1、煤层气井排水采气技术调研报告北京雅丹石油技术开发有限公司北京雅丹石油技术开发有限公司报告人：岳晶晶报告人：岳晶晶目目 录录第一章第一章 煤层气井生产特征煤层气井生产特征第二章第二章 国内外煤层气井排采设备研究国内外煤层气井排采设备研究第三章第三章 煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析第四章第四章 煤层气井排水采气方式优化设计煤层气井排水采气方式优化设计1.1 1.1 煤层气的概念煤层气的概念 煤层气煤层气又称又称煤层甲烷气煤层甲烷气，煤炭工业称之为，煤炭工业称之为煤层瓦斯煤层瓦斯，是在成，是在成煤过程中形成并赋存于煤过程中形成并赋存于煤层中煤层中的一种的一种非常规非常规的天然气。这种天然的
2、天然气。这种天然气大部分（气大部分（70%-90%70%-90%）以）以吸附状态吸附状态赋存在煤岩基质中，少量成赋存在煤岩基质中，少量成游离游离状态存在于煤的割理和其它孔隙、裂隙中，还有少许状态存在于煤的割理和其它孔隙、裂隙中，还有少许溶解溶解在煤层在煤层水中。水中。煤的煤的吸附性吸附性导致煤层气导致煤层气成藏机制成藏机制和和开发技术开发技术与常规天然气截与常规天然气截然不同。然不同。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.2 1.2 煤层气井的采气机理煤层气井的采气机理 煤层气井的生产是通过煤层气井的生产是通过抽排抽排煤储层中的煤储层中的承压水承压水，使得煤层压，使得煤层压力降至
3、力降至煤的解吸压力煤的解吸压力以下以下，吸附态的甲烷吸附态的甲烷解吸解吸为大量为大量游离态甲烷游离态甲烷，并通过并通过扩散和流动扩散和流动两种不同的机制运移到井筒。两种不同的机制运移到井筒。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征从煤表面解吸从煤表面解吸通过煤基质和微孔隙扩散通过煤基质和微孔隙扩散通过割理系统的达西流动通过割理系统的达西流动1.2 1.2 煤层气井的采气机理煤层气井的采气机理n煤层气井采气前煤层气井采气前,井中液面高度为地下水头高度井中液面高度为地下水头高度,此时此时井筒与储层之井筒与储层之间不存在压力差间不存在压力差,地下水系统基本平衡地下水系统基本平衡,属于属于稳定
4、流态稳定流态；n当煤层气井开始排采后当煤层气井开始排采后,井筒中液面下降井筒中液面下降,井筒与煤储层之间形成井筒与煤储层之间形成压压力差力差,地下水从压力高的地方流向压力低的地方地下水从压力高的地方流向压力低的地方,地下水就源源不断地下水就源源不断地地流向井筒流向井筒中中,使得煤储层中的使得煤储层中的压力不断下降压力不断下降,并逐渐向远方并逐渐向远方扩展扩展,最最终在终在以井筒为中心以井筒为中心的煤储层段形成一个的煤储层段形成一个地下水头压降漏斗地下水头压降漏斗,随着抽水随着抽水的延续该压降漏斗不断的延续该压降漏斗不断扩大和加深扩大和加深；n当煤储层的当煤储层的出水量出水量和煤层气井井口和煤层
5、气井井口产水量相平衡产水量相平衡时时,形成形成稳定的压力稳定的压力降落漏斗降落漏斗,降落漏斗不再继续延伸和扩大降落漏斗不再继续延伸和扩大,煤储层各点压力也就不能煤储层各点压力也就不能进一步降低，进一步降低，解吸停止解吸停止,煤层气井煤层气井采气采气也就也就终止终止。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.3 1.3 煤层气井的生产过程煤层气井的生产过程n1.3.1 1.3.1 煤层气的产出过程煤层气的产出过程 根据煤层气储层流体的地下根据煤层气储层流体的地下流动，可将煤层气的产出过程分流动，可将煤层气的产出过程分为三个阶段：为三个阶段：第一阶段：单相流阶段。第一阶段：单相流阶段。随
6、随着井筒附近地层压力降低，首先着井筒附近地层压力降低，首先只有水产出只有水产出，因为压力降低较小，因为压力降低较小，煤层气尚未开始解吸，井筒附近煤层气尚未开始解吸，井筒附近只有单相流动。只有单相流动。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.3 1.3 煤层气井的生产过程煤层气井的生产过程n1.3.1 1.3.1 煤层气的产出过程煤层气的产出过程 第二阶段：非饱和的单相第二阶段：非饱和的单相流阶段。流阶段。当煤储层压力进一步当煤储层压力进一步下降，下降，有一定数量的煤层气有一定数量的煤层气从从煤基质块微孔隙表面煤基质块微孔隙表面解吸解吸，开，开始形成始形成气泡气泡，阻碍水的流动，阻碍
