氣開采方法與原理3.控制排采系統(tǒng)配套設備（1）控制排采系統(tǒng)電壓升壓穩(wěn)壓設備該設備由升壓變壓器、變頻器和濾波器組成，在電網(wǎng)電壓波動或負載沖擊時，均保證穩(wěn)壓輸出，無波形失真，電壓線性調(diào)節(jié)，超載能力強，可長期連續(xù)工作，并設有過壓，欠壓、過載、短路、相序、缺相等自動保護。（2）控制排采系統(tǒng)回流裝置該裝置在井口加裝回流管三通，將回流管緊靠油管下至壓力計處，回流管的另一端接進回流控制柜，通過改變電磁閥的開度來對回流量進行調(diào)節(jié)。目前四十六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度

一、排水降壓的階段排水降壓過程可分為定流量排水與定降深排水兩個階段。定流量排水是指通過控制排水流量，每天以恒定的流量排采。定降深排水是指通過液面信號控制流量，使井下液面按要求以恒定的速度調(diào)整（升降）。二、排采工作制度常規(guī)油氣井合理的工作制度是通過系統(tǒng)試井和試采資料來確定的。由壓力帶來的煤儲層傷害應該通過控制壓力變化的方法來解決或緩解，故提出逐級降壓排采工作制度。該制度的指導思想是：在排采時，分級逐次降低煤層氣井的井底流壓。目前四十七頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度

煤層氣采氣工作制度建立的原則確定煤層氣井排采工作制度的指標是：泵掛深度、泵徑、沖程、沖次。確定指標的原則是在滿足排液的前提下優(yōu)先考慮使用小泵徑、長沖程和小沖次。優(yōu)點：①可充分利用泵筒的有效長度，按比例地增加泵的排量；②可降低單位時間內(nèi)的沖程次數(shù)，減少振動載荷，改善示功圖形狀；還可減輕抽油桿磨損，從而延長其使用壽命；③由于沖次減少，使得柱塞自上死點到下死點的時間增加，使煤層產(chǎn)出的砂及煤粉等有充分時間沉降；④上沖程時柱塞運行速度變慢，有利于增強氣、砂錨的防氣和防砂效果，從而減輕泵的磨損，延長檢泵周期及泵的使用壽命。目前四十八頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度

排采制度主要有定壓和定產(chǎn)排采兩種定壓排采制度：核心是如何控制好儲層壓力與井底流壓之間的生產(chǎn)壓差；關鍵是控制適中的排采強度，保持液面平穩(wěn)下降，保證煤粉等固體顆粒物、水、氣等正常產(chǎn)出。排采過程中的“定壓制度”主要是通過調(diào)整產(chǎn)水量以控制動液面來控制儲層壓力與井底流壓的壓差。定產(chǎn)排采制度：根據(jù)地層產(chǎn)能和供液能力，控制水、氣的產(chǎn)量，以保障流體的合理流動。適用于穩(wěn)產(chǎn)階段。定產(chǎn)制度可以通過改變套壓或動液面來控制井底壓力以實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。目前四十九頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度2.舉升工藝的選擇人工舉升煤層氣方式主要有抽油機+有桿泵、螺桿泵、氣舉、電動潛油泵、水力氣泵。人工舉升煤層氣方式比較目前五十頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度氣舉可分為氣舉凡爾法和柱塞法兩種。氣舉凡爾法是用高壓氣源向井內(nèi)注水，以氣混水將井內(nèi)的水及甲烷排出井筒至地面。氣舉管柱有管式（開式、半閉式、封閉式）、雙管并列式、雙管同心式三種結構。柱塞氣舉既可氣井自身能量，亦可靠注入氣補充能量來推舉油罐內(nèi)的柱塞，將柱塞以上的液體排到地面上來。人工舉升示意圖目前五十一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度氣舉開采的優(yōu)點：靈活的設計開采速率；可以用鋼纜進行回收作業(yè)；整個有關區(qū)域完全敞開，與氣層充分接觸；一個空氣壓縮機可以同時為單一井口或多個井口進行供氣作業(yè)。氣舉開采的缺點：需要提供高壓氣源；高粘度流體條件下，工作性能較差；目前五十二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度（1）抽油機的選擇步驟①根據(jù)煤層氣井預測的最大產(chǎn)水量初步確定泵徑、沖程和沖數(shù)；②根據(jù)煤層氣井在預測最大產(chǎn)水量下需要的泵深和抽汲參數(shù)設計抽油桿組合；③由已選出的泵徑、沖程、沖次組合及抽油桿柱計算懸點最大載荷和減速箱輸出軸扭矩；④根據(jù)計算得出的最大載荷和扭矩及選用的沖程和沖次，選出需要的抽油機型號；⑤初選后，再進行參數(shù)配合及抽油機和抽油桿柱的校核，如校核不合格，則調(diào)整后重新校核。目前五十三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度（2）泵的選擇泵是在氣、水兩相流體中工作，通常影響泵工作的主要因素有腐蝕、液擊、氣鎖、砂卡、結垢等。管式泵以其結構簡單、成本低、排量調(diào)節(jié)范圍大的特點，在現(xiàn)場得到廣泛的應用。目前常采用的泵掛結構（自下而上）為：絲堵+沉砂管+氣錨+管式泵+生產(chǎn)油管+井口懸掛裝置?，F(xiàn)場應用中選用有桿泵應注意以下三點：

