煤層氣基本知識(shí)簡(jiǎn)介

煤層氣采氣工崗前培訓(xùn)計(jì)劃

一、天然氣概述（1）二、煤層氣概述：（1）1定義、成因、種類、性質(zhì)2煤層氣儲(chǔ)量，國際國內(nèi)開采現(xiàn)狀，以及未來發(fā)展前景，3中石油目前開發(fā)現(xiàn)狀三、煤層氣開采模式概述（1）1.井下抽采2地面抽采四、鉆井（定向井）（0.5）五、完井，井身結(jié)構(gòu)，井筒狀況，井下工具（2）煤層氣采氣工崗前培訓(xùn)計(jì)劃

六、開采流程與設(shè)備：1井口裝置（0.5）2.抽油機(jī)——組成，原理，抽油機(jī)的保養(yǎng)（3）3.燃?xì)獍l(fā)電機(jī)（0.5）4.管式泵及輔助設(shè)備（2）5螺桿泵裝置（1）七、井場(chǎng)地面流程——?dú)?；水?.5）八、集氣站流程與設(shè)備：（3）1集氣站功用2集氣站流程3.空氣壓縮機(jī)4.分離器5匯管十、煤層氣的計(jì)量，處理，（2）十一、數(shù)字化管理（1）第一部分天然氣概述天然氣是指從油氣藏中開采出來以碳?xì)浠衔镏饕M分的，具有可燃性的混合氣體。一般情況（常溫常壓）下烷烴C1-C4呈氣態(tài)，是天然氣的主要成分。C6-C16呈液態(tài)，是石油的主要成分，C17以上的碳?xì)浠衔锎蠖汲使虘B(tài)。戊烷無論是石油還是天然氣中都由它的蹤影。天然氣的組成（1）烴類成分，主要是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。大約占70%——90%。還有部分C5-C10的烷烴，這部分在常溫下呈液態(tài)，少量的烯烴、炔烴（小于1%）及環(huán)烷烴、芳香烴等。（2）非烴類組分，如氮?dú)?、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳、水汽、氧、氫和微量惰性氣體等。天然氣的分類（1）氣田氣、凝析氣、伴生氣氣田氣：產(chǎn)自氣田的天然氣，開采中沒有或少有天然汽油凝析出來，甲烷含量80%以上。凝析氣田氣：產(chǎn)自凝析氣田的天然氣，烴類在氣藏中呈氣相,開采中有較多的天然汽油凝析出來，與天然氣同時(shí)采出。石油伴生氣：產(chǎn)自油田的天然氣，氣與油一起開采出來，主要是C2-C6的烷烴組分。天然氣的分類（2）干氣和濕氣按照天然氣中凝析油的含量來劃分的，戊烷以上可凝結(jié)成分含量低于100g/m3干氣，一般甲烷含量在90%以上。戊烷以上可凝結(jié)成分含量高于100g/m3的為濕氣，一般甲烷含量小于80%。（3）酸氣和潔氣含有顯著的硫化氫和二氧化碳等酸性氣體，需要凈化處理才能達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)的天然氣稱為酸氣。硫化氫和二氧化碳含量甚微，不需要凈化處理即可管輸?shù)姆Q為潔氣。天然氣的密度與相對(duì)密度密度：?jiǎn)挝惑w積天然氣的質(zhì)量叫密度.氣體的密度與壓力、溫度有關(guān)，在低溫高壓下同時(shí)和壓縮因子有關(guān)。相對(duì)密度：相同溫度壓力下天然氣的密度與空氣密度的比值叫相對(duì)密度。相對(duì)密度計(jì)算:=M氣/M空氣天然氣的粘度（一）天然氣的粘度是指氣體的內(nèi)摩擦力。當(dāng)氣體內(nèi)部有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)因內(nèi)摩擦力而產(chǎn)生內(nèi)部阻力，氣體粘度越大，阻力就越大，氣體流動(dòng)就越困難。粘度分動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度，動(dòng)力粘度的單位是[帕.秒]，動(dòng)力粘度除以流體密度就是運(yùn)動(dòng)粘度，它的單位時(shí)平方米/秒。天然氣的粘度和壓力溫度及組分含量都有關(guān)系。而且低壓和高壓下變化規(guī)律不一樣.天然氣粘度變化規(guī)律：低壓下（〈0.98MPa）:（1）幾乎與壓力無關(guān)；（2）隨溫度升高而增大；（3）隨分子量的增大而減?。唬?）非烴類氣體比烴類氣體的粘度高。高壓下（〉6.86MPa）:（1）隨壓力增大而增加；（2）隨溫度的增高而降低；（3）隨分子量的增加而增加天然氣的臨界狀態(tài)氣體的臨界狀態(tài)是氣體轉(zhuǎn)化為液體的一個(gè)特定狀態(tài)。在低溫高壓下，任何氣體都可以轉(zhuǎn)化為液體。溫度越低，使氣體變?yōu)橐后w的壓力越低；溫度越高，必須相應(yīng)地提高壓力才能使氣體液化。但當(dāng)溫度高到某一定值后（不同氣體有不同的值），無論加多大的壓力也不能使氣體液化.這種由氣體轉(zhuǎn)化為液體所允許的最高溫度叫做該氣體的臨界溫度，在臨界溫度時(shí)氣液轉(zhuǎn)化所需的最低壓力叫做臨界壓力。由臨界溫度和臨界壓力所決定的氣體狀態(tài)叫臨界狀態(tài)。天然氣是混合氣體，區(qū)別于單組分氣體，把天然氣的臨界溫度和臨界壓力分別稱為視臨界溫度和視臨界壓力。天然氣的含水量天然氣的含水量：?jiǎn)挝惑w積天然氣中含有水蒸氣的數(shù)量稱為天然氣的含水量。天然氣的含水量用濕度來表示。濕度有絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度之分。每1立方米天然氣中所含有的水蒸氣的質(zhì)量叫做天然氣的絕對(duì)濕度。用e表示。天然氣的飽和含水量：一定壓力、溫度下，每立方米天然氣中含有的最大水蒸氣克數(shù)，稱為天然氣的飽和含水量，用es表示。如果e﹤es天然氣未被水蒸氣飽和；如果e=es，天然氣剛好被水蒸氣飽和。在地層條件下，一般e=es飽和水蒸氣和天然氣經(jīng)過脫水裝置脫水后，e<