7、水的流动，水的相对渗透率下降，但水的相对渗透率下降，但气体气体不能流动不能流动。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.3 1.3 煤层气井的生产过程煤层气井的生产过程n1.3.1 1.3.1 煤层气的产出过程煤层气的产出过程 第三阶段：气、水两相流阶段。第三阶段：气、水两相流阶段。随随着煤储层压力进一步降低，有着煤储层压力进一步降低，有更多的煤更多的煤层气解吸层气解吸出来，并出来，并扩散扩散到煤中裂隙系统到煤中裂隙系统中。此时，水中含气已经达到饱和，气中。此时，水中含气已经达到饱和，气泡互相连接，形成泡互相连接，形成连续流动连续流动，气的相对，气的相对渗透率大于零。随着储层压力下
8、降和水渗透率大于零。随着储层压力下降和水饱和度降低，饱和度降低，水的相对渗透率水的相对渗透率不断不断减小减小，气的相对渗透率气的相对渗透率逐渐逐渐增大增大，气产量气产量也随也随之之增加增加。在这一阶段，在煤中裂隙系统。在这一阶段，在煤中裂隙系统中形成中形成气、水两相达西流动气、水两相达西流动。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.3 1.3 煤层气井的生产过程煤层气井的生产过程n1.3.2 1.3.2 煤层气井生产阶段煤层气井生产阶段 煤层气井的生产排采是一个煤层气井的生产排采是一个长时间排水降压采气长时间排水降压采气过程，煤层气单井过程，煤层气单井生产年限一般为生产年限一般为1
9、5201520年。从煤层气井生产过程中年。从煤层气井生产过程中气、水产量的变化特气、水产量的变化特征征可把生产分为三个阶段：可把生产分为三个阶段：第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征早期排水降压阶段早期排水降压阶段：主要产水主要产水，随，随着压力降到临界解吸压力以下，气着压力降到临界解吸压力以下，气体体开始解吸开始解吸，并从井口产出。这一，并从井口产出。这一阶段所需的时间取决于井点所处的阶段所需的时间取决于井点所处的构造位置构造位置、储层特征储层特征、地层含水性地层含水性、排水速度排水速度等因素，持续时间可能是等因素，持续时间可能是几天或数月。几天或数月。1.3 1.3 煤层气井的
10、生产过程煤层气井的生产过程n1.3.2 1.3.2 煤层气井生产阶段煤层气井生产阶段 中期稳定生产阶段中期稳定生产阶段：随着排：随着排水的继续，水的继续，产气量逐渐上升并趋产气量逐渐上升并趋于稳定于稳定，出现，出现高峰产气高峰产气，产水量产水量则则逐渐下降逐渐下降。该阶段持续时间的。该阶段持续时间的长短取决于长短取决于煤层气资源丰度煤层气资源丰度（主（主要由要由煤层厚度和含气量控制煤层厚度和含气量控制），），以及储层的以及储层的渗透性渗透性。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.3 1.3 煤层气井的生产过程煤层气井的生产过程n1.3.2 1.3.2 煤层气井生产阶段煤层气井生产
11、阶段 后期气产量下降阶段后期气产量下降阶段：当大：当大量气体已经采出，煤基质中解量气体已经采出，煤基质中解吸的气体开始逐渐减少，尽管吸的气体开始逐渐减少，尽管排水作业仍在继续，排水作业仍在继续，产气量下产气量下降降，产出，产出少量或微量水少量或微量水。该阶。该阶段延长的时间较长，可以在段延长的时间较长，可以在1010年以上。年以上。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.4 1.4 煤层气井产量的影响因素煤层气井产量的影响因素 与煤层气开采有关的因素很多与煤层气开采有关的因素很多,主要有：主要有：地质因素：地质因素：煤层厚度、含气量、煤的种类、煤的沉积方式和分布煤层厚度、含气量、煤
12、的种类、煤的沉积方式和分布方式、煤层压力和解吸压力等；方式、煤层压力和解吸压力等；完井方式：完井方式：不同地质条件下的煤层气井完井方式不同；不同地质条件下的煤层气井完井方式不同；渗透性能：渗透性能：渗透率是决定煤层气单井产量的关键因素之一渗透率是决定煤层气单井产量的关键因素之一；开采方式：开采方式：主要是排采设备的选择。主要是排采设备的选择。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.5 1.5 影响煤层气井排采效果的主要因素影响煤层气井排采效果的主要因素n非连续性排采的影响非连续性排采的影响:煤层气井的排采生产应煤层气井的排采生产应连续进行连续进行,使液面与使液面与地层压力持续平稳的