1）由于淺煤層的壓力較低，應盡可能將泵下至最深的產(chǎn)氣煤層，以使液面抽至最低的射孔眼或割縫以下，盡可能降低井筒中的靜液柱壓力，以最大限度提高井的產(chǎn)氣量；

2）泵在井筒液體中的沉沒度要盡可能大，以減少進入泵中的氣量；

3）在美國黑勇士盆地中，有些煤層氣井安裝了“無鎖”桿式泵，以防氣鎖現(xiàn)象的發(fā)生。目前五十四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度（3）生產(chǎn)壓差的選擇

①初選的生產(chǎn)壓差：要以不破壞煤層的原始狀態(tài)，不使煤層的割理系統(tǒng)受到損害，避免造成煤層大量出砂和煤粉以及煤層的坍塌為原則。②使泵的排液能力與煤層的供液能力相適應，充分利用地層能量，保證環(huán)空液面均勻緩慢下降或穩(wěn)定。③套壓的控制：放大油嘴，套壓下降，氣量上升；反之，減小油嘴，套壓上升，生產(chǎn)壓差減小。對有一定產(chǎn)氣量的井，油嘴在2-6mm之間為好。綜合考慮，排液時井口壓力不應低于0.01MPa。目前五十五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度（4）下泵深度選擇排采初期，基本以排壓裂液為主，產(chǎn)液量較大，因而，泵掛不宜過深，過深則易造成煤粉和砂卡泵；排采的過程中，根據(jù)實測的動液面確定適當?shù)纳a(chǎn)壓差，當環(huán)空液面下降逐漸相對穩(wěn)定的情況下，泵才能下至煤層中部以下30~40m。（5）洗井與沖砂洗井與沖砂是為了沖掉并攜帶出套管壁上的泥餅和井底的沉砂等雜質(zhì)，避免射孔后堵塞孔眼，污染油氣層。洗井和沖砂可采用清水或鉆井液來進行。為了減少傷害可采取以下措施：1）對洗井液體進行優(yōu)化，使用過濾后的地層排出液或用優(yōu)化后的活性水洗井；2）一律采用正洗或正沖的方式；3）對漏失量很大的井，采用氣舉法進行沖砂。目前五十六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度三、排采曲線分析（1）排采連續(xù)性對產(chǎn)氣量的影響煤層氣井的抽排應連續(xù)進行，使液面與地層壓力持續(xù)穩(wěn)定下降，防止地層壓力回升，使甲烷在煤層中再吸附。另外長期關井，裂隙容易再次被水充填，阻礙氣流。JS1井排采曲線圖排采初期，排出的主要是水，氣量極小，但水產(chǎn)量下降較快。當井底流壓達到2.8MPa時，氣產(chǎn)量急劇上升，而水產(chǎn)量對壓差的敏感性不大。繼續(xù)降壓，當井底流壓達到1.6MPa時．出現(xiàn)產(chǎn)氣高峰，并有一段相對穩(wěn)定時間。再繼續(xù)降壓，氣產(chǎn)量則急劇下降，因此在圖中出現(xiàn)了明顯的拐點。

