煤层气采集方法盘点

要从地下几百到一千多米深的煤层中开发天然气资源，排出井下地层水技术至关重要，目前煤层气井的各类型排水采气方法正在各个地区广泛应用。

方法1:采用传统采油方式

传统采油方式就是利用抽油机将井下的油抽吸到地面。煤层气井可以进行相应的替代，以“采水”代替“采油”，即在井内下入一根管，称为油管。油管的底端装有活塞，与地面抽油机通过一根金属杆相连，金属杆称为抽油杆，利用地面抽油机带动抽油杆使活塞进行往复运动从而进行井下地层水的抽吸。而天然气则通过下入管与井的环形空间被采集到地面，这样可以降低井下水压，并顺利采集出煤层中的天然气。

该方法工艺上较为简单，可靠性强。但还是面临一些工程上的难点，一是井下抽吸泵为体积泵，抽吸过程类似生活中常见的针管吸水过程，因此泵体内部一旦进入气体将大大影响泵的抽吸效果，而煤层气井下流体一般是气水混合物，不进行工艺上的设计则难免泵内进入气体，长期如此便无法有效进行排水采气。二是众所周知，煤层相对于其他类型的岩石往往更加柔软且破碎，大量煤灰、煤粉会随着流体堆积到井下，当泵进行抽吸时这些细小的煤粉、煤灰也会进入泵内，大量细小颗粒物会造成抽吸泵的故障，从而影响煤层气的排水采气。三是钻探井的过程并非理想状态，上百米甚至千米的井在地下往往并非笔直到达煤层的，地面与地下煤层之间的通道通常存在一定角度，造成在井中下入油管内的抽油杆在上下往复运动时会遭受磨损，从而影响煤层气的排水采气。

针对以上问题，采气工程师通过机械结构的设计、采气方案的调整等措施不断优化煤层气的排水采气方法。首先，针对井下气水混合物，目前设计了多种机械装置，统称为气锚，混合流体经过抽吸会先进入气锚，气锚则会分离气液，气体被气锚排出，液体则进入抽吸泵；另外针对煤体的细小颗粒物，目前也有较多机械结构，如在抽吸泵吸入位置的油管上进行颗粒物筛除，即设计筛管，缩小允许物质进入泵的孔径，或设计机械结构使颗粒物沉淀到特定的管内，称为沉砂管，再在固定时间对井下沉砂管进行打捞。最后针对井的倾斜问题，目前是在特定的角度下对抽油杆进行扶正，即套上特殊材质的装置来避免抽油杆的磨损，该装置称为扶正器。除了以上方法，还有许多工艺设计及方案，包括对活塞的改进设计、抽油杆或者油管的材质选择等。

方法2:采用水力驱动方式

传统的采油方式是以地面动力源带动抽油杆进而使井下活塞往复运动来抽吸排液，但是抽油杆确实带来一定的磨损，并且由于金属存在刚性无法下入斜度较大的井下，因此水力驱动方式应运而生。

水力驱动是在油管中下入一根更细的油管，称为中心油管，进而建立另一条流体流动的通道，通过地面对水加压的方式，以水的动能代替抽油杆往复运动的机械能，通过中心油管对井下活塞泵传递运动的能量，然后通过中心油管和油管的环形空间将注入的水和地层水一起排出。该方法解决了抽油杆无法较大斜度下入的问题，但相应的，该方法的制约性也相对突出。首先是依靠水的动能进行能量传递，其传动效率小于机械方式，下入深度受到一定的影响。其次水是单向向下注入的，需要对其进行换向设计才能满足活塞的往复运动，目前无论地面换向还是井下换向均没有传统抽油机稳定，故障率较高。

另外一种机械结构同样是通过水力进行排水，但是排水原理却和上述明显不同。这种方法利用了文丘里效应，即高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。具体工艺是通过地面加压的方式将大量的水通过中心油管注入井下，然后通过缩小井下出水口大小增加水的流动速度。当水的流动速度增加后，就会产生一定的吸力，从而把井底的水吸到注入水中，随着注入水一起通过中心油管返回地面。该方法避免了因活塞泵需要上下运动而产生的水力换向问题，大大简化了工艺流程，同时由于该工艺不存在需要密封部件的活塞，因此对井下的固体颗粒，如煤粉、煤灰、砂石等有较好的适应性。

方法3:采用电驱动方式

除了传统的抽油机和水力驱动的方式，目前还有电驱方式进行排水采气，即在井中下入电缆供给井下泵进行排水。该方式的难点在于下入电缆的过程容易出现工程故障，一旦电缆保护不到位就会前功尽弃。因此该工艺在不断研发更新换代，目前主要有三种电缆下入的工艺：第一种是将电缆绑在油管上随着油管下到井底，该方式容易因电缆损坏导致工艺失败；第二种是先下入电缆插头，然后通过油管下入电缆，与插头进行连接，工艺的实现需要完成两个技术难点，一是电缆接头的密封设计，避免井中液体、泥沙、煤粉等侵入接头，二是电缆插头的精准对接，完成电缆与井下设备的成功连接；第三种是复合材料管柱技术，即油管由复合有机材料制成，管子的外壁上内嵌可以导电的金属电缆，从而连接井下设备进行排水采气。

结 语

从油气资源开发开始，如何采油采气就成为石油天然气工程中最主要的工程技术研究难点之一，而煤层气作为非常规天然气，已经逐步成为我国重要的战略非常规资源，是否能够端稳能源饭碗，煤层气或将贡献重要力量。近年来，我国煤层气开发逐渐向复杂地质地貌条件进发，因此，排水采气工艺技术作为开发的重要保障也要大步向前，跟紧勘探开发脚步，逐渐向大斜度、深层、复杂工况、大范围排水量等困难制约点发展。

作者：徐思渊 刘印华 蔺景德 郭宇翔（中石油煤层气有限责任公司工程技术研究院）