13、下降。如果因关井、卡泵、修井等造成排采终地层压力持续平稳的下降。如果因关井、卡泵、修井等造成排采终止止,给排采效果带来的影响表现在给排采效果带来的影响表现在:(1):(1)地层压力回升地层压力回升,使甲烷在使甲烷在煤层中被煤层中被重新吸附重新吸附；(2)(2)裂隙容易裂隙容易被水再次充填被水再次充填，阻碍气流；，阻碍气流；(3)(3)回压造成压力波及的距离受限回压造成压力波及的距离受限,降压漏斗降压漏斗难以有效扩展，难以有效扩展，恢复排采恢复排采后需要很长时间排水后需要很长时间排水,气产量才能上升到停排前的状态。气产量才能上升到停排前的状态。n井底流压的影响井底流压的影响：井底流压是反映产气量
14、渗流压力特征的参数井底流压是反映产气量渗流压力特征的参数,制制定合理的排采制度和进行精细的排采控制应该以井底流压为依据。定合理的排采制度和进行精细的排采控制应该以井底流压为依据。较低的井底流压较低的井底流压,有利于增加气的解吸速度和解吸气体量。有利于增加气的解吸速度和解吸气体量。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.5 1.5 影响煤层气井排采效果的主要因素影响煤层气井排采效果的主要因素n排采强度的影响：排采强度的影响：煤层气排采需要煤层气排采需要平稳逐级降压平稳逐级降压,抽排强度过大抽排强度过大带来的影响有带来的影响有:(1):(1)易引起煤层激动，使裂隙产生易引起煤层激动，使
15、裂隙产生堵塞效应堵塞效应,降低降低渗透率渗透率；(2)(2)降压漏斗得不到充分的扩展降压漏斗得不到充分的扩展,只有井筒附近很小范只有井筒附近很小范围内的煤层得到了有效降压和少部分煤层气解吸出来，气井的供围内的煤层得到了有效降压和少部分煤层气解吸出来，气井的供气源将受到了严重的限制。气源将受到了严重的限制。(3)(3)对于常规压裂的直井在排采初期对于常规压裂的直井在排采初期 如果在裂缝尚未完全闭合时如果在裂缝尚未完全闭合时,排采强度过大排采强度过大,导致井底压差过大导致井底压差过大引起支撑砂子的流动引起支撑砂子的流动,使压裂砂返吐使压裂砂返吐,影响压裂效果影响压裂效果；(4)(4)煤粉煤粉等颗粒
16、的产出也可能等颗粒的产出也可能堵塞孔眼堵塞孔眼,同时出砂、煤屑及其它磨蚀性颗同时出砂、煤屑及其它磨蚀性颗粒也会粒也会影响泵效影响泵效,并对泵造成频繁的故障并对泵造成频繁的故障,使作业次数和费用增使作业次数和费用增加。我国大多数煤层属于低含水煤层加。我国大多数煤层属于低含水煤层,因此因此抽排速度一定要按照抽排速度一定要按照煤层的产水潜能煤层的产水潜能,进行合理排水进行合理排水。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.6 1.6 我国煤层气资源的主要特点我国煤层气资源的主要特点 煤层气是常规天然气的接替能源之一，开发和利用我国丰富的煤层气是常规天然气的接替能源之一，开发和利用我国丰富的
17、煤层气资源将对我国的能源储备起到至关重要的作用。煤层气资源将对我国的能源储备起到至关重要的作用。资源量丰富，但在分布上既分散又集中；资源量丰富，但在分布上既分散又集中；中国陆上埋深中国陆上埋深2000m2000m以浅的煤层气资源量广泛分布在不同的含以浅的煤层气资源量广泛分布在不同的含煤盆地中，其中具有优势开发潜力的资源又相对集中在华北地区的煤盆地中，其中具有优势开发潜力的资源又相对集中在华北地区的中东部中东部(62%)(62%)，该区既是常规气的发育盲区，又是洁净能源的消费，该区既是常规气的发育盲区，又是洁净能源的消费旺区旺区 储层不均一性强烈，华北地区相对优越；储层不均一性强烈，华北地区相对
18、优越；第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征1.6 1.6 我国煤层气资源的主要特点我国煤层气资源的主要特点 高阶煤和低阶煤占主导，高阶煤可产气；高阶煤和低阶煤占主导，高阶煤可产气；中国勘探实践表明，为美国理论所否定的高阶煤区恰恰是目前中国勘探实践表明，为美国理论所否定的高阶煤区恰恰是目前最活跃的勘探区，并取得了产气突破。低阶煤煤层气资源在中国占最活跃的勘探区，并取得了产气突破。低阶煤煤层气资源在中国占的比例最大，但按现有的理论和技术，其开发难度也大。的比例最大，但按现有的理论和技术，其开发难度也大。煤体结构破坏严重，低渗、低压、低饱和现象突出；煤体结构破坏严重，低渗、低压、低饱和现