目前五十七頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度（2）排采強度對支撐裂縫的影響由于煤層的低滲透特性，一般首先要經(jīng)過壓裂改造，形成一條氣水容易流通的通道，壓后裂縫的有效支撐，對煤層氣產(chǎn)出具有重要作用。在裂縫尚未完全閉合時，井底壓差過大會引起砂子的流動，影響壓裂效果。（3）抽排強度對排采效果的影響由于煤質(zhì)較脆，易碎、易坍塌，煤粉及煤層其它顆粒易產(chǎn)生運移等特點，若抽排強度過大易引起煤層激動，使裂隙產(chǎn)生堵塞效應，降低滲透率，妨礙煤層整體降壓，影響煤層的開采效果。煤粉、顆粒的產(chǎn)出也可能堵塞孔眼，同時出砂、煤屑及其它磨蝕性顆粒也會影響泵效，并對泵造成頻繁的故障，使作業(yè)次數(shù)和費用增加。目前五十八頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度（4）生產(chǎn)壓差對煤層滲透率的影響隨著流體的產(chǎn)出，孔隙壓力降低，裂縫支撐點壓力增加，支撐處煤巖被壓縮，裂縫寬度減小，滲透率降低。如果裂縫支撐應力達到地層臨界閉合應力，則裂縫會閉合。由于煤層甲烷氣解吸、擴散過程導致了煤層氣滲流的滯后性，氣體無法及時排出，基質(zhì)收縮率變小，從而使?jié)B透率變小，導致采氣量下降，影響煤層的降壓效果。（5）井底流壓對煤層氣產(chǎn)量的影響較低的井底流壓，使煤的表面壓力下降快，有利于增加氣的解吸速度和解吸氣體量。井底壓力降到一定程度，低滲透率的煤層無法將壓力傳遞到煤層的更深處。井筒附近煤層壓力過低，有效應力增加，引起局部煤層的滲透能力下降，使產(chǎn)氣高峰期縮短，影響氣體的采收率；而水產(chǎn)量較小，受影響不大。目前五十九頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度四、沁水盆地晉平2井組排水采氣分析1.晉平2-2井排水采氣情況晉平2-2井的排采分為三個階段：第一階段是排水降壓階段，該階段累計產(chǎn)水114.9m3，開始產(chǎn)氣時液面深度為233m，折算解吸壓力為2.23MPa；第二階段是波動生產(chǎn)階段，液面由233m下降到371m，套壓在0～0.34MPa范圍內(nèi)變化；該階段累計產(chǎn)水220.6m3，累計產(chǎn)氣44406m3；第三階段是穩(wěn)定生產(chǎn)階段，液面由364m下降到452m，套壓在0.19～0.24MPa范圍內(nèi)變化，該階段累計產(chǎn)水449m3，累計產(chǎn)氣40760m3，該階段排采情況基本穩(wěn)定，工作制度變化不大，沖程一直是1.5m，沖次在1～1.5次/min之間變化，水樣清澈，日產(chǎn)氣較小，最高只有542m3。目前六十頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度晉平2-2井煤層開始解吸產(chǎn)氣前會出現(xiàn)三種現(xiàn)象：一是液面突然上升；二是產(chǎn)水量大幅增加；三是測液面雜波影響嚴重。

