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[摘 要]作为煤层勘探开发的重要环节，排采工艺技术很长时期并未受到人们的足够重视。为此，本文结合实践中的排采过程，对排采技术做一详细的阐述和分析，并对其发展进行展望。
[关键词]煤层气 排采 机理 流程 工艺技术
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0021-01
一、引言
煤层是一种具有割理和基质孔隙的双重孔隙结构储层，广义的煤层气是指储存于煤层及其围岩中的天然气。中国煤层气资源潜力巨大，但煤层气开发工作进展缓慢，这是由中国煤层的地质特点决定
的。煤层甲烷的吸附是一种物理吸附，且是一个可逆过程，这就决定了煤层气的开发是一个排水降压的连续过程。煤层气排采，概括来说就是使用油管抽水，利用套管产气。排采是煤层气开发中的一个重要环节，煤层气井的生产实际上是排水降压采气的过程，排采中必须测定各项排采参数，通过对排采参数的分析，建立排采参数间的关系，是极其有意义的一项工作，它将成为掌握排采特征，建立合理工作制
度的基础。同时，还可以指导排采生产，实现高产井保持稳产，低产井提高产量。
二、排采机理
煤层气排采机理包括单井和井群排采机理[1]。当煤储层存在补给边界或越流补给时，随着抽水时间的延续，煤层气单井形成稳定的压力降落漏斗，降落漏斗不断扩展，最终趋于稳定。井与井之间的流量和降深都要发生干扰，在承压含水层中，地下水的流动方程是线性的，可以直接运用叠加原理，即当两口井的降落漏斗随抽水的延续不断扩展至两个压力降落漏斗相互交接、重叠时，重叠处的压力降等于两个降落漏斗所形成的压力降之和。
三、排采阶段
根据国外煤层气长期开发的成功经验，煤层气排采生产过程一般分为3个阶段。
（1）排水降压阶段：生产初期阶段，需进行大量排水，使煤储层压力下降。当储层压力下降到临界解吸压力以下，气体才开始产出。这一阶段所需的时间，取决于煤层气地质条件和储层特征等诸多因素。当储层地质条件相同时，则取决于排水速度。
（2）稳产阶段：随着排水的继续，产气量逐渐上升并趋于稳定，出现产气高峰，产水量则逐渐下降。该阶段持续时间取决于煤层气资源丰度和储层的渗透性特征。该阶段宜采用定产排采制度，即通过控
制井底压力来控制产气量。这时，当产气量降低时，要想提高产气量，必须调整排采制度，具体有两种情况。
①动液面较高，液柱高于50 m时，井底压力主要由液柱压力引起。这种情况下，可以考虑加大抽油机的工作强度，加速排液，使液面和井底压力降低，生产压差增大，从而提高气体产量。
②液面接近煤层顶板，井底压力主要由套压造成，需进行放压处理，即不控制套压放气，使井底压力降低，生产压差增大；煤层所受回压降低，井筒附近解吸气量增大，使单井产气量增加。
（3）产量递减阶段：当大量气体已经产出，煤基质中解吸的气体开始逐渐减少，尽管排水作业仍在继续，产气量和产水量都在不断下降，该阶段持续时间较长，可达10年之久。
绝大部分井的产气曲线表现为如图2所示的分阶段变化规律，从排采降压到稳产阶段，产气量呈现“高—低—高”的变化规律[2]，这部分井是煤层气排采的主要研究对象，因为其产气量的变化，主要是通过排采制度的调整来改变的。
四、排采工艺技术的优化
4.1 研制专用井口
相比油井而言，煤层气井具有压力要求低（小于10MPa）、井下管柱少（井浅，大部分在1000 m以内）等特点。煤层气井排采的地面设备为螺杆泵或抽油机，因螺杆泵必须使用250型采油树（成本高、且小四通不用）、抽油机使用150型或更低压力的井口，根据实际情况，把2种不同设备的使用环境进行综合，使一种采油树同时满足2种情况的需要。研制的专用井口改动如下：①用套管短节焊2个出口，作为井口大四通。②原来150型的底法兰（与套管短节连接）依然保留。与套管短节的连接方式有2种，一种为丝扣连接方式，强度较高，另一种为焊接方式，即在法兰中间焊一油管节箍，强度较低，但成本低。③法兰油管挂（和底法兰一样，也可使用丝扣或焊接方式）和底法兰对接面用平面石棉垫密封。在油管挂的另一面，制作钢圈槽，使之与螺杆泵下部法兰对接，即可满足螺杆泵安装需要。需要强调的是，原来的法兰连接螺杆的长度要增加1/3，以将3个法兰连接在一起。