19、象突出；低渗、低压、低饱和是中国煤层气藏的又一个较为显著的特征，低渗、低压、低饱和是中国煤层气藏的又一个较为显著的特征，为煤层气资源的开发带来了很大的难度。为煤层气资源的开发带来了很大的难度。第一第一章：章：煤层气井生产特征煤层气井生产特征目目 录录第一章第一章 煤层气井生产特征煤层气井生产特征第二章第二章 国内外煤层气井排采设备研究国内外煤层气井排采设备研究第三章第三章 煤层气井排采技术分析煤层气井排采技术分析第四章第四章 煤层气井排水采气方式优化设计煤层气井排水采气方式优化设计2.1 2.1 国外研究现状国外研究现状 当今世界当今世界各国在煤层气开发领域，无论是从开发规模，还是从各国在煤层
20、气开发领域，无论是从开发规模，还是从技术水平等方面来看，美国一直处于领先地位。技术水平等方面来看，美国一直处于领先地位。n目前为止，美国已经形成部分煤层气专用开采设备及工艺技术。目前为止，美国已经形成部分煤层气专用开采设备及工艺技术。如：美国常用的煤层气排采设备虽然仍以如：美国常用的煤层气排采设备虽然仍以有杆设备为主有杆设备为主，有杆泵有杆泵适应性强适应性强，操作简单操作简单，性能可靠性能可靠，几乎不需保养几乎不需保养，经改造和研制，经改造和研制后，其后，其工作深度和排量工作深度和排量能较好的适应煤层气井的要求，但对整机能较好的适应煤层气井的要求，但对整机设计和选型上，提出了新的方法，在以圣胡
21、安和黑勇士盆地为主设计和选型上，提出了新的方法，在以圣胡安和黑勇士盆地为主的各煤田取得了良好的经济效益。的各煤田取得了良好的经济效益。第第二章：二章：国内外煤层气井排采设备研究国内外煤层气井排采设备研究2.1 2.1 国外研究现状国外研究现状n19861986年，美国又开始使用年，美国又开始使用螺杆泵螺杆泵排水采气实验，不断地改进螺杆泵排水采气实验，不断地改进螺杆泵系统，使其发展到系统，使其发展到适合煤层气井排水所需的排量和扬程适合煤层气井排水所需的排量和扬程，同时可以，同时可以很好地很好地适应井液中细煤粉及气液混合体适应井液中细煤粉及气液混合体，加上，加上投资成本和运行成本投资成本和运行成本
22、低等低等特点，使该设备在特殊开采要求的煤层气井中得到推广。特点，使该设备在特殊开采要求的煤层气井中得到推广。n从从8080年代后期，美国根据一些煤层气井的年代后期，美国根据一些煤层气井的排水量大、排量变化范围排水量大、排量变化范围较大较大的特点和有杆排采设备在的特点和有杆排采设备在斜井、水平井斜井、水平井方面应用受限的现状，方面应用受限的现状，开始广泛使用开始广泛使用潜油电泵潜油电泵，随后依据煤层气排采用的潜油电泵一般都随后依据煤层气排采用的潜油电泵一般都是小排量离心泵，要求对游离气的适应性高的特点是小排量离心泵，要求对游离气的适应性高的特点并不断地改进潜并不断地改进潜油电泵系统，提高潜油电泵
23、应用的可靠性、适应性和经济性。油电泵系统，提高潜油电泵应用的可靠性、适应性和经济性。第第二章：二章：国内外煤层气井排采设备研究国内外煤层气井排采设备研究2.1 2.1 国外研究现状国外研究现状 目前，国内外煤层气排水开采的方法主要有目前，国内外煤层气排水开采的方法主要有有杆泵法、电潜泵法、有杆泵法、电潜泵法、螺杆泵法、气举法、水力喷射泵法、泡沫法、优选管柱法螺杆泵法、气举法、水力喷射泵法、泡沫法、优选管柱法等。等。关于排采设备选型方面的问题，目前国外普遍采用的方法是在生关于排采设备选型方面的问题，目前国外普遍采用的方法是在生产工作制度中，选择产工作制度中，选择多种排采方式多种排采方式。例如：低
24、产水量或后期产水较少。例如：低产水量或后期产水较少的煤层气井选用工作制度便于调整、液面比较好控制的变速调控抽油的煤层气井选用工作制度便于调整、液面比较好控制的变速调控抽油机、数控抽油机等。产水量大供液能力强的井，前期考虑以排水为主，机、数控抽油机等。产水量大供液能力强的井，前期考虑以排水为主，选择大泵来加强排水降压，通常采用螺杆泵、大直径管式泵。选择大泵来加强排水降压，通常采用螺杆泵、大直径管式泵。第第二章：二章：国内外煤层气井排采设备研究国内外煤层气井排采设备研究2.2 2.2 国内研究现状国内研究现状 n我国煤层气的地面开发始于我国煤层气的地面开发始于2020世纪世纪8080年代末，经过近
25、二十年的发年代末，经过近二十年的发展，在煤层气基础理论研究、煤层气勘探开发技术等方面取得了展，在煤层气基础理论研究、煤层气勘探开发技术等方面取得了突破性进展。突破性进展。n但是目前对适合我国煤层地质条件的但是目前对适合我国煤层地质条件的排采生产理论和排采技术设排采生产理论和排采技术设备备的研究开展较少，尚没有形成可用的成果，不能满足煤层气开的研究开展较少，尚没有形成可用的成果，不能满足煤层气开采实际的需要；同时，采实际的需要；同时，盲目采用国外传统的煤层气开发技术盲目采用国外传统的煤层气开发技术，应，应用效果不够理想。用效果不够理想。第第二章：二章：国内外煤层气井排采设备研究国内外煤层气井排采