晉平2-2井出現(xiàn)以上三種現(xiàn)象的原因是：在原始煤層中，沒有可釋放的空間，氣體吸附于煤基質(zhì)內(nèi)表面，煤層水充滿煤層的孔隙和裂隙中；當?shù)貙訅毫ο陆?，地層水伴隨少量游離氣向井筒滲流；隨著排采時間的延長，煤層水大量排出；隨著壓降漏斗的不斷擴大，吸附氣開始解吸；解吸氣進入油套環(huán)空后，造成井內(nèi)液體混氣而密度降低；目前六十一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度為平衡煤層壓力，液面就要相應地升高；同時在氣體作用下，地層水大量流向井底，使得液面升高，產(chǎn)水量增加；快速解吸的氣體大部分通過油套環(huán)空排出，當大量氣體涌向井口時，造成井內(nèi)液體混氣而密度降低，推動環(huán)空液柱，在液面上形成氣泡，并快速溢出流向井口，氣體在環(huán)空流動的聲音會產(chǎn)生一種聲波，對高壓氮氣做聲源的液面測試儀影響很大，產(chǎn)生雜波，影響液面的正常測試。2.晉平2-4井排水采氣情況晉平2-4井的排采可分為兩個階段：第一階段是排水降壓階段，該階段累計產(chǎn)水379.2m3，累計產(chǎn)氣478.9m3；第二階段是產(chǎn)氣階段，液面為374m～465.7m，套壓0.64～0.22MPa，該階段累計產(chǎn)水504.1m3，累計產(chǎn)氣20577.2m3，該階段工作制度變化不大，沖程一直1.8m，沖次2～2.3次/min，日產(chǎn)水變化較大，水樣清澈，日產(chǎn)氣最高只有675.3m3。目前六十二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第二節(jié)煤層氣井排采工作制度晉平2-4井開始解吸時，井底流壓和動液面遠遠低于晉平2-2井開始解吸時的井底流壓和動液面，究其原因主要有三方面：（1）在鉆井過程中劃出新井眼，新盲眼比洞穴低1.5m，比原井眼低2.5m，新井眼未能與晉平2-4井直接匯通。（2）鉆井時，與洞穴交匯時的施工不理想，后采用高壓20MPa強行擊穿與洞穴之間的煤層，才交匯成功，由此可判斷洞穴與主支之間可能存在一些碎屑堵塞，使連通性能變差，嚴重影響了壓降漏斗的形成與擴大，只有進一步降低液面，才可在距離井筒較遠的煤層形成壓降漏斗。（3）鉆井液漏失嚴重，對煤層產(chǎn)生嚴重污染。目前六十三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施一、煤層壓裂（一）煤層壓裂的特殊性煤層氣壓裂的機理：通過高壓驅(qū)動液流，將液流擠入煤層原有和壓裂后出現(xiàn)的裂縫內(nèi),使這些裂縫變寬、變長，進而在煤中產(chǎn)生更多的次生裂縫和裂隙，增加煤層的滲透率。煤儲層通常以多個煤層組形式存在，各組之間或相距很近或相距很遠，這一特征加上煤巖本身易碎以及煤層具有吸附的特性，使得煤層壓裂與常規(guī)儲層壓裂之間存在一些差異。1.煤粉煤是易碎物質(zhì)，壓裂時會產(chǎn)生大量的煤粉，并可延續(xù)到生產(chǎn)階段，導致流通能力下降，甚至充填二、三級割理，降低滲透率。目前六十四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施2.壓裂液對儲層的傷害壓裂液對煤層的傷害會導致滲透率的下降，其原因包括壓裂液的吸附作用引起煤基質(zhì)膨脹和堵塞割理，而堵塞割理系統(tǒng)會限制煤層氣的解吸。隨著壓裂液在煤樣中侵泡時間增長，煤樣對壓裂液的吸附量增大。導致壓裂液對煤儲層的傷害程度加重的因素：第一，壓裂液經(jīng)垂直裂縫向薄煤層中侵入的距離較長；第二，單流閥效應引起孔隙壓力下降，割理閉合，導致侵入的壓裂液滯留其中。目前六十五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施3.處理壓力過高現(xiàn)象造成壓裂處理壓力過高的原因可能包括：第一，井眼失穩(wěn)、或射孔產(chǎn)生碎屑，疏松的煤碎片會推遲壓裂裂縫的產(chǎn)生。第二，煤粉堵塞裂縫，煤粉和煤碎片的聚集會阻擋壓裂液前緣，從而改變裂縫的方向。第三，形成彎曲裂縫通道，增大了壓裂液在流動時的壓降。第四，形成多裂縫網(wǎng)絡，欲使主裂縫擴張，需要較高的壓力。第五，縫端出現(xiàn)煤粉。第六，井眼附近孔隙壓力上升。

目前六十六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施上圖直觀地描述了壓裂處理壓力過高的機理，各機理或同時作用或單獨作用。其中，孔隙彈性效應在井眼附近產(chǎn)生碎屑、井眼附近及外圍形成的彎曲裂縫通道和多裂縫網(wǎng)絡可能是主要原因。目前六十七頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施4.濾失現(xiàn)象一般情況下，對煤層進行壓裂時，壓裂液的濾失現(xiàn)象相當嚴重。其負作用主要包括:第一，限制裂縫延伸；第二，降低壓裂效率；第三，極易傷害產(chǎn)層；第四，增大脫砂的可能性。巖心分析表明，壓力較高時，濾失量加大。如果采用濃度240kg/m3的100目砂，將有助于濾餅的形成，從而降低濾失量。此外，正確選擇支撐劑尺寸和合理的泵注程序，對限制復雜裂縫擴張和濾失現(xiàn)象非常重要。目前，氮泡沫在煤層壓裂中的應用有上升趨勢。

目前六十八頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施（二）煤層氣井的壓裂設計1.煤層壓裂方案現(xiàn)場實踐證明，應選擇煤層穩(wěn)定、單層厚度大于0.6m、煤層埋藏淺、煤層物性好、裂隙發(fā)育、含氣量高(煙煤或半煙煤)的井進行壓裂。S.A.Holditch等人根據(jù)實踐經(jīng)驗，將煤層壓裂方案分為四種類型：第一種煤層特點-淺煤層，會產(chǎn)生水平裂縫；第二種煤層特點-薄煤層序列，會產(chǎn)生平面垂直裂縫；第三種煤層特點-單一厚煤層，壓裂裂縫將完全限制在煤層內(nèi)，同時可能產(chǎn)生復雜裂縫系統(tǒng)；第四種煤層特點-在壓裂初期，裂縫限制在煤層內(nèi)，到壓裂后期，裂縫開始垂直向界面擴張。目前六十九頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施（1）淺煤層中的水平裂縫