es在一定條件下，天然氣的含水量與飽和含水量之比，稱為天然氣的相對(duì)濕度，用ψ表示。ψ=e/es在采輸工程上，常用露點(diǎn)表示飽和含水量。露點(diǎn):就是在—定的壓力下，天然氣被水飽和時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度。例如某天然氣的露點(diǎn)-10℃，就表示在-lO℃時(shí)大然氣處于含水飽和狀態(tài)，只要溫度再稍降低，就會(huì)凝析出液態(tài)水。壓力相同時(shí)，溫度越高，含水量越高；溫度相同時(shí)，壓力越高，含水量越低。天然氣中重?zé)N或雜質(zhì)氣體的含量及地層水的含鹽量，都會(huì)影響含水量.天然氣的可燃性限和爆炸限可燃性限可燃物和空氣中的氧化合而放出光、熱的現(xiàn)象樁稱為燃燒。天然氣燃燒時(shí)空氣量過多過少都不好。空氣重過少使燃燒不完全而降低了熱值，同時(shí)生成一氧化碳，二氧化硫等對(duì)人體產(chǎn)生毒害；空氣量過多使過?？諝獗患訜岫档土巳紵郎囟壬踔潦够鹧嫦?。當(dāng)甲烷在空氣中的含量占其總體積的5％～15％時(shí)，甲烷與空氣的混合物才能穩(wěn)定燃燒?？扇?xì)怏w與空氣組成的混合物，可以穩(wěn)定燃燒的最低濃度稱為可燃性低限，最高濃度稱為可燃性高限，低限和高限之間的濃度范圍簡(jiǎn)稱為可燃性限。

