液面自動監(jiān)測技術(shù)在沁水煤層氣田的應用

王 碩 陳志鑫 黃政華 田 江 楊 陽 郅雄超

(1.河北華北石油天成實業(yè)集團有限公司,河北 062552;2.中國石油股份有限公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司,山西 048000)

液面自動監(jiān)測技術(shù)在沁水煤層氣田的應用

王 碩1陳志鑫2黃政華2田 江2楊 陽1郅雄超2

(1.河北華北石油天成實業(yè)集團有限公司,河北 062552;2.中國石油股份有限公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司,山西 048000)

動液面監(jiān)測貫穿于煤層氣井的整個生產(chǎn)周期內(nèi)，如何降低人工測試成本和惡劣氣候?qū)θ斯y試的影響，是所有煤層氣生產(chǎn)企業(yè)共存的問題。本文從動液面測試的必要性出發(fā)，通過液面測試技術(shù)的橫向?qū)Ρ?，提出液面自動監(jiān)測技術(shù)的重要性，分析此項技術(shù)在沁水煤層氣田的適應性，研究表明該技術(shù)能夠及時、準確、高效的監(jiān)測動液面變化，滿足生產(chǎn)測試的實際需求，現(xiàn)場應用后取得良好效果，具有很好的推廣前景。

煤層氣井 自動監(jiān)測 液面測試

1 液面自動監(jiān)測必要性分析

1.1 動液面測試的必要性

目前國內(nèi)煤層氣排采控制的主題思路是穩(wěn)定和連續(xù)，國內(nèi)外學者在控制井底流壓、平穩(wěn)排采降液面以及產(chǎn)氣后逐級降壓方面取得了一定共識，井底流壓是影響產(chǎn)氣量的獨立參量，排采速率過大，會導致裂縫閉合過快，滲透率降低，壓降不能傳遞更遠，如何保持穩(wěn)定連續(xù)的排液，防止生產(chǎn)壓差劇烈波動產(chǎn)生的不利影響，擴大煤層氣的解析范圍，增加煤層氣井的累計產(chǎn)氣量，歸根結(jié)底就是要控制井底流壓的降壓幅度控制在一定強度和持續(xù)足夠的時間，由此可見井底流壓對于煤層氣井的重要性。

與井底流壓息息相關(guān)的一個重要參數(shù)，就是動液面，可通過動液面數(shù)據(jù)間接計算出煤層的井底流壓。動液面直接反應了井筒中液柱的高度、液面的位置；確定煤層氣井解吸壓力的重要指標就是動液面的高低變化；排采工藝是否正常，也能夠從動液面的變化體現(xiàn)出來，例如當生產(chǎn)井穩(wěn)定生產(chǎn)時，動液面會較穩(wěn)定或在較小的波動范圍維持，若井筒工藝或排采設備出現(xiàn)故障，會導致煤層水不能產(chǎn)出，這時候動液面的逐步上升壓制煤層的產(chǎn)氣能力，生產(chǎn)現(xiàn)象為產(chǎn)水量降低甚至無液產(chǎn)出，套壓下降，氣量減少。

因此，及時準確并且連續(xù)的監(jiān)測出煤層氣井的動液面數(shù)據(jù)是生產(chǎn)管理的重中之重。

1.2 液面測試技術(shù)對比

通過相關(guān)調(diào)研，目前國內(nèi)具有較大規(guī)模的煤層氣公司，所應用的成熟的液面測試技術(shù)無非有三種：井下壓力計測試、氮氣測試和液面自動測試，對比如下：

(1)井下壓力計

優(yōu)點：測試精度精準，采集的液面數(shù)據(jù)可上傳至自動化系統(tǒng)，讀取方便快捷。

缺點：較高額的價格；需要安裝在井下，且數(shù)據(jù)傳輸電纜要固定在井下管柱上，過程繁瑣；使用過程中，一旦出現(xiàn)電纜磨斷，必須通過啟下油管管柱，才可進行維修，并增加檢泵費用。

(2)氮氣測試

優(yōu)點：與井下壓力計相比，不影響井下管柱，直接在地面井口可進行測試，且一套儀器可多口井測試，重復利用。

缺點：儀器較為笨重，需要人為進行測試，增加人力和勞動強度；在測試精度方面，因人而異，誤差較大，存在10～20m的誤差值；測試效率低下；一旦天氣惡劣，無法進行測試。