這種情況最小應力是垂直方向的，因此水力裂縫最初是水平板狀或平行于煤層的。對于這種煤層主要采取以下壓裂措施：1)水平裂縫可以用限流法壓裂，又可用機械分流法壓裂，使每一煤層得以徹底改造。2)建議不要使用交聯(lián)液。3)井底施工壓力梯度應大于0.023Mpa/m。

淺煤層中的水平裂縫目前七十頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施（2）多層、薄煤層中單一垂直裂縫

多層、薄煤層中單一垂直裂縫的特點是：1)裂縫延伸壓力梯度小于0.023MPa/m；2)單一、盤狀、垂直裂縫將切割幾個煤層可用常規(guī)三維壓裂設計模型進行壓裂模擬；3)濾失通常不成問題，并且常規(guī)壓裂的前置液量可用于這種煤層壓裂；4)稠化液、延遲交聯(lián)液(或泡沫壓裂液)也可用于這種壓裂施工，但要慎用。多層、薄煤層中的垂直裂縫目前七十一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施（3）單一厚煤層中的復雜裂縫系統(tǒng)這種情況是煤層壓裂特有的，在施工過程中的最大特點是較高的施工壓力，并且增長很快，一直到施工結束。在這種情況下一般很難加入大量的支撐劑。施工壓力高主要是多條垂直裂縫或是近井地帶的“T”形縫造成的。單一煤層中的復雜裂縫目前七十二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施高施工壓力與煤層壓裂施工的關系

1）滑動帶影響?；瑒訋Мa(chǎn)生在緊接人工裂縫端的高裂隙發(fā)育區(qū)。裂縫頂端應力集中，產(chǎn)生滑動帶，并吸附能量，使裂縫延伸。

2）孔隙彈性影響。由于液體濾失較高，背景應力在壓裂過程中有所增長，同時注入壓力也將升高。

3）煤粉阻塞裂縫端部。如果產(chǎn)生了大量煤粉，即可集中在裂縫端部阻止裂縫延伸。

4）混在壓裂液中的煤粉增加了壓裂液的濃度。此種影響盡管較小，但是仍使注入壓力稍有增加。解決高壓、高濾失，應采取以下措施:①在壓裂施工過程中，加大泵注排量以消除高濾失的影響；②加入高粘液體等防濾失措施補償液體濾失。目前七十三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施（4）厚煤層中的復雜裂縫延伸到圍巖中這種情況包括了以上三種情況，因此它包括了前述所有的裂縫幾何形狀。超壓的增長起源于復雜的裂縫形狀，垂直裂縫部分可以開始在圍巖中。如果產(chǎn)生這種現(xiàn)象，液體流入圍巖層會在煤層中產(chǎn)生裂縫，減小縫寬。如果在垂直縫開始產(chǎn)生時，即泵入高砂比的攜砂液，就會導致脫砂。對于這種情況，施工必須要準備超量的壓裂液，如果裂縫垂直部分開始延伸，就要重新打前置液，如果重新注入了前置液，則必須注入足夠的量來擴張裂縫，使裂縫足夠大，然后再加入支撐劑。目前七十四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施2.煤層氣井壓裂設計在煤層壓裂設計過程中，必須首先進行壓裂前的地層評價和微型壓裂測試，以便提取必要的設計參數(shù)。其中，地層評價包括提取巖心、測井和地層測試等資料，分析煤層特性參數(shù)、地層應力與應力特性等；微型壓裂測試通過小型壓裂實驗獲取現(xiàn)場動態(tài)測試結果，了解地層參數(shù)對壓裂措施產(chǎn)生的影響。這些結果將作為壓裂模擬與設計參數(shù)的主要參考資料。目前七十五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施(1)選擇裂縫模型進行壓裂設計在掌握了大量基礎信息之后，選擇模擬參數(shù)并運行手冊中的COALFRAC模型，計算在各種壓裂處理條件下裂縫的長度和寬度。COALFRAC模型中四種裂縫形式：第一種：水平徑向裂縫，適于第一種煤層特點；第二種：固定高度的(二維)垂直裂縫，適于第三種煤層特點；第三種：不定高度的(三維)垂直裂縫，針對第二種煤層特點，如果邊界層能限制裂縫在縫高方向上的擴張，就采用這種形式；否則，應該選用第四種形式；第四種：扁平型(徑向)垂直裂縫。實際應用結果表明，地應力是控制裂縫擴張的主要因素，因此通?？梢砸缘貞橐罁?jù)選用裂縫模型。目前七十六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施根據(jù)地應力選擇裂縫模型目前七十七頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施(2)壓裂液的選擇壓裂液分為前置液、攜砂液及頂替液。一般為2%氯化鉀防膨液。壓裂液添加劑的優(yōu)選：①稠化劑在國外，煤層氣井成功的壓裂一般選擇肌膠和注丙基肌膠作為稠化劑。②交聯(lián)劑交聯(lián)劑的作用是使稠化劑溶液中的稠化劑分子迅速形成長鏈，粘度迅速增加，提高液體的造縫和攜砂能力。煤層氣井地溫低，破膠問題尤為突出。交聯(lián)劑有高、中溫之分，關鍵在于交聯(lián)劑于稠化劑分子鏈上的順式羥基結合的牢固程度，結合的愈牢固抗溫性能越強，這將導致低溫下破膠困難。選擇貨源充足、價格較低的硼砂作為交聯(lián)劑比較理想。目前七十八頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施③粘土穩(wěn)定劑