26、设备研究2.2 2.2 国内研究现状国内研究现状 n目前我国钻煤层气井目前我国钻煤层气井26002600多口，投入排采多口，投入排采10001000多口，以多口，以中石油、中石油、中联煤和地方矿业公司中联煤和地方矿业公司为主，大多使用的是开采常规油气时常用为主，大多使用的是开采常规油气时常用的的抽油机、管、杆和泵抽油机、管、杆和泵设备。设备。n据统计目前各煤层气井所选用的据统计目前各煤层气井所选用的有杆排采设备有杆排采设备，其型号都普遍大，其型号都普遍大于实际所需要的型号，存在于实际所需要的型号，存在严重的投资大、设备不配套、抽空、严重的投资大、设备不配套、抽空、检泵周期短检泵周期短等诸多问题
27、，严重影响了煤层气井的正常排采，直接等诸多问题，严重影响了煤层气井的正常排采，直接降低了煤层气的投资效益，成为了煤层气商业化、规模开发的瓶降低了煤层气的投资效益，成为了煤层气商业化、规模开发的瓶颈。颈。n螺杆泵螺杆泵正在正在推广使用推广使用中；中；电潜泵电潜泵还处于还处于探索阶段探索阶段，气举法气举法还还未得未得到应用到应用。第第二章：二章：国内外煤层气井排采设备研究国内外煤层气井排采设备研究2.2 2.2 国内研究现状国内研究现状 综上所述，我国各煤田排采设备的选型不能按照煤层气开采综上所述，我国各煤田排采设备的选型不能按照煤层气开采的实际需要，的实际需要，选择合适类型和具体型号的排采设备选
28、择合适类型和具体型号的排采设备，使得开采效，使得开采效益和设备的适应性、可靠性下降。益和设备的适应性、可靠性下降。可见，开展煤层气排采设备选型的基础研究，研究适合我国可见，开展煤层气排采设备选型的基础研究，研究适合我国煤层气自身开采实际的排采设备选型方法，指导排采设备进行系煤层气自身开采实际的排采设备选型方法，指导排采设备进行系统而科学地选型，对提升煤层气的开采效益，解决煤层气开采中统而科学地选型，对提升煤层气的开采效益，解决煤层气开采中的关键技术问题，实现我国煤层气的商业化开采十分必要。的关键技术问题，实现我国煤层气的商业化开采十分必要。第第二章：二章：国内外煤层气井排采设备研究国内外煤层气
29、井排采设备研究目目 录录第一章第一章 煤层气井生产特征煤层气井生产特征第二章第二章 国内外煤层气井排采设备研究国内外煤层气井排采设备研究第三章第三章 煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析第四章第四章 煤层气井排水采气方式优化设计煤层气井排水采气方式优化设计3.1 3.1 煤层气排采设备的选择煤层气排采设备的选择 煤层气排采设备及其合理选型是保障煤层气井连续稳定排采的煤层气排采设备及其合理选型是保障煤层气井连续稳定排采的重要因素。因此所用的排采设备必须重要因素。因此所用的排采设备必须成熟可靠、持久耐用、节能低成熟可靠、持久耐用、节能低耗、易于维修耗、易于维修，还要有还要有较大范围的排液能力较
30、大范围的排液能力和和控制排液、系统压力控制排液、系统压力的能力以及有的能力以及有可靠的防煤屑、煤粉危害可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。的措施。对于给定的一口煤层气井，究竟选择何种排水采气工艺应在对对于给定的一口煤层气井，究竟选择何种排水采气工艺应在对气井压力、产量及产水情况气井压力、产量及产水情况进行分析的基础上，进行分析的基础上，地面环境、井下状地面环境、井下状况、开采条件、维修管理等况、开采条件、维修管理等也是考虑的重要因素。此外，选择排采也是考虑的重要因素。此外，选择排采设备时，还需要考虑设备时，还需要考虑可靠性、设计难易、维护简便性等可靠性、设计难易、维护简便性等。而最终考。而最终考虑因
31、素是虑因素是经济投入经济投入。第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.2 3.2 主要排采设备的工作原理和技术特点主要排采设备的工作原理和技术特点 第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析排采设备排采设备工作原理工作原理技术特点技术特点三三抽抽有有杆杆泵泵将抽油泵下入到井筒液面以将抽油泵下入到井筒液面以下的适当深度，泵柱塞在抽下的适当深度，泵柱塞在抽水机的带动下，在泵筒内作水机的带动下，在泵筒内作上下往复抽吸运动，从而达上下往复抽吸运动，从而达到从油管内抽吸排水、降低到从油管内抽吸排水、降低液柱对井底的回压，从油套液柱对井底的回压，从油套环形空间采出煤层气的
