煤層氣L型水平井無桿泵動(dòng)力液位自動(dòng)報(bào)警裝置及應(yīng)用

原紅超 賈慧敏 郭連升

(1.中國(guó)石油華北油田山西煤層氣勘探開發(fā)分公司,山西 047000；2.中國(guó)石油華北油田公司培訓(xùn)中心,河北 062550)

煤層氣開發(fā)是通過排采設(shè)備持續(xù)排出煤層水，將煤儲(chǔ)層壓力降至解吸壓力以下，使甲烷解吸并產(chǎn)出。煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性強(qiáng)，排采設(shè)備頻繁故障會(huì)導(dǎo)致流壓頻繁波動(dòng)，影響正常排水產(chǎn)氣，還會(huì)造成儲(chǔ)層傷害，降低氣井產(chǎn)能。華北油田公司自主創(chuàng)新的“L型水平井”是高效開發(fā)煤層氣的重要技術(shù)，但由于其井斜較大，需要采用射流泵、水力管式泵等無桿排采設(shè)備進(jìn)行排采，其能否實(shí)現(xiàn)連續(xù)排采是“L型水平井”推廣應(yīng)用的關(guān)鍵制約因素。

1 煤層氣L型水平井主要無桿泵

煤層氣用無桿泵主要包括水力管式泵和射流泵，其中水力管式泵主要由無桿管式泵、中心管、液壓缸、齒輪泵、液控閥、電動(dòng)機(jī)、水箱和控制系統(tǒng)組成。主要通過液控閥換向推動(dòng)地下水力管式泵活塞運(yùn)動(dòng)，將煤層水產(chǎn)出地面。其中，射流泵通過柱塞泵將動(dòng)力液轉(zhuǎn)換為高壓液流，并通過噴嘴形成高速液流，從而在噴嘴周圍產(chǎn)生負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下煤層氣井中水量被持續(xù)排至地面。

2 動(dòng)力液箱無液原因與后果

2016年以來，投產(chǎn)的高壓射流泵、水力管式泵等水力無桿排采設(shè)備動(dòng)力液箱頻繁無液，這一方面由于柱塞泵盤根漏失；另一方面，地層產(chǎn)水不足，吸入水量大于排出水量。動(dòng)力液箱頻繁無液導(dǎo)致兩個(gè)后果：第一，無桿泵不能有效排水，導(dǎo)致煤層氣井井底流壓頻繁波動(dòng)，不僅導(dǎo)致氣量損失，還可能造成儲(chǔ)層傷害；第二，由于需要現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，動(dòng)力液箱從無液至準(zhǔn)確識(shí)別至少需要4小時(shí)以上，至故障處理完畢并恢復(fù)氣量至少還需要10小時(shí)以上，因此，故障處理時(shí)間過長(zhǎng)，往往導(dǎo)致故障過夜。第三，導(dǎo)致氣量損失，水平井產(chǎn)量一般在5000～8000m3/d。

無論何種原因，只要及時(shí)發(fā)現(xiàn)液面異常，及時(shí)處理故障并或時(shí)補(bǔ)水，就可以避免無液。但只加強(qiáng)人工現(xiàn)場(chǎng)巡檢頻率存在三個(gè)缺點(diǎn)：水箱頂至地面一般3m以上，巡檢工人每天兩次攀爬水箱，勞動(dòng)強(qiáng)度大幅增加；頻繁登高存在安全風(fēng)險(xiǎn)；雨雪天氣等許多客觀因素導(dǎo)致液面無法及時(shí)獲得。

3 動(dòng)力液箱頁面自動(dòng)報(bào)警裝置

動(dòng)力液箱自動(dòng)報(bào)警裝置功能為當(dāng)動(dòng)力液箱液位降至特定值時(shí)，發(fā)出警報(bào)，并遠(yuǎn)程傳輸至相關(guān)人員，可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)預(yù)防，避免無液后被動(dòng)處理。