(3)液面自動測試

優(yōu)點：與井下壓力計相比，價格略低，直接安裝在地面，可人工遠程進行測試，也可設定程序定時自動測試，省時省力省人工?？芍貜屠?。

最后，在現(xiàn)行管理中，教學督導、教師教育教學的獎勵和違規(guī)處理、學生評教等方式方法各自獨立行事，沒有一個有機的結(jié)合，而教師本身是獨立完整的，教師的教育教學工作也是一個綜合的情況，不能由某一個單一的方面來確定。

缺點：測試液面的數(shù)值精度低于井下壓力計。

綜上所述，液面自動測試雖然存在測試精度較低的弊端，但對比其他測試方式，具有較大的優(yōu)勢，液面自動監(jiān)測是有必要的。

2 液面自動監(jiān)測技術(shù)

2.1 液面自動監(jiān)測儀的結(jié)構(gòu)

液面自動監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)包括測試和控制兩大部分。

(1)測試部分包括：壓力傳感器、電磁閥和聲波接收器等相關(guān)部件；

(2)控制部分包括：電源系統(tǒng)、脈沖聲波發(fā)生裝置、儲氣室、控制板、無線通訊模塊等。

2.2 液面自動監(jiān)測儀工作原理

測量液位時，不用傳統(tǒng)的子彈，采用釋放一定壓力套管氣作為發(fā)聲源來產(chǎn)生聲波，儀器正常工作時不需人工干預即可實現(xiàn)液面連續(xù)監(jiān)測，通過主控電路設置好相應參數(shù)后，定時開啟電磁閥產(chǎn)生聲波，在擊發(fā)后，微音器接收油管接箍及液面反射波信號，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)濾波后，MCU將采集反射波數(shù)據(jù)，借助現(xiàn)有McWill無線通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，由上位機對數(shù)據(jù)進行存儲、分析處理，實現(xiàn)數(shù)字化遠程監(jiān)測。

3 液面自動監(jiān)測技術(shù)適應性分析

在沁水煤層氣田，選擇部分煤層氣生產(chǎn)經(jīng)營，開展如下兩類試驗，通過確鑿的試驗數(shù)據(jù)，分析論證其適應性。

3.1 單井液面測試試驗

3.1.1 有套壓井液面測試試驗

(1)抽油機井測試

HBM1井：煤層頂界深度450.3m，采用四型抽油機排采，管式泵D38mm×456.72m，工作制度沖程1.5m×沖次2.5次/min，套壓0.2MPa，在20天的試驗周期內(nèi)，液面自動監(jiān)測設備運行穩(wěn)定，零故障率。

液面值準確，所測波形無間斷，動液面讀值為443m。

(2)螺桿泵井測試

HBM2井：煤層頂界深度521.3m，采用15kW的螺桿泵直驅(qū)驅(qū)動頭排采，螺桿泵GLB40-25×525.81m，工作轉(zhuǎn)速45r/min，生產(chǎn)套壓0.25MPa，在15天的試驗周期內(nèi)，液面自動監(jiān)測設備運行穩(wěn)定，零故障率。

液面值準確，所測波形無間斷，動液面讀值為517m。

3.1.2 無套壓井液面測試試驗

HBM3井：煤層頂界深度730.05m，采用五型抽油機排采，管式泵D57mm×735.61m，工作制度沖程2.5m×沖次2.7次/min，套壓0MPa，日產(chǎn)水量17m3。該井無套壓，檢測儀自動觸發(fā)聲波發(fā)生裝置產(chǎn)生聲波進行測試。動液面讀值為612m。

以上試驗結(jié)果表明，液面自動監(jiān)測儀能夠在沁水盆地煤層氣井正常使用，并且儀器可連續(xù)穩(wěn)定運行。

3.2 液面測試精度試驗

將液面自動監(jiān)測儀測試的動液面數(shù)值，與測試精度最準確的井下壓力計所測得的動液面數(shù)值進行比對。

將3.1.1和3.1.2中涉及的3口井下入井下壓力計，另再選已下入壓力計的7口水平井，共計10口井進行測試精度試驗，結(jié)果見表1。

表1 液面測試統(tǒng)計表

從表1可以看出，通過兩種測試技術(shù)的結(jié)果對比，10口井的液面測試平均誤差值為4.7m，原低于10～20m的氮氣測試誤差值。因此，液面自動監(jiān)測儀的測試精度滿足沁水煤層氣田煤層氣井的生產(chǎn)測試需求。