常用氯化鉀作為粘土穩(wěn)定劑，同時為了滿足裂縫監(jiān)測的需要，往往加大氯化鉀的濃度，以提高地層的導電性能。如吳試1井壓裂液礦化度高達30000mg/l。④pH值調(diào)節(jié)劑

加入pH值調(diào)節(jié)劑的作用是改變壓裂液體系的酸堿性，目的是為了保證壓裂液與煤層配伍，降低對煤層的傷害，提高壓裂液的攜砂能力。⑤破膠劑與活化劑

目前用于煤層的破膠劑是過硫酸鋇和CH-2低溫活化劑。加入量可根據(jù)不同地區(qū)不同煤特性及工藝的要求進行優(yōu)化。目前七十九頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施(3)支撐劑的選擇選擇支撐劑時，主要應考慮以下因素：第一，支撐劑回流問題；第二，支撐劑應能深侵煤層；第三，能夠最大限度地降低煤粉回流影響；第四，強度和成本。大直徑的支撐劑比小直徑的支撐劑滲透性好，但最好選用小粒徑的支撐劑，它可以進入到地層深部，使更多裂縫相聯(lián)。理想的支撐劑應當具備的特點是：密度小、強度大、圓球度高、在高溫水中呈化學惰性。目前八十頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施3.現(xiàn)場施工現(xiàn)場壓裂設備包括：砂罐車、混砂車、輸砂器、管匯車、壓裂泵車、儀表車、液氮車及壓裂井口。壓裂現(xiàn)場設備目前八十一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施現(xiàn)場施工時，應注意以下三個步驟：作業(yè)之前，應先將各壓裂泵車排空，關閉壓裂井口總閥門試壓，一般試壓壓力比預測最高壓力高6.89MPa，并檢查管線及設備有無刺漏，10~15min后放壓。壓裂作業(yè)時，液體和支撐劑是強迫供給混砂罐的，混砂罐將液體和支撐劑混合均勻后，由混砂車排出，經(jīng)密度計監(jiān)測后，強迫供給6-8臺壓裂泵車吸入膠管管匯。進行泵注時，首先以低排量向井筒內(nèi)泵入液體，直到壓力開始上升，說明此時井眼已經(jīng)被液體充滿。此時提高排量(井口壓力會相應上升)直至壓開煤層(此破裂壓力通常從地面壓力自動記錄儀上不易明顯看出，因為其壓力測量裝置有很高的阻尼)。煤層一旦被壓開，排量穩(wěn)定在全部壓裂車調(diào)到合適的排量之后，開始對前置液計量，若設計要求錄取瞬時停泵資料時，可在前置液泵注一部分之后進行。目前八十二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施水力壓裂的具體施工工序如下：4.壓裂效果評價煤層壓裂后的效果綜合評價將由裂縫檢測與診斷和宏觀效果評價兩部分組成。裂縫檢測與診斷通常采用微震檢測、測斜儀實時監(jiān)測、測井跟蹤和壓力恢復分析等方法，了解裂縫發(fā)育情況及分布形態(tài)，包括縫高、縫長、方位與擴張能力；宏觀效果評價將主要了解壓裂措施產(chǎn)生的作用和影響，通常采用生產(chǎn)測井和地層測試等方法，獲得煤層壓裂后的流體流動特性參數(shù)和地層特性參數(shù)，結合壓裂井生產(chǎn)測試結果，對壓裂設計方案進行技術和生產(chǎn)效果評價，有時還會利用這些測試結果，結合經(jīng)濟指標，對壓裂設計進行經(jīng)濟效果分析。目前八十三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施（三）煤層氣井壓裂技術煤層氣井壓裂處理主要有四大目的：第一，避開井筒附近被污染的地層；第二，更有效地連通井筒與煤層的天然裂縫系統(tǒng)；第三，增產(chǎn)且加速脫水（增大煤層氣解吸速度）；第四，擴大井筒附近壓降分布范圍，避免應力集中以及降低煤粉量。煤層氣井采用的壓裂方法包括：交聯(lián)凝膠壓裂、水力壓裂、不加砂水力壓裂和泡沫壓裂。對初次壓裂效果不佳的煤層氣井，可以進行重復壓裂，以便增產(chǎn)。目前八十四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施1.水力壓裂技術水力壓裂技術是采用地面高壓壓裂泵車，以高于儲層吸入的速度，從井的套管或油管向井下注入壓裂液，當井筒的壓力增高，達到克服地層的地應力和巖石抗張強度時，巖石開始出現(xiàn)裂縫，形成一條或數(shù)條裂縫。水力壓裂包括三個主要技術環(huán)節(jié)：一是在煤層中劈開裂縫；二是把劈開的裂縫通過支撐劑支撐；三是把井筒中的支撐劑頂替到煤層中。

