摘 要：本文对煤层气的赋存状态、地下流动及产出特点进行了简要介绍，分析了开采煤层气的两种主要方式，详细介绍了煤层气排水采气技术，对排采中常用的各种举升方式的适应性进行了总结和对比，针对目前各种举升方式存在的问题，对煤层气排水采气技术的发展提出了认识与建议。

关键词：煤层气;排水降压;开采技术;举升工艺

煤层气是历经漫长的地质年代，自生自储于煤层及其围岩之中的一种清洁的非常规天然气，以吸附在煤层颗粒基质表面为主，一般使用降压的方法进行开采。

1 煤层气产出特点

煤层气的赋存状态及地下流动机理，决定了煤层气的产出特点。煤层气在煤层中的赋存有三种状态，即吸附状态、溶解和游离状态。

1.1 煤层气的地下流动

煤层气储层的盖层被钻开以后，随着煤层水的排出，井筒液柱压力不断下降。當煤储层压力低于临界解吸压力时，煤层气开始从煤层孔隙内表面解吸，依其浓度梯度扩散并通过微孔隙和自然裂缝网络，以达西流的方式流入井筒。

煤层气储层流体的地下流动历经以下三个阶段：

1.1.1 单相流动阶段

在排水过程中，井筒液面不断下降，煤层气储层所受的压力也随之降低，在到达临界解吸压力之前，储层只有水的单相流动。

1.1.2 非饱和单相流动阶段

煤层气储层所受压力低于临界吸附压力，煤层气开始从煤孔隙内表面解吸，出现孤立、互不连接的气泡。气泡增加，水的流动阻力增大，水的相对渗透率就随之下降。储层仍然只有水的单相流动。

1.1.3 两相流动阶段

煤层气储层所受压力进一步下降，有更多的气解吸出来，水中气含量达到饱和，气泡互相连接成为气流，水的饱和度和相对渗透率下降，气相的相对渗透率相应上升，储层出现气水两相流动。

1.2 煤层气井生产过程

煤层气井生产的全过程都需要进行排水作业，煤层气与水的产出规律。对应于其产水产气规律，将其分为三个阶段。

1.2.1 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吸附压力后继续排水，气饱和度升高和相对渗透率降低，产量开始增加;水相对渗透率相应下降，产量相应减少。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。

1.2.2 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。这个阶段所持续的时间，取决于煤层气含量。

1.2.3 气产量下降阶段

随着压力的下降及煤内表面煤层气吸附量的减少，产气量下降，并产出少量或微量的水。这一阶段延续的时间最长[1]。

2 煤层气排水采气技术

煤层气的开采主要有两种方式：井下抽采和地面钻采。

井下煤层气抽采就是借助煤炭开采工作面和巷道，通过煤矿井下抽采、采动区抽采、废弃矿井抽采等方法来开采煤层气资源[2]。

目前世界上主要产煤国对煤层甲烷的资源化开发利用程度较高，主要方法是地面钻井开采[3]。即利用垂直井或定向井技术来开采原始储层中的煤层气资源。解吸是煤层气进行地面钻采的前提，降压又是解吸的前提。因此，地面钻采煤层气能否发生的根本在于煤层气是否能降压解吸。

基于煤层气的地面钻采开发，主要应用排水开采技术。

2.1 排水采气工艺现状

煤层气的生产机理，决定了煤层气排采时，必须最大限度地进行排水作业，这样不仅降低了储层压力，也降低储层含水饱和度，增加了气体的相对渗透率，从而增加解吸气体通过煤层裂隙系统向井筒运移的能力，进而增加井孔的煤层气生产量[4]。煤层气排采井的生产概括说即为使用油管抽水，利用套管产气，因此，煤层气生产中井孔排水用的泵是必不可少的，其地面生产工艺是石油行业抽油机有杆抽油和低压天然气井生产工艺的结合，其生产管理多类同于后者，但也有所差异。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、螺杆泵法、气举法、水力喷射泵法、泡沫法、优选管柱法等。我国应用最多的是有杆泵、螺杆泵和电潜泵。选用哪种泵更经济有效，要考虑煤层的产能、井深、井深结构、产水量、地层出砂、气体影响等因素，并结合各种排采设备的能力来确定。