4 現(xiàn)場應用

截止目前，沁水煤層氣田已在75口單井實現(xiàn)液面自動監(jiān)測，每口單井的液面測試頻次為3天/次。

若使用人工氮氣測試液面，年累計非惡劣天氣共需人工測試9125井次，測試班組每日的飽和工作量為10井次/日，折合912班次工作量。每個測試班次一天按2人+1車；1瓶氮氣在測試完近30井次液面后，需重新充氣，按此計算：全年共需人工1824人和912臺車次、氮氣304瓶；以車費200元/天、人工費150元/天、氮氣50元/瓶的價格，全年累計支出約47.1萬元。換句話說，已實現(xiàn)液面自動監(jiān)測的75口煤層氣井，全年可節(jié)省人工測試成本近47萬余元。

[1] 張孫玄琦.中國煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及其前景[J].地下水，2015，9(5)：254-255.

[2] 羅山強，郎兆新，張麗華.影響煤層氣井產(chǎn)能因素的初步研究.斷塊油氣田，1997，4(1)：42-47.

[3] 吳芒，文伯清，鄒建，等.排水采氣井井底流壓測試計算方法研究與應用.鉆采工藝，2002，25(2)：20-23.

[4] 李金海，蘇現(xiàn)波，林曉英，等.煤層氣井排采速率與產(chǎn)能的關(guān)系[J].煤炭學報，2009，34(3)：376-380.

[5] 倪小明，王延斌，接銘訓，等.煤層氣井排采初期合理排采強度的確定方法[J].西南石油大學學報，2007，29(6)：101-104.

[6] 魏佳超，田新民，能學春.新型動液面測試設備的試驗與應用. 設備管理與維修,84-86.

[7] 楊焦生，王一兵，王憲花，等.煤層氣井井底流壓分析及計算[J].天然氣工業(yè)，2010，30(2)：66-68.

[8] 康永尚，趙群，王紅巖.煤層氣井開發(fā)效率及排采制度的研究[J].天然氣工業(yè)，2007，27(7)：79-82.

[9] 曹立剛，郭海林，顧謙隆.煤層氣井排采過程中排采參數(shù)間關(guān)系的探討[J].中國煤田地質(zhì)，2000，12(1)：31-35.

[10] Do Hoon Kim，Seungjun Lee，Gary A.Pope.. Development of a Viscoelastic Property Database for EOR Polymers.SPE 129971，2010，1-16.

[11] Krelle，A.. 2011. Geological Controls on Coal Seam Gas Domains—A Case Study in the Moranbah Coal Measures at Saraji East. Department of Earth Sciences. The University of Queensland，Brisbane.

(責任編輯 劉 馨)

Application of Liquid Level Automatic Monitoring Technology in Qinshui CBM Field

WANG Shuo1，CHEN Zhixin2，HUANG Zhenghua2，TIAN Jiang2，YANG Yang1，ZHI Xiongchao2

(1. Huabei Petroleum Tiancheng lndustrial Group Co.Ltd.，Hebei 062552; 2. Shanxi CBM Exploration and Development Branch，PetroChina Huabei Oilfield Company，Shanxi 048000)

Monitoring the dynamic liquid level runs through the whole production cycle of CBM wells. It is a shared concern of all the CBM production enterprises that how to reduce the cost of artificial test and the influence of bad weather on artificial test. In this paper，the author puts forward the importance of automatic monitoring of liquid level from the necessity of moving liquid test，by the horizontal contrast of liquid level test technology，and analyzes its adaptability in Qinshui CBM Field. The research shows that it can help to timely，accurately and efficiently monitor the change of dynamic liquid level by means of this technique，and it meets the actual demand of production test，with useful results and good prospects in practical application.

CBM wells; automatic monitoring; liquid level test

王碩，助理工程師，工學學士，主要從事工程項目立項管理、工程技術(shù)工作。