目前八十五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施2.高能氣體壓裂高能氣體壓裂具有成本低、施工簡便的特點。其中裸眼壓裂彈、有殼彈、無殼彈、深穿透復合射孔技術等已廣泛應用。煤層氣井高能氣體壓裂技術發(fā)展的趨勢有：①在煤層部位采用“爆炸松動”法，大面積提高滲透率增加產(chǎn)氣量；②深穿透復合射孔聯(lián)作增產(chǎn)技術；③多級脈沖高能氣體壓裂增產(chǎn)技術。2007年，由中原油田井下特種作業(yè)處設計施工的LG-3井二氧化碳壓裂煤層氣井獲得成功。這是我國首次在煤層氣開發(fā)中應用二氧化碳壓裂技術。目前八十六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施3.復合射孔壓裂復合射孔壓裂的作用原理：是把射孔技術與高能氣體壓裂技術融合在一起對地層進行復合作用，提高地層滲透導流能力，以達到實現(xiàn)增加油氣井產(chǎn)量的目的。向煤層射孔后，能在近井地帶形成多條微裂隙，緊隨著的氣體壓裂將會在射孔形成的裂隙處生成裂縫并得以延伸，有利于溝通煤層的天然裂隙或割理，達到降壓解附，改善煤層滲透性，提高煤層氣產(chǎn)量的目的。復合射孔壓裂的優(yōu)點是：其作用產(chǎn)生的介質(zhì)是金屬粒子流與高壓高速氣體，能穿透煤粉與煤碎屑的堵塞，十分有效的疏通裂縫，從本質(zhì)上提高了煤層的滲透性。目前八十七頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施4.液態(tài)CO2壓裂工藝技術液態(tài)CO2壓裂工藝技術：是指將CO2在低于臨界溫度和高于臨界壓力條件下，以液體的狀態(tài)用專用的泵注入煤層。液態(tài)CO2壓裂技術與常規(guī)壓裂方法在工藝技術上的主要差別是：液態(tài)CO2壓裂首先將支撐劑加壓降溫到液態(tài)CO2的儲罐壓力和溫度，在專用的混砂機內(nèi)與液態(tài)CO2混合，然后用高壓壓裂泵泵入井筒進行壓裂。而常規(guī)壓裂方法是先把支撐劑與攜砂液混合，然后一起泵入井筒。液態(tài)CO2壓裂工藝技術對煤層的適應性表現(xiàn)在：具有低壓(壓裂液返排困難)的特點，壓裂后排液更加迅速徹底；具有低滲且煤巖吸附性強的特點，壓裂成本低，經(jīng)濟效益好。目前八十八頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施5.連續(xù)管壓裂技術連續(xù)管壓裂壓裂方式可以減少成本提高響應速度。通過這種系統(tǒng)可以對壓裂施工進行精確的設計，在更好的位置進行填充，減少施工的時間。這個系統(tǒng)目前在Raton盆地的VermejoParkRanch的煤層使用。相對傳統(tǒng)的壓裂技術，連續(xù)管壓裂每口井的成本要便宜3000美元，而且壓裂的效率要提高10％－22％。二、注氣注氣開采煤層氣：是向儲層注入N2、CO2、煙道氣等氣體，其實質(zhì)是向煤層注入能量，改變壓力傳導特性和增大或保持擴散速率不變，從而達到提高單產(chǎn)量和采收率的目的。目前八十九頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施注氣開采的增產(chǎn)機理：①當向煤層中注入的氣體吸附能力大于甲烷時，吸附能力大的氣體要排擠甲烷使甲烷解吸，這種作用稱作競爭吸附置換；②煤的表面張力一定，當注入直徑較小的氣體分子能進入較小孔隙使其表面張力降低，并使其不再對外部的氣體分子產(chǎn)生吸附力，從而引起孔隙外部的另一種氣體分子吸附能力降低或引起其解吸，這種作用稱為篩濾吸附置換。依據(jù)擴散滲流理論和多組分吸附平衡理論，對先注氣后采氣的間斷性注氣模式和邊注邊采的連續(xù)注氣模式的增產(chǎn)機制分析如下：①間斷性注入的CO2或N2經(jīng)過一段時間的滲流擴散，進入到煤的微孔系統(tǒng)之后，破壞了原先CH4在煤中的吸附平衡，CO2或N2在煤中與CH4發(fā)生混合氣體的競爭吸附，部分CH4被置換解析出來。目前九十頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第三節(jié)煤層氣井增產(chǎn)措施②連續(xù)性注入的氣體的主要部分參與大孔裂隙中的滲流運動，維持了煤層壓力，保證了煤層氣的長期流動能力，只存在少部分參與置換作用。③當注氣壓力較大時，還可能在煤層內(nèi)形成新的裂隙，使?jié)B透率即壓力傳導系數(shù)增大，從而引起滲流速度增大。④煤是一種具有較高剩余表面自由能的多孔介質(zhì)，由于煤的剩余表面自由能總量(吸附空位)一定，所以煤層與混合氣體達到吸附平衡后，每一組分的吸附量都小于其在相同分壓下單獨吸附時的吸附量。目前九十一頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點目前九十二頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點目前九十三頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第四節(jié)煤層氣田生產(chǎn)操作和管理一、煤層氣井投產(chǎn)煤層氣的排采實際上是煤儲層壓力的傳播過程。煤層甲烷通常要經(jīng)過煤孔隙表面的解吸-擴散、顯微裂隙及割理滲流、宏觀裂隙層流或紊流3個連續(xù)的階段。煤層氣排采井的井筒結構通常是在套管內(nèi)下入排采泵，這種設計可使氣水在井筒中初步分離，還可降低井筒內(nèi)流體的上返壓力。一般產(chǎn)出水通過內(nèi)徑為62mm或76mm的油管送至地面，氣體則自油套環(huán)形空間產(chǎn)出。目前九十四頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第四節(jié)煤層氣田生產(chǎn)操作和管理FZ-X井排采井身結構示意圖目前九十五頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第四節(jié)煤層氣田生產(chǎn)操作和管理根據(jù)國外煤層氣長期開發(fā)的成功經(jīng)驗，煤層氣的排采生產(chǎn)過程一般分為3個階段。