爆炸限燃燒與爆炸是同一序列的化學(xué)過程，但在反應(yīng)強(qiáng)度上爆炸比燃燒激烈。天然氣爆炸是在一瞬間產(chǎn)生高壓、高溫(2000—3000)的燃燒過程，體積突然膨脹，同時(shí)發(fā)出巨大聲響，爆炸波速達(dá)2000m／左右，具有很大的破壞力。天然氣與空氣以一定比例組成的混合物，在封閉系統(tǒng)中，遇明火就爆炸。可能發(fā)生爆炸的最低濃度稱為爆炸低限，最高濃度稱為爆炸高限。低限和高限之間的濃度范圍，稱為爆炸界限，簡(jiǎn)稱爆炸限。實(shí)驗(yàn)證明，天然氣所處壓力、溫度越高，爆炸范圍越大。例如甲烷在不同壓力下的爆炸限：100kPa：5~15%。1000kPa：5.8~17%。5000kPa：5.7~29.5%。12500kPa：5.7~45.4%第二部分采氣常用術(shù)語壓力

(1)原始地層歷力：氣藏在原始靜止?fàn)顟B(tài)下的壓力，也就是氣藏剛被打開時(shí)的壓力,即該氣藏上第一口井鉆完后，關(guān)井測(cè)得的井底壓力。

(2)目前地層壓力：氣藏開發(fā)一段時(shí)間后，在靜止?fàn)顟B(tài)下的地層壓力，稱為目前地層壓力，通過生產(chǎn)井關(guān)井、待壓力恢復(fù)平穩(wěn)后所取井底壓力得到的。

(3)井底流動(dòng)壓力：氣井采氣時(shí)，在氣層中部深度點(diǎn)上的壓力稱為井底流動(dòng)販力。

(4)井口壓力：氣井的井口壓力是井口測(cè)得的流體壓力。井口壓力分油壓(油管壓力)和套壓(套管壓力)。油壓是氣井油管內(nèi)流體的壓力，套壓是氣井油、套管環(huán)形空間的壓力。油管壓力和套管壓力的大小與采氣方式有關(guān)。油管采氣時(shí)，套壓大于油壓；套管采氣時(shí)，套壓小于油壓。絕大多數(shù)氣井采用油管采氣。5)輸氣壓力：天然氣經(jīng)過采氣地面設(shè)備后進(jìn)人輸氣管時(shí)的壓力稱為輸氣壓力

(6)氣井和氣層壓力間的相互關(guān)系，以油管生產(chǎn)為例：

地層壓力-井底流動(dòng)壓力=采氣壓差；井底流動(dòng)壓力-油壓=在油管中的壓力損失油壓-輸壓=在采氣地面設(shè)備中的壓力損失氣井生產(chǎn)時(shí)各種壓力間的關(guān)系為：地層壓力>井底流動(dòng)壓力>套壓>油壓>計(jì)量前分離器壓力>流量計(jì)靜壓>輸氣壓力不同情況下氣井油套壓的關(guān)系

油管生產(chǎn)油壓<套壓純氣井套管生產(chǎn)油壓>套壓開井油套合采油壓≈套壓油管生產(chǎn)油壓《套壓氣水同產(chǎn)井套管生產(chǎn)油壓》套壓油套合采油壓≈套壓關(guān)井井筒無液柱油壓=套壓（壓力穩(wěn)定后）油管液柱高于環(huán)空液柱油壓<套壓油管液柱低于環(huán)空液柱油壓>套壓溫度：1)地層溫度：氣層中部的溫度，稱為地層溫度。地層溫度是氣井關(guān)井后用井底溫度計(jì)下至氣層中部測(cè)得。地層溫度在氣藏開發(fā)過程中可以近似認(rèn)為不變。(2)井口溫度：

1)關(guān)井井口溫度：氣井關(guān)井后在井口測(cè)得的天然氣溫度。關(guān)井井口溫度變數(shù)，初關(guān)井時(shí)溫度高，隨關(guān)井時(shí)間延長溫度降低，最后等于大氣溫度，并隨大氣溫度的變化而變化。

2)井口流動(dòng)溫度：氣井采氣時(shí)在井口測(cè)得的天然氣溫度。(3)井筒平均溫度：氣井井口溫度與井底溫度的算術(shù)平均值井筒平均溫度=（井口溫度+井底溫度）/2.

