[发明专利]脱水和运行煤层气井的方法

说明书

一种从煤层气井除水的方法，该煤层气井包括外套管，煤层气和水在煤层气井的下部区域附近流入该外套管中，该方法包括将加压的甲烷运送入煤层气井的下部区域中，加压的甲烷用于将水从煤层气井的下部区域提升并使其向上朝地面流动。本发明还提供一种从煤层气井除水的系统。该方法可以改装现有的CSG井。

技术领域

本发明涉及一种脱水和运行煤层气井的方法。

背景技术

天然气历史上由传统油井或传统气井来生产。在传统油井中，将井钻入地里，并且衬有外套管。将内生产管插入穿过外套管。油进入生产管并且穿过该生产管上升到地面。如果天然气携带在油中，则在地面处使天然气与油分离，并且或是捕获用于销售或是处理。气举或鼓泡泵通过如下方式来提升流体如油：引入压缩气体如空气、水蒸气或其他气体的气泡，由此降低气/液混合物相对于仅液体的密度并将液体油带出井孔。油生产中气举的目的是当储层压力不足以这样做时，将油液体移动到地面以生产。

在更近的时间，煤层气已经变成天然气的主要生产源。煤层气(CSG)主要是甲烷。CSG通过结合到煤粒子表面来在地下煤层中收集。许多煤储层中的煤层是水饱和的，并且水压将吸附的气体保持在煤表面上。

为了生产煤层气，将井钻入煤层中，并且外套管用于井的内衬。设置外套管以便流体可以从储层进入其中，例如通过在煤层附近的外套管中具有穿孔来实现。将内管插入穿过套管。煤层气流入外套管中并且向上流动穿过外套管和内管之间的环状空间。

为了使水饱和的井开始生产，经常需要初始时除去大部分的水。这种“脱水”导致将储层压力降低到在此处以明显的速率发生甲烷从煤表面解吸的点。在气体生产达到最大速率之前可以需要长时间的脱水。

人工提升系统如泵被用于脱水。螺杆泵(PCP)通常用于气井脱水，这归因于其泵送这样的水的能力，该水可以含有颗粒内容物如来自水力压裂的悬浮沙、煤或土壤粒子以及溶解的固体。PCP装置典型地包括安装在井口上的泵电机，其借助于延伸穿过生产管的驱动棒来连接到井底泵上。然而，关于PCP系统存在显著的缺点，包括重要地与泵的维护或更换相关的高成本，因为必须将这些泵从井中抽出。性能问题和维护源于：

·由疲劳、磨损和流体不相容性问题等导致的定子损坏；

·由磨损、热开裂、疲劳问题等导致的转子损坏；

·由疲劳、过度扭矩问题等导致的抽油杆柱损坏，和

·由磨损和腐蚀问题等导致的管柱损坏。

影响PC泵系统性能的另外的运行因素是：

·由气体进入泵导致的过热，这引起弹性体溶胀和过热；

·固体，其引起堵塞；

·泵在推荐的参数(其取决于井特性)之外的不正确运行；

·长期的不工作或“干井”条件；

·昂贵的修井，这归因于损坏的、出故障的或寿命末期的PC泵；和

·PCP在转速方面不能被容易地控制，由此对于可变的流量具有直接影响。

通常认为气举不适合用于煤层气井，因为所述井的目的是生产出气体，而非如油回收的情况那样回收液体。将另外的气体从地面引入井中不利于将气体沿井向上输出，或从储层中生产另外的气体，并且具有引入不想要的稀释剂如氮气或蒸气到产出气中的显著缺点，这降低了其价值。出于这些原因，没有地方应用气举来回收煤层气。

如上所述，为了从煤层气地层中产出气，必需降低井中的压力以便引发甲烷从煤上解吸并且使其流入井中。降压需要从煤层除水，并且这样的水也流入井的外套管中。这些水中的大部分在重力作用下与气体脱离并且在井底部处收集，并且典型地使用潜水机械泵来将所述水向上泵送穿过内管，以便其可以从井中除去。将理解，如果过量的水在井底部中积聚，则静水压力将倾向于抑制煤层气从煤层流入井中。