如果在这种情况下更换螺杆泵为抽油机，不需另换井口，直接使用正反都有钢圈槽的油管挂采油树即可。其优点是：结构简单，设计合理，成本低；维护方便，适用性强，工作可靠。
4.2 推广捞砂、捞煤粉技术
煤层气井大多数煤层压力小，需要经过水力加砂压裂措施才能排采。压裂后，煤层气井可能出砂，或者随着生产时间的延长，井底出砂增多，甚至出现煤层砂埋、生产管柱砂卡等故障，给生产及现场作业施工带来许多困难。为解决这一问题，常规方法是采用循环冲砂作
业。但由于地层压力小，冲砂液体漏失严重，返出量远少于进入量，不仅严重污染地层，而且增大了排液采气的困难。为了满足煤层气生产的需要，现场全面推广采用油管捞砂技术。
4.3 引进电子压力计监测技术
为了及时了解该地区煤层气井的地下状况，通过数据远程传输采集系统，可实时获取井下数据，掌握生产动态，并将采集的数据远程传输。通过网页浏览随时查看数据，及时发布指令，为准确评价和正确决策提供可靠依据，有利于方便快捷地进行工作制度和参数的调整。
五、展望
要想解决中国煤层气开发中存在的问题[3]，使煤层气井获得长期持续的较高产量，我们需要在以下几点做功夫。
（1）适当控制生产压差、排采速度，调整排采组合方式，将定压排采和定产排采结合，建立合理的工作制度，这是解决问题的前提条件。
（2）搞清煤层与上下地层水的动力联系，依据地下水系统的概念，建立煤层上覆及下伏地层的流体动力体系模型和流固耦合数学模型，通过数值模拟给出较为合理的煤层气逐级降压排采制度。
（3）自主研发符合国情的排采软件，实现煤层气排采自动化，优化并建立适合中国煤层气井特点的煤层气排采工作制度是煤层气井开发取得突破的关键。
参考文献
[1] 翟光明，何文渊.中国煤层气赋存特点与勘探方向[J].天然气工业，2010，30（11）：1-3.
[2] 王红岩，李景明，刘洪林，等.煤层气基础理论、聚集规律及开采技术方法进展[J].石油勘探与开发，2004，31（6）：14-16.
[3] 杨秀春，李明宅.煤层气排采动态参数及相互关系[J].煤田地质与勘探，2008，36（2）：19-23.
[关键词]煤层气 排采 机理 流程 工艺技术
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0021-01
一、引言
煤层是一种具有割理和基质孔隙的双重孔隙结构储层，广义的煤层气是指储存于煤层及其围岩中的天然气。中国煤层气资源潜力巨大，但煤层气开发工作进展缓慢，这是由中国煤层的地质特点决定
的。煤层甲烷的吸附是一种物理吸附，且是一个可逆过程，这就决定了煤层气的开发是一个排水降压的连续过程。煤层气排采，概括来说就是使用油管抽水，利用套管产气。排采是煤层气开发中的一个重要环节，煤层气井的生产实际上是排水降压采气的过程，排采中必须测定各项排采参数，通过对排采参数的分析，建立排采参数间的关系，是极其有意义的一项工作，它将成为掌握排采特征，建立合理工作制
度的基础。同时，还可以指导排采生产，实现高产井保持稳产，低产井提高产量。
二、排采机理
煤层气排采机理包括单井和井群排采机理[1]。当煤储层存在补给边界或越流补给时，随着抽水时间的延续，煤层气单井形成稳定的压力降落漏斗，降落漏斗不断扩展，最终趋于稳定。井与井之间的流量和降深都要发生干扰，在承压含水层中，地下水的流动方程是线性的，可以直接运用叠加原理，即当两口井的降落漏斗随抽水的延续不断扩展至两个压力降落漏斗相互交接、重叠时，重叠处的压力降等于两个降落漏斗所形成的压力降之和。
三、排采阶段
根据国外煤层气长期开发的成功经验，煤层气排采生产过程一般分为3个阶段。
（1）排水降压阶段：生产初期阶段，需进行大量排水，使煤储层压力下降。当储层压力下降到临界解吸压力以下，气体才开始产出。这一阶段所需的时间，取决于煤层气地质条件和储层特征等诸多因素。当储层地质条件相同时，则取决于排水速度。
（2）稳产阶段：随着排水的继续，产气量逐渐上升并趋于稳定，出现产气高峰，产水量则逐渐下降。该阶段持续时间取决于煤层气资源丰度和储层的渗透性特征。该阶段宜采用定产排采制度，即通过控