流量產(chǎn)量:單位時(shí)間內(nèi)從氣井產(chǎn)出的氣態(tài)或液態(tài)物質(zhì)的數(shù)量。常用m3/d表示。(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))絕對(duì)無阻流量：在氣井井底流壓等于0.1MPa時(shí)氣井的產(chǎn)量，它是氣井的最大理論產(chǎn)量。實(shí)際氣井不可能按它進(jìn)行生產(chǎn)。無阻流量：是指氣井井口壓力等于0.1MPa時(shí)氣井的產(chǎn)量。第三部分氣井的鉆井完井和井身結(jié)構(gòu)一鉆井二完井三井身結(jié)構(gòu)四井口裝置鉆井為了開采地下的天然氣資源，從勘探到氣田開發(fā)的各個(gè)階段都必須鉆井，由于鉆井的目的的不同，氣井又分為資料井、探井、生產(chǎn)井。資料井：在勘探階段，為了研究某地區(qū)的地層情況、沉積特點(diǎn)、構(gòu)造形態(tài)所鉆的井。探井：為了進(jìn)一步探明氣田構(gòu)造、儲(chǔ)氣層的性質(zhì)、含水、氣的邊界等綜合資料而鉆的井。生產(chǎn)井：在已探明的氣田上，為了開采天然氣而鉆的井。整個(gè)鉆井過程，可分為三個(gè)階段：1）鉆前準(zhǔn)備：包括平整井場(chǎng)、鉆機(jī)搬家和井口安裝等工作。2）鉆進(jìn)：包括鉆碎巖石，循環(huán)泥槳，保護(hù)井壁、加深井眼等工作。3）完井：包括電測(cè)、固井、射開氣層、替噴誘流等工作。鉆井時(shí)，吊升系統(tǒng)懸吊著方鉆桿、鉆桿鉆鋌、鉆頭等鉆具，由系統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)方鉆桿和下面的鉆具一同旋轉(zhuǎn).鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí),鉆入地層破碎巖石,隨著井眼被加深,鉆頭也不斷下移.同時(shí)循環(huán)系統(tǒng)由泥漿泵向井內(nèi)循環(huán)泥漿,泥漿經(jīng)水龍頭沿方轉(zhuǎn)桿、鉆桿中心流向井底，從鉆桿水眼沖出，沖刷巖石，清洗井底，破碎的巖石從鉆桿的環(huán)形空間返回地面，返出的泥漿流到泥漿槽里，經(jīng)篩網(wǎng)過濾和沉淀，除去巖石后，又被泥漿泵打到井底循環(huán)使用。鉆井時(shí)循環(huán)泥漿起著冷卻鉆頭、泛出巖屑、清洗井底，保護(hù)井壁、潤滑鉆具等多種作用。當(dāng)鉆完一段深度后，方鉆桿的上端靠近鉆盤面，就要加長鉆具。當(dāng)鉆頭磨損不能鉆碎巖屑時(shí)，就要把全部鉆具其出來。換上新鉆頭，再下入井內(nèi)鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)過程中，鉆頭穿過各種地層，有的地層易塌，有的易漏，有的含高壓水等，如果這類底層影響正常鉆進(jìn)，就要下鋼質(zhì)套管，并在套管外注水泥漿，將這類地層隔開。然后用較小鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，直到鉆穿地層。向井內(nèi)下套管，注入水泥的工作稱為固井。根據(jù)不同的目的，有的井要下幾層套管，進(jìn)行幾次固井。除了有特殊要求外，一般井筒應(yīng)當(dāng)垂直不變，鉆進(jìn)過程中對(duì)油氣層不能污染損害，所有應(yīng)隔開的地層應(yīng)毫無竄漏。完井鉆井的最后一個(gè)工序是完井.完井就是只用什么方法使氣層和井筒連通。完井的方法很多，主要由裸眼完井、射孔完井、襯管完井、尾管完井4種，具體要用哪一種方法要根據(jù)氣層的特點(diǎn)而定。

1、裸眼完井：用于堅(jiān)硬不易垮塌的無夾層水的裂縫性石灰?guī)r氣層。

2、襯管完井：用于裸眼完井的易垮塌巖層。

3、射孔完井：用于易垮塌的砂巖氣層或要進(jìn)行選擇性增產(chǎn)的氣層。

4、尾管完井：用于節(jié)省大量套管的射孔完井裸眼完井鉆達(dá)油層頂部后，先下套管固井完成井身，然后鉆開產(chǎn)層投產(chǎn)。氣層氣層套管表層套管裸眼完井法的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：裸眼完井法的井底結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，油層全部裸露，滲濾面積最大，完井液對(duì)產(chǎn)層的損害較小。

