煤层气又称煤层瓦斯,它是在成煤过程中形成并赋存于煤层中的一种非常规天然气资源。煤层气的主要成分是甲烷。在早期的煤矿开采中,煤层气被认为是一种有害气体,它的富集区域内不仅常常引起煤矿爆炸等灾害事故,直接排放到空气中还会引起比二氧化碳高20～30倍的温室效应。随着煤层气工业的发展,它的有利价值逐渐被发现。煤层气中甲烷含量大于70%,有的甚至高达98%以上,甲烷燃烧值高,燃烧产物对大气无污染,是一种清洁、优质、高效的新型能源。合理并有效的开发煤层气,不仅可以解决能源短缺的问题,优化能源结构,提高能源利用水平,并且可以缓解大气污染,减少温室气体排放,促进经济与环境的协调发展。另外,开发煤层气还可以减少煤矿瓦斯爆炸的发生,确保煤矿安全生产。总之,开发煤层气具有一举多得的功效。我国的煤炭资源储量丰富,总量位居世界前列,因而煤层气资源储量也相当可观。虽然在我国已有数十年的开发历史,但由于未得到充分重视,配套技术设施不完善,因而一直发展缓慢,还未达到市场化和系统化开采的程度。目前,我国主要的排水采气方法仍是有杆泵排采,虽然也取得了一定的成就,形成了一系列的理论体系,但仍然存在很多不可避免的问题,效果不是很理想。例如,由于煤层气排采过程中经常会带有煤粉、砂粒等固体颗粒,容易造成固相颗粒卡钻以及抽油杆偏磨等问题,设备使用寿命短,经常需要停泵修井,修井过程不仅费时费力,耗费成本,还影响煤层气的开发进度和质量。此外,由于有杆泵排采产生的压降低,造成的压降半径小,单井控制的储量不能很好的解放出来,这就造成了低渗煤层虽然会出现产气高峰,但是稳产周期不会太长的现象存在。我国煤储层大部分具有低压、低孔、低渗的特点,地层压力梯度为0.8～1.OMPa/100m,平均孔隙度在10%左右,还有大部分孔隙不能相互连通而成为无效孔隙,绝大部分煤层的原始渗透率极低(基质渗透率一般小于10-3mD,裂缝渗透率一般介于0.1～100mD)。基于这些客观因素的存在,在进行排水开发时,气体在煤层中驱动能力低,再加上现有的排采设备降低井底压力的能力有限,导致煤层气的解吸程度和运移速度低,造成稳产期不长、最终产量也不高的现象。要想获得煤层气的高效开发,延长稳定生产时间,就需要在排水降压上进行创新,寻求能够造成更高压差的排采设备,尽可能的扩大压降半径,使临界解吸压力传播的更远,使煤层气解吸的范围更广,最终提高煤层气的采收率。水力射流泵是一种无杆采油设备,它利用高速流动的流体作为工作动力来传递能量,整个举升过程通过压能和动能的转换完成,不像其它类型的泵一样,必须有机械能量和流体能量的转换。由于其自身没有运动部件,且同时具有结构简单、排量大、易维护及成本低廉等一系列独特的特点,在许多工艺流程和恶劣的环境中具有明显的优越性和不可替代性。例如,对定向井、水平井和海上从式井的举升具有良好的适应性。另外,由于可以利用动力液的热力及化学特性,水力射流泵还可以用于高凝油、稠油和高含蜡井等。随着科技的发展,水力射流泵的优势日益突出,受到越来越多的重视。目前已有利用射流泵钻井、排采常规气的应用,还有利用射流泵采煤的研究。除了在石油行业的应用外,射流泵在其他各行各业也发挥了其良好的优势,应用范围日益广阔。本论文首先对煤层气和射流泵的国内外情况进行了调研,然后分析了煤层气在煤层气藏内的吸附、解吸、渗流规律及压力在煤层气藏内的传播规律,并对射流泵排采系统进行了简单介绍,对射流泵工作原理、基本参数、特性等进行了研究。在分别分析了煤层气特点及射流泵优势的基础上,以国外射流泵排采煤层气的技术作为借鉴和参考,探讨将水力射流泵应用在我国煤层气排采中的新技术。该技术旨在利用射流泵高速射流造成强大的真空度的效果,极大的降低井底压力,使井底压力降到OMPa、-1MPa、-5MPa、-10MPa,甚至更低的负压,使生产压差成倍的增大,获得比常规排采技术更大的生产压差,极大地提高压降半径,促使煤层气解吸更充分,解吸范围更广,促使煤层气实现由“点”到“面”的排采,即实现区域内的面积排采,最终达到煤层气高产、稳产和提高采收率的效果。该研究中提出了“面积排采”、“负压”等形象化的概念,分析了此项新技术的设计思路、设计方法、技术要求、注意事项以及突出的优点等,确定了该项技术的可行性。本论文还对所需的射流泵进行了设计和优化。详细分析了水力射流泵在煤层气井生产中的主要设计步骤,主要设计内容包括井底流压、下泵深度、压力温度系统的计算、结合泵的无量纲特性曲线确定扬程、动力液系统分析及地面工作参数的确定。其中,确定井底流压时,由于排采阶段的不同,煤层内的渗流相态也不同,因此,在对煤层的流入动态进行分析时,进行了分阶段的讨论,以便确定设计产量下的井底流压。关于射流泵的优化方面,对组成射流泵的喷嘴、喉管和扩散管等关键部件进行了研究,分析了各部件的直径、长度等。另外,还从能量守恒的角度出发,以获得最优泵效为目的,给出了计算射流泵参数方程的新方法,对今后的研究及应用具有积极的借鉴意义。