2.2 排采方式适应性分析

2.2.1 煤层气排水采气有以下几点要求

①排液速度快，不怕井间干扰;②降低井底流压，排水设备的吸液口一般都要求下到煤层以下;③要求有可靠的防煤屑、煤粉危害的措施。

采油用的抽油机工作制度不需随时调整，并且调整范围大。而煤层气排采要求抽油机工作参数随时调整，以适应连续、匀速稳定降液的要求。现场常与电磁调速电机或变频调速电机配合使用，可使冲次在较大范围内连续调整。为防止在上下冲程中对煤层的激动，应尽量选用长冲程抽油机，靠长冲程代替大冲次。在美国圣胡安盆地，使用的抽油机一般为160、320和640型（减速箱的最大扭矩值），冲程长度为1.625～5.08m。而黑勇士盆地由于东部地区井浅，一般使用的抽油机为40型和80型，冲程长度一般为0.915～1.83m。

煤层要有效地产气必须充分进行排水，故生产井的压力必须保持很低。有些地方水是从渗透性非煤层区流入井内的。如果不使用大排量的泵排水，高水位即会减少煤层气的产量。同样，如果不使用大排量的泵，要排掉高渗透煤层的水是很难的。2001年以来，我国先后在某实验区的几口井上使用，日产水95～400.3m3，日产气2000～4000m3，解决了高产水层的排水问题。

气举系统由一系列安装于油管上的工作筒或气举阀构成。有两种气举方法可以采用，一是通过油管注气，由套管产出水和气;二是由套管注气，通过油管采出煤层气和水，这是最常用的方法。无论哪种方法，都是将气混入水中，降低水的密度，以易于将其排出地面。气举尽管地面设备少，井下管柱相对简单，但在技术上要求很高。一般将压缩煤层气作为气源用于气举，如用空气作介质，压缩空气中的氧气与甲烷混合还有爆炸的危险。气举的最大特点是能够处理固体颗粒，不受出砂的影响，机械方面的影响较小，同时，它能适应开采初期的大排量排水。根据美国黑勇士盆地的经验，在采气的初期，对于井组面积降压、大量排水时使用气举方法比用泵抽方法更经济有效。到后期，随着产水量的降低，可以更换小型的泵抽装置。

2.2.2 排水采气工艺选择

对给定的一口产水煤层气井，为了获得较高的经济效益，应在对气井压力、产量及产水情况进行分析之后，对不同排水采气方式进行比较，优化选择排水采气方法及其设备。选择应满足以下几点要求：①所选用的排水采气方法应兼顾前后期气井产水量变化，适用范围较大;②必须满足在最小井底压力下采出最大水量的要求，以保证在尽可能短的时间里，将储层压力降到解吸压力以下，使气井尽早产气;③提高采收率，降低煤层气生产成本。目前国内外形成的各种排水采气工艺对比。

3 结论与认识

①抽油机在煤层气开采中发挥了较大作用并得到了普遍使用。但在应用中存在着操作不便利和能源消耗大的情况。为了合理利用能源和节电，很有必要对抽油机在煤层气井生产前后期的操作使用制定规范化要求;②螺杆泵在防砂卡和抗磨性上有待进一步改进，对于电潜泵，如何突破其高成本及降低修井费用是值得深入研究的;③排采工艺的选择要综合考虑多方面因素，在最小生产成本的条件下获得最大经济效益;④国内还没有对煤层气排采流程形成统一的标准，各煤层气开发生产公司使用的排采流程结构、功能各异，这也是排采技术下一步需要解决的问题。

参考文献：

[1]饶孟余，江舒华.煤层气井排采技术分析[J].中国煤层气， 2010，7（1）：22-25.

[2]徐春成，綦耀光，孟尚志，等.煤层气排采技术评价与设备优选[J].石油矿场机械，2012，41（10）：59-64.

[3]肖富强，邹勇军，桑树勋，等.煤层气井排水采气理论与技术研究[J].江西煤炭科技，2014（4）：133-136.

[4]柳迎红，房茂军，廖夏.煤层气排采阶段划分及排采制度制定[J].洁净煤技术，2015（3）：121-124.

作者简介：

王潇（1983- ），中国石油大学（北京）油气田开发工程硕士，主要从事油气田开发研究、技术培训及管理相关工作。