32、目的。环形空间采出煤层气的目的。排采运作过程：排采运作过程：电动机通过三角带传动，带动减速器。电动机通过三角带传动，带动减速器。减速后由曲柄、连杆、横梁和游梁等四连杆减速后由曲柄、连杆、横梁和游梁等四连杆机构把旋转运动变为驴头往复运动。机构把旋转运动变为驴头往复运动。驴头带动光杆和杆柱作上下往复动。驴头带动光杆和杆柱作上下往复动。抽油杆将往复运动传给井下泵柱塞。抽油杆将往复运动传给井下泵柱塞。抽油泵筒的下部装有固定阀，柱塞上装有游抽油泵筒的下部装有固定阀，柱塞上装有游动阀，在抽油杆往复运动时，完成抽油泵的排动阀，在抽油杆往复运动时，完成抽油泵的排出和吸入过程。出和吸入过程。电电潜潜泵泵潜油电泵
33、的泵体及其辅助部潜油电泵的泵体及其辅助部分安装在油管的最下端，下分安装在油管的最下端，下至井内被抽吸液体中的预定至井内被抽吸液体中的预定位置，将井筒内的液体（水）位置，将井筒内的液体（水）从油管中迅速排出，降低井从油管中迅速排出，降低井筒内的液面高度。筒内的液面高度。潜油电泵排采地面和井下设备组合为：潜油电泵排采地面和井下设备组合为：动力电缆将地面电力送至井下电机。动力电缆将地面电力送至井下电机。保护器防止井液进入电动机。保护器防止井液进入电动机。电机带动离心泵工作。电机带动离心泵工作。井液经气体分离器进入离心泵。井液经气体分离器进入离心泵。离心泵泵送井液，井液具有动能。离心泵泵送井液，井液具
34、有动能。动能转变为压头，井液举升至地面。动能转变为压头，井液举升至地面。3.2 3.2 主要排采设备的工作原理和技术特点主要排采设备的工作原理和技术特点 排采设备排采设备工作原理工作原理技术特点技术特点螺螺杆杆泵泵主要工作部件是定子和转子，主要工作部件是定子和转子，定子与泵外壳连成一体并连定子与泵外壳连成一体并连在油管的最下端，下至井内在油管的最下端，下至井内并沉没于被抽吸的井液中。并沉没于被抽吸的井液中。转子和定子密切配合形成一转子和定子密切配合形成一系列封闭腔和空腔，其不断系列封闭腔和空腔，其不断形成、运移、消失，实现泵形成、运移、消失，实现泵送液体，并将液体排出井口。送液体，并将液体排出
35、井口。螺杆泵排出地面和井下主要设备为：螺杆泵排出地面和井下主要设备为：电控箱通过电缆控制电动机的起停。电控箱通过电缆控制电动机的起停。减速箱传递动力和实现减速，其输入减速箱传递动力和实现减速，其输入轴连接电动机，输出轴连接光杆。轴连接电动机，输出轴连接光杆。动力由光杆通过抽油杆传递到井下螺动力由光杆通过抽油杆传递到井下螺杆泵转子。杆泵转子。转子上部与抽油杆连接，定子固定于转子上部与抽油杆连接，定子固定于钢管内，其上端与油管连接，转子位定钢管内，其上端与油管连接，转子位定子内转动，实现抽吸功能。子内转动，实现抽吸功能。当转子旋转时，即将井液和气体从油当转子旋转时，即将井液和气体从油管内举升至地面
36、管内举升至地面第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.2 3.2 主要排采设备的工作原理和技术特点主要排采设备的工作原理和技术特点 排采设备排采设备工作原理工作原理技术特点技术特点 气举阀气举阀气气 举举 泵泵通过气举阀，从地面将高通过气举阀，从地面将高压煤层气注入井中，利用压煤层气注入井中，利用气体的能量举升井筒中的气体的能量举升井筒中的井液，使井恢复生产能力井液，使井恢复生产能力。气举阀气举的运作过程：气举阀气举的运作过程：注入气经套管进入油套环形空间。注入气经套管进入油套环形空间。气体经阀孔进入油管。气体经阀孔进入油管。卸载阀以上的液柱被顶替至地面。卸载阀以上的液柱被
37、顶替至地面。柱柱 塞塞 气气 举举气气 举举 泵泵将柱塞作为气液之间的机将柱塞作为气液之间的机械界面，依靠气井原有的械界面，依靠气井原有的气体压力，以一种循环的气体压力，以一种循环的方式推动活塞在油管内上方式推动活塞在油管内上下移动，将井内液体带出，下移动，将井内液体带出，同时阻止液体的回落，消同时阻止液体的回落，消除了气体穿透液体段塞的除了气体穿透液体段塞的可能，从而减少滑脱损失，可能，从而减少滑脱损失，提高举升效率。提高举升效率。柱塞气举的工艺流程为：柱塞气举的工艺流程为：地面控制器控制薄膜阀关闭生产管线，活塞地面控制器控制薄膜阀关闭生产管线，活塞油管内的气液下落。油管内的气液下落。活塞下
