精細化管理提高阜新地區煤層氣計量準確率

張鐵銘（中國石油集團長城鉆探工程有限公司， 北京 100101）

精細化管理提高阜新地區煤層氣計量準確率

張鐵銘（中國石油集團長城鉆探工程有限公司， 北京 100101）

煤層氣屬于非常規油氣，對煤層氣資源的勘探評價和商業化開發起步較晚，開采工藝相對較為單一，從用于雙方貿易交接的角度出發，煤層氣計量對計量結果準確性和穩定性的要求較高。本文介紹了通過采取更改計量監測位置、更換計量器具、更新計量數據統計方法等精細化管理的手段，提高了煤層氣計量的準確率。

煤層氣；計量；準確率；精細化管理

煤層氣是煤層在漫長的煤化過程中產成的以甲烷為主的一種非常規天然氣資源，是一種生成、儲存于煤層并吸附于煤顆粒表面的氣體，俗稱煤礦瓦斯。在采煤業誕生之初人們就發現煤層氣，但在當時并沒有意識到它的價值，多認為是導致采煤作業不安全的因素。直到1989年，隨著研究逐步深入、開采技術日趨成熟，煤層氣開始實現商業化開發。自二十世紀八九十年代開始，經過數十年專項研究和開采試驗，我國在煤層氣資源與區塊評價、鉆井完井、儲層保護、壓裂技術和地面工業化生產等方面取得了較大進展，特別是近年高階煤煤層氣富集理論與煤層氣多分支水平井、U型井等復雜結構井技術鉆采煤層氣資源取得了較好的效果，目前已建成鄂爾多斯東緣和沁水南部兩大生產基地，長城鉆探煤層氣業務所在的阜新地區就位于鄂爾多斯東緣這一主要生產基地。

1 煤層氣計量偏差產生的原因

煤層氣以游離狀態、吸附狀態和溶解狀態三種形式賦存于煤層中，而其中以吸附態存在的煤層氣是商業化產量的主要來源。要獲得吸附氣，首先必須使煤層氣從煤的表面解吸，然后通過煤的基質和微孔隙進行擴散，最后從割理和裂縫中滲流到井底，通過大規模的排水降壓最大程度地降低井底壓力，使氣體在井底匯集，通過井筒到達地面。受鉆采技術的制約，這時井口采集到的氣體流速不穩，且含有少量的水蒸氣、氮氣、煤粉等雜質。

1.1 壓力的影響

受鉆采工藝的影響，煤層氣在開采過程中，井底實際壓力與設計壓力多數會存在一個偏差，當井底壓力實際壓力大于設計壓力時，煤層氣在壓力的作用下體積被壓縮；反之，當實際壓力小于設計壓力時，煤層氣體積膨脹。而位于井口用于計量的氣體渦輪流量計僅適用于穩定壓力下的體積計量，因此，當井底實際壓力發生偏差時，會造成氣體渦輪流量計的計量數據失穩甚至失準，嚴重時時，這種偏差會達到±10%以上。

1.2 溫度的影響

每種計量器具都有適宜的工作環境溫度，一般來說，氣體渦輪流量計工作環境溫度處于-25℃～55℃之間都能夠穩定計量。考慮到阜新地區位于我國東北部地區，冬季溫度有時會低于-25℃，處于渦輪流量計許可工作的邊緣；另一方面，有的生產井井底溫度較高，氣體沒有采取降溫措施便直接到達井口，這兩種極端溫度情況都會導致氣體渦輪流量計在計量過程中失準。此外，在環境溫度處于流量計適宜工作期間之內時，由于實際溫度和設計溫度存在偏差，煤層氣氣體體積也會隨之產生偏差，這也會導致渦輪流量計的計量結果與實際值產生偏差。