3.1 裝置設(shè)計(jì)與構(gòu)成

1—保護(hù)管 2—浮桿 3—浮球 4—固定條 5—磁力接近開關(guān) 6—液位標(biāo)示牌

動(dòng)力液箱自動(dòng)報(bào)警裝置使用浮球、浮桿系統(tǒng)監(jiān)測(cè)液位變化，其主要部件及裝置如圖1所示。保護(hù)管為普通PE管，尺寸根據(jù)水箱大小確定，保護(hù)管套設(shè)在浮桿和浮球外部，對(duì)浮球起保護(hù)作用，為浮球營(yíng)造一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，避免進(jìn)水沖擊浮球，造成液位誤報(bào)，保護(hù)管與固定條固定連接，固定條與動(dòng)力液箱固定連接。在保護(hù)管下端與水箱接觸位置開2～3個(gè)長(zhǎng)方形進(jìn)水口，保護(hù)管上開2～3排圓形進(jìn)水口，使保護(hù)管與水箱形成良好的連通，保證保護(hù)管與水箱內(nèi)液位一致；保護(hù)管頂蓋開口直井應(yīng)略大于浮桿外徑，二者差值控制在1cm以內(nèi)，以保證浮桿直立，避免因浮桿傾斜導(dǎo)致液位計(jì)量誤差。

浮球采用塑料材質(zhì)，位于動(dòng)力液水箱內(nèi)，其大小根據(jù)其承載的浮桿重量確定；浮桿采用較細(xì)的PE管制成，盡可能減輕浮桿自身重量，其長(zhǎng)度應(yīng)高于水箱高度10cm左右；浮桿與浮球固定連接，二者連接處不能存在裂縫，防止水進(jìn)入浮球。在保護(hù)管旁邊5cm處安裝液位標(biāo)示牌，其高度應(yīng)等于水箱高度，并在液位標(biāo)示牌上利用發(fā)光紙標(biāo)注刻度，以便能夠直觀讀取液面位置，液位標(biāo)示牌與動(dòng)力液水箱固定連接。

磁力接近開關(guān)的第一端設(shè)置在浮桿上，根據(jù)水箱具體參數(shù)和到達(dá)井場(chǎng)時(shí)間確定預(yù)警水位，磁力接近開關(guān)的第二端設(shè)置在液位標(biāo)示牌上，在液位標(biāo)牌上與預(yù)警水位高度相同的位置安裝磁力接近開關(guān)的磁鐵；以使得當(dāng)所述動(dòng)力液水箱的液面下降至預(yù)設(shè)液位時(shí)，磁力接近開關(guān)的兩端接觸產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并通過井場(chǎng)自動(dòng)化控制柜、信號(hào)塔傳輸至作業(yè)區(qū)相關(guān)人員，工作人員立即組織設(shè)備維修和水量補(bǔ)充，有效避免無液。

3.2 裝置優(yōu)點(diǎn)

本自動(dòng)報(bào)警裝置，通過設(shè)置于浮桿和液位標(biāo)示牌上的磁力接近開關(guān)，可在動(dòng)力液箱的液位下降至預(yù)設(shè)液位時(shí)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，無需巡檢工人進(jìn)行頻繁巡檢以及攀爬動(dòng)力液水箱觀察液面位置，不但降低了巡檢工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和發(fā)生意外的風(fēng)險(xiǎn)，可以實(shí)現(xiàn)液位全天候連續(xù)監(jiān)測(cè)，并自動(dòng)預(yù)警，遠(yuǎn)程傳輸，使工區(qū)人員能夠及時(shí)處理，有效避免了蓄水箱無液，減少了氣量損失；采用易安裝的浮桿式液位監(jiān)測(cè)儀，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，不用動(dòng)用電氣焊，比較安全。浮球采用飲料瓶加工，浮桿采用PE管加工，自動(dòng)化控制和傳輸依托已有智能平臺(tái)，成本低；凡是無桿排采設(shè)備都可以應(yīng)用，推廣價(jià)值大。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

該動(dòng)力液水箱的報(bào)警裝置在現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用后，對(duì)動(dòng)力液水箱的巡檢次數(shù)可由原來的每天2次，改為每3天一次，勞動(dòng)強(qiáng)度下降83%；而因水箱缺水導(dǎo)致排采故障次數(shù)，由原來平均每月4次，降至1次，故障率下降75%。