38、落至油管卡定器处，撞击缓冲弹簧，活塞下落至油管卡定器处，撞击缓冲弹簧，液面开始上升。液面开始上升。薄膜阀打开，油管内液面上升，环形空间液薄膜阀打开，油管内液面上升，环形空间液面下降，天然气进入油管，推动活塞及其上部面下降，天然气进入油管，推动活塞及其上部的液体上行。的液体上行。环形空间套压迫使活塞和活塞上部的液体上环形空间套压迫使活塞和活塞上部的液体上升，直至将液柱排出井口。升，直至将液柱排出井口。第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.2 3.2 主要排采设备的工作原理和技术特点主要排采设备的工作原理和技术特点 排采设备排采设备工作原理工作原理技术特点技术特点射射流流泵泵
39、地面泵提供的高压动力液通地面泵提供的高压动力液通过喷嘴把其压能转化为万里过喷嘴把其压能转化为万里高速流束，在吸入口形成低高速流束，在吸入口形成低压区，井下流体被吸入与动压区，井下流体被吸入与动力液混合，在扩散管内，动力液混合，在扩散管内，动力液的动能传递给井下流体力液的动能传递给井下流体使之压力增高而排出地面使之压力增高而排出地面（煤层水和气被同时排出地（煤层水和气被同时排出地面）面）射流泵排采主要设备为：射流泵排采主要设备为：电动机带动多缸泵工作，提供动力。电动机带动多缸泵工作，提供动力。气液分离器和旋风分离器除去动力液气液分离器和旋风分离器除去动力液中的游离气和固体，并在足够的压力下中的游
40、离气和固体，并在足够的压力下循环动力液。循环动力液。动力液经井下装置流入井下泵。动力液经井下装置流入井下泵。射流泵泵送流体，通过喷嘴把其位能射流泵泵送流体，通过喷嘴把其位能转换成高速流束的动能。转换成高速流束的动能。喷射流体与井液在喉道中混合，然后喷射流体与井液在喉道中混合，然后进入扩散管，把动能转换成压能，流体进入扩散管，把动能转换成压能，流体经油管举升至地面。经油管举升至地面。第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.3 3.3 主要排采设备的适应性主要排采设备的适应性 指指标标排采设备排采设备有杆泵有杆泵电潜泵电潜泵 气举排采气举排采射流泵射流泵螺杆泵螺杆泵 气举阀气举
41、阀 柱塞柱塞生生产产参参数数最大排量最大排量(m3/d)最小排量最小排量(m3/d)最大井深最大井深 （m）6006001 1270027006406406060295029507907903030320032006006000.30.320002000100010001616280028003003005 515001500地地层层参参数数温度限制温度限制（）地层压力地层压力(MPMPa a)最小流压最小流压(MP(MPa a)120120不限不限1.01.0149149不限不限1.41.418010101.01.0不限不限不限不限高气液比高气液比时时1.01.0=120=12010101.
42、01.0=90=9010100.10.1第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.3 3.3 主要排采设备的适应性主要排采设备的适应性 指指标标排采设备排采设备有杆泵有杆泵电潜泵电潜泵 气举排采气举排采射流泵射流泵螺杆泵螺杆泵 气举阀气举阀 柱塞柱塞开开采采条条件件煤粉、砂煤粉、砂限制限制（%）气水比气水比(m3/m3）腐蚀限制腐蚀限制0.10.10.50.5适宜适宜0.020.020.050.05适宜适宜0.10.1不限不限一般一般不限不限360380360380最好最好一般一般33不限不限一般一般101055适宜适宜井井下下状状况况小井眼小井眼分层措施分层措施井斜限制井斜
43、限制总效率总效率（水功率水功率/输入功率输入功率）磨损严重磨损严重一般一般55 25%45%25%45%不适宜不适宜不适宜不适宜6060 40%40%适宜适宜一般一般限制少限制少20%20%适宜适宜一般一般2424/30m/30m利用井身利用井身能量能量适宜适宜一般一般2424/30m/30m20%3420%34%适宜适宜不宜不宜斜井弯曲斜井弯曲井不适用井不适用50%70%50%70%第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.3 3.3 主要排采设备的适应性主要排采设备的适应性 指指标标排采设备排采设备有杆泵有杆泵电潜泵电潜泵 气举排采气举排采射流泵射流泵螺杆泵螺杆泵气举阀气
44、举阀 柱塞柱塞地地面面地面环境地面环境装置较大装置较大且较重且较重适宜适宜装置小装置小高压电源高压电源较好较好适宜适宜装置小装置小适宜适宜动力源可动力源可远离井口远离井口适宜适宜装置小装置小 适宜适宜维维修修管管理理检泵检泵免修期免修期生产管理生产管理自动控制自动控制生产测试生产测试灵活性灵活性较麻烦较麻烦平均平均2年年较方便较方便适宜适宜较好较好适宜适宜麻烦麻烦平均平均1.51.5年年方便方便适宜适宜较好较好适宜适宜容易容易平均平均3 3年年方便方便一般一般很适宜很适宜很适宜很适宜容易容易平均平均0.50.5年年方便方便适宜适宜一般一般适宜适宜容易容易平均平均0.50.5年年方便方便适宜适宜