第一階段，用井下排水泵將井中的水沿油管柱排出，套管環(huán)空封閉,水被排出后留下的空間由氣體占領。該階段需進行大量排水,使煤儲層壓力下降。當儲層壓力下降到臨界解吸壓力以下,氣體才能開始產(chǎn)出。第二階段,使套管壓力提高到預定值，慢慢打開環(huán)空閥門，開始產(chǎn)氣，大約一周后，隨著水位的不斷下降，套管壓力慢慢下降，地面生產(chǎn)壓力下降，使更多的井筒附近的地層水流向井筒，直到地面壓力達到長期操作壓力(一般為35Kpa-l00Kpa)，此時井筒水位處于排水泵吸入口處。第三階段，根據(jù)地層特性對產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量實行控制，井筒水位應低于最下面的產(chǎn)氣層，環(huán)空井口壓力應盡量接近大氣壓力。

目前九十六頁\總數(shù)一百零九頁\編于九點第四節(jié)煤層氣田生產(chǎn)操作和管理二、修井作業(yè)煤層氣井修井作業(yè)分為三類：產(chǎn)前修井、重新完井修井和維護修井。1.產(chǎn)前修井在煤層氣井投產(chǎn)之前，根據(jù)壓裂設計或測試結果，需要進行修井作業(yè)，如安裝橋塞、安裝或拆卸封隔器、鉆掉橋塞、清理增產(chǎn)作業(yè)后留在井筒里的砂等。根據(jù)各種不同的作業(yè)，可采用不同類型的修井設備。如安裝或拆卸封隔器，或者鉆掉橋塞可采用小型修井機，橋塞可用鋼繩或油管安裝或取出。目前九十七頁\總數(shù)一百零九頁\