制井底压力来控制产气量。这时，当产气量降低时，要想提高产气量，必须调整排采制度，具体有两种情况。
①动液面较高，液柱高于50 m时，井底压力主要由液柱压力引起。这种情况下，可以考虑加大抽油机的工作强度，加速排液，使液面和井底压力降低，生产压差增大，从而提高气体产量。
②液面接近煤层顶板，井底压力主要由套压造成，需进行放压处理，即不控制套压放气，使井底压力降低，生产压差增大；煤层所受回压降低，井筒附近解吸气量增大，使单井产气量增加。
（3）产量递减阶段：当大量气体已经产出，煤基质中解吸的气体开始逐渐减少，尽管排水作业仍在继续，产气量和产水量都在不断下降，该阶段持续时间较长，可达10年之久。
绝大部分井的产气曲线表现为如图2所示的分阶段变化规律，从排采降压到稳产阶段，产气量呈现“高—低—高”的变化规律[2]，这部分井是煤层气排采的主要研究对象，因为其产气量的变化，主要是通过排采制度的调整来改变的。
四、排采工艺技术的优化
4.1 研制专用井口
相比油井而言，煤层气井具有压力要求低（小于10MPa）、井下管柱少（井浅，大部分在1000 m以内）等特点。煤层气井排采的地面设备为螺杆泵或抽油机，因螺杆泵必须使用250型采油树（成本高、且小四通不用）、抽油机使用150型或更低压力的井口，根据实际情况，把2种不同设备的使用环境进行综合，使一种采油树同时满足2种情况的需要。研制的专用井口改动如下：①用套管短节焊2个出口，作为井口大四通。②原来150型的底法兰（与套管短节连接）依然保留。与套管短节的连接方式有2种，一种为丝扣连接方式，强度较高，另一种为焊接方式，即在法兰中间焊一油管节箍，强度较低，但成本低。③法兰油管挂（和底法兰一样，也可使用丝扣或焊接方式）和底法兰对接面用平面石棉垫密封。在油管挂的另一面，制作钢圈槽，使之与螺杆泵下部法兰对接，即可满足螺杆泵安装需要。需要强调的是，原来的法兰连接螺杆的长度要增加1/3，以将3个法兰连接在一起。
如果在这种情况下更换螺杆泵为抽油机，不需另换井口，直接使用正反都有钢圈槽的油管挂采油树即可。其优点是：结构简单，设计合理，成本低；维护方便，适用性强，工作可靠。
4.2 推广捞砂、捞煤粉技术
煤层气井大多数煤层压力小，需要经过水力加砂压裂措施才能排采。压裂后，煤层气井可能出砂，或者随着生产时间的延长，井底出砂增多，甚至出现煤层砂埋、生产管柱砂卡等故障，给生产及现场作业施工带来许多困难。为解决这一问题，常规方法是采用循环冲砂作
业。但由于地层压力小，冲砂液体漏失严重，返出量远少于进入量，不仅严重污染地层，而且增大了排液采气的困难。为了满足煤层气生产的需要，现场全面推广采用油管捞砂技术。
4.3 引进电子压力计监测技术
为了及时了解该地区煤层气井的地下状况，通过数据远程传输采集系统，可实时获取井下数据，掌握生产动态，并将采集的数据远程传输。通过网页浏览随时查看数据，及时发布指令，为准确评价和正确决策提供可靠依据，有利于方便快捷地进行工作制度和参数的调整。
五、展望
要想解决中国煤层气开发中存在的问题[3]，使煤层气井获得长期持续的较高产量，我们需要在以下几点做功夫。
（1）适当控制生产压差、排采速度，调整排采组合方式，将定压排采和定产排采结合，建立合理的工作制度，这是解决问题的前提条件。
（2）搞清煤层与上下地层水的动力联系，依据地下水系统的概念，建立煤层上覆及下伏地层的流体动力体系模型和流固耦合数学模型，通过数值模拟给出较为合理的煤层气逐级降压排采制度。
（3）自主研发符合国情的排采软件，实现煤层气排采自动化，优化并建立适合中国煤层气井特点的煤层气排采工作制度是煤层气井开发取得突破的关键。
参考文献
[1] 翟光明，何文渊.中国煤层气赋存特点与勘探方向[J].天然气工业，2010，30（11）：1-3.
[2] 王红岩，李景明，刘洪林，等.煤层气基础理论、聚集规律及开采技术方法进展[J].石油勘探与开发，2004，31（6）：14-16.
[3] 杨秀春，李明宅.煤层气排采动态参数及相互关系[J].煤田地质与勘探，2008，36（2）：19-23.