45、一般一般适宜适宜较麻烦较麻烦平均平均1年年方便方便一般一般较好较好一般一般第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.3 3.3 主要排采设备的适应性主要排采设备的适应性 指指标标排采设备排采设备有杆泵有杆泵电潜泵电潜泵 气举排采气举排采射流泵射流泵螺杆泵螺杆泵 气举阀气举阀 柱塞柱塞其其它它条条件件可靠性可靠性设计难易设计难易维护难易维护难易系统灵活系统灵活性性装备简单装备简单性性钢材利用钢材利用率率生产时率生产时率达达95%95%较易较易简便简便灵活灵活简单简单较高较高对温度对温度、电故障敏电故障敏感感复杂复杂复杂复杂较灵活较灵活较复杂较复杂较高较高压缩和维压缩和维护正常时
46、护正常时可靠可靠轻易轻易较简便较简便较灵活较灵活较简单较简单较低较低井生产稳井生产稳定则可靠定则可靠较易较易复杂复杂不灵活不灵活简单简单较低较低压力压力2727MPMPa a可靠可靠复杂复杂简便简便不灵活不灵活简单简单较低较低可靠可靠较易较易复杂复杂不灵活不灵活简单简单较高较高第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.3 3.3 主要排采设备的适应性主要排采设备的适应性 指指标标排采设备排采设备有杆泵有杆泵电潜泵电潜泵 气举排采气举排采射流泵射流泵螺杆泵螺杆泵 气举阀气举阀 柱塞柱塞其其它它条条件件投资成本投资成本基建投资基建投资特殊要求特殊要求适用范围适用范围管理费低管理费
47、低深度大时深度大时基建费大基建费大有效有效需电源或需电源或者煤层气者煤层气源作动力源作动力适用范围适用范围广广管理费高管理费高功率大时功率大时费用高费用高一般一般需可靠电需可靠电力系统，力系统，设备要求设备要求有较高耐有较高耐腐蚀性腐蚀性地层压力地层压力低产液量低产液量大大压缩机和燃压缩机和燃料费用高料费用高有效有效压缩机和气压缩机和气源可靠，套源可靠，套管承压能力管承压能力和设备可靠和设备可靠性要求高性要求高气液比和产气液比和产量变化大出量变化大出砂、高腐蚀砂、高腐蚀不用压缩不用压缩机则费用机则费用低低有效有效需要与产需要与产水量相适水量相适应的产气应的产气量或外加量或外加气源气源小产水量小
48、产水量气液比高气液比高间歇井间歇井动力费高动力费高维护费低维护费低有效有效对地面泵对地面泵要求高，要求高，需要电动需要电动泵或注液泵或注液车车气藏强排气藏强排水水费用较费用较低低有效有效需要电需要电源源适用范适用范围广围广第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.4 3.4 煤层气排采设备的特性总结煤层气排采设备的特性总结 （1 1）有杆泵）有杆泵 有杆泵技术在煤层气排采中是一种非常成熟的技术。有杆泵技术在煤层气排采中是一种非常成熟的技术。n适应性强，操作简单，性能可靠，几乎不需保养；适应性强，操作简单，性能可靠，几乎不需保养；n在排采不同阶段在排采不同阶段,根据产水量变化调
49、整泵型根据产水量变化调整泵型,并可通过调速电机调并可通过调速电机调频频,根据各井情况选择适当的排采强度，因此它的工作深度和排根据各井情况选择适当的排采强度，因此它的工作深度和排量都能适应大部分煤层气井的排液要求；量都能适应大部分煤层气井的排液要求；n适合于产水量在适合于产水量在100m3/d 100m3/d 以下，井斜不严重，出砂、煤粉较少的以下，井斜不严重，出砂、煤粉较少的井。对于产气量极高或大量出砂的井，需要进行特殊的井下设计。井。对于产气量极高或大量出砂的井，需要进行特殊的井下设计。第第三章：三章：煤层气井排采设备分析煤层气井排采设备分析3.4 3.4 煤层气排采设备的特性总结煤层气排采
50、设备的特性总结 （2 2）螺杆泵）螺杆泵n地面设备结构简单，占地面积小，非常适应中国各煤层区块的复地面设备结构简单，占地面积小，非常适应中国各煤层区块的复杂地形；杂地形；排量和扬程也较适合煤层气井的排水要求；排量和扬程也较适合煤层气井的排水要求；n投资费用和操作费用较低；投资费用和操作费用较低；n可以有效地对付煤层气井液中的固体颗粒和气体，可以很好的适可以有效地对付煤层气井液中的固体颗粒和气体，可以很好的适应井液中的细煤粉及气液混合体；应井液中的细煤粉及气液混合体；n适合于中低产液量的煤层气井适合于中低产液量的煤层气井;n主要缺点是如果后期地层供液能力不足，会发生主要缺点是如果后期地层供液能力