缺點(diǎn)：不能進(jìn)行分層開采，不能采取防止油層出砂措施．因此，裸眼完井法只適用于油層巖石堅(jiān)硬的單一產(chǎn)層，以及裂縫性產(chǎn)層。襯管完井:氣層襯管（帶眼套管）氣層套管襯管懸掛器表層套管射孔完井鉆穿油層后，先下入油層套管固井完成井身，然后用井下射孔器對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)層射孔，穿透套管、水泥環(huán)進(jìn)入產(chǎn)層深處，構(gòu)成產(chǎn)層與井筒的通道。表層套管氣層套管氣層（2）射孔完井法的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：可以對(duì)產(chǎn)層進(jìn)行選擇和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)分層開采，因而適用于多產(chǎn)層油井。

缺點(diǎn)：完井過程中，會(huì)對(duì)油氣層造成較大損害，滲濾面積小，油流入井阻力大，降低了油井原始生產(chǎn)能力。三、井身結(jié)構(gòu)

井身結(jié)構(gòu)是指氣井井身下入套管的層次，各層套管的尺寸及下入深度，各層套管相應(yīng)的鉆頭直徑、各層套管外水講的返回高度、井底深度或射孔完成的水泥塞深度、以及采用何種完井方法等。在一口井內(nèi)，應(yīng)該下幾層套管，每層套管應(yīng)該下多深，這主要是決定于要鉆穿的地下巖石情況。井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)圖包括以下幾項(xiàng)數(shù)據(jù)：1、地面海拔和補(bǔ)心海拔2、鉆井日期3、產(chǎn)油氣層段4、鉆頭程序5、套管程序6、完鉆井身及射孔完井的水泥塞深度7、水泥返高及試壓情況。8、油管規(guī)格及下入深度。9、油氣井完成方法10、其他情況（井下有無落物）井身結(jié)構(gòu)圖井身結(jié)構(gòu)表層套管下入深度一般在30-1500米之間,管外水泥應(yīng)返至地面。用以防護(hù)淺水層污染，封隔松軟地層及淺層氣，同時(shí)用來安裝井口防噴器以便繼續(xù)鉆進(jìn).氣層套管（生產(chǎn)套管）目的在于保護(hù)井壁阻斷上覆地層和油層的通路，在套管內(nèi)形成升舉油氣的良好通道。各油田下井所用套管尺寸最大為51/2in,（140mm)其次為65/8in。管外水泥應(yīng)返至通常要返至產(chǎn)層頂部200m以上，常用國產(chǎn)套管技術(shù)參數(shù)技術(shù)(或中間)套管這是下在表層套管和生產(chǎn)套管之間的一層套管，用于封隔表層套管以下的復(fù)雜地層，以利鉆進(jìn)，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)套管還具有保擴(kuò)作用。油管柱油管柱由油管掛（錐管掛）、油管、篩管、油管鞋組成。油管掛：是金屬制成的帶有外密封圈的空心錐體，坐在大四通內(nèi)，并將油、套管的環(huán)形空間密封起來。篩管：由油管鉆空制成，每根長3-10m，鉆孔孔徑10-12mm，鉆孔孔眼的總面積要求大于油管的橫截面積，以增加氣流通道，彌補(bǔ)油管鞋入口處過小對(duì)產(chǎn)量的影響。油管鞋：接在油管最下部，是一個(gè)內(nèi)徑小于井底壓力計(jì)直徑的短節(jié)，防止測(cè)壓時(shí)壓力計(jì)或其他入井工具掉落井內(nèi)。油管鞋油管接箍篩管油管鞋油管柱作用使地層產(chǎn)出的油氣水從井底輸送到井口;壓井洗井酸化壓裂作業(yè);保護(hù)套管.氣井的試氣目的:了解所鉆探的層有無油氣及產(chǎn)量的多少,為評(píng)價(jià)氣層和氣層的開采提供依據(jù).氣井的試氣工藝通井洗井壓井射孔誘噴測(cè)試四.氣井的井口裝置1、組成：套管頭、油管頭和采氣樹2、作用：懸掛各層套管