1.3 雜質的影響

煤層氣鉆采過程中，由于多采取排水的方式降低井底壓力使吸附氣離開煤層表面，因此采出氣中常含有少量的水蒸氣和煤粉等雜質。

（1）水蒸氣的影響 在煤層氣的開采過程中，由于排水采氣、水力壓裂等增產措施的使用，采出氣含有一定量的水分并以氣態或者液態形式與煤層氣共同流動。阜新地區煤層氣體積含水率約為0.8%，個別生產井的含水率高達2%，見圖1。

圖1 阜新地區L21井煤層氣及水日產量曲線

渦輪流量計是適用于干氣計量的器具，當氣體中夾帶少量液體時，流量計測量不確定度會偏大，其計量結果的附加誤差會達到10%以上，嚴重影響計量數據的準確性。

（2）煤粉等固體雜質的影響 脫離吸附狀態的煤層氣未經除雜到達井口時，常混有少量的煤粉固體顆粒，在潮濕的水蒸氣環境下，雜質會逐漸腐蝕氣體與儀表接觸的部件，降低儀表元件接觸面的光滑程度，使元件轉動阻力增大，動部件空隙減小，敏感部件的靈敏度降低，最終導致渦輪流量計的計量數值存在偏差。

2 精細化管理的具體措施

流量是煤層氣生產集輸中重要的參數之一，也是貿易結算的重要依據，流量測量值的準確與否，將直接影響貿易雙方的經濟利益。為降低煤層氣計量交接中存在的誤差，公司從精細化管理的角度出發，落實了以下幾項具體措施。

2.1 更改計量控制點

剛開采出的煤層氣未經降溫、除水和除塵等措施，氣體中含有少量的雜質，且溫度和流速均不穩定，這時通過在井口位置的渦輪流量計對產出的煤層氣進行計量，獲得的數據受到壓力、溫度和雜質等因素的影響，數值是不準確的。如果以此數值作為雙方交接的基準可能會帶來爭議，因此，考慮將貿易交接計量的控制點設置在經過除濕、除塵、除雜、穩壓后輸出干氣的管線上。

2.2 更換計量器具

由于渦輪流量計適用的壓力條件有局限，煤層氣經除濕、除雜成為干氣后加壓輸出時，渦輪流量計已經不再適用。因此，公司嘗試逐步采用適用于更高壓力條件下工作的加氣柱替代渦輪流量計進行計量。加氣柱實現流量計量功能的結構是其內部的科里奧利流量計，科里奧利流量計主要用來測量中高壓氣體，因此，使用加氣柱對煤層氣干氣加壓后進行計量比采用渦流流量計更有優勢。

2.3 更新計量統計方法

啟用新的煤層氣報表樣式，將之前日報表主要統計產氣量改為同時統計產氣量和含水量兩個數值。同時統計含水量是為了更準確地預估產氣量，借鑒濕天然氣計量偏差修正的理念，根據歷史統計結果確定采用單參數或雙參數法，修正含水量對產氣量計量結果的影響。采取用修正后的產氣量值和雙方貿易交接的氣量進行對比，監控輸差處于合理的范圍內，維護雙方共同的利益。

2.4 加強對加氣柱工作壓力的監控

當以加氣柱的計量數據作為交接依據時，加氣柱計量的準確性就變得至關重要。加氣柱的工作條件是中高壓，為保證計量結果可靠，就需要工作人員定期檢定加氣柱，監控測量點的干氣壓力，確保其穩定地處于加氣柱正常工作的區間內，這樣計量的數據才接近實際。壓力過高或壓力太低時的計量數據與實際產量偏離較大，如果以此結果作為依據勢必會給交接雙方中的一方帶來經濟損失。

3 效果和結論

3.1 計量準確率大幅提高

煤層氣的計量由之前使用渦輪流量計的體積法計量轉變為使用加氣柱的稱重法計量，煤層氣經加氣柱分離、除雜、壓縮后，雜質含量減少，壓力穩定，測量誤差變小，精度達到0.5，計量數據更科學、更準確。

3.2 管理效益顯著提升

采用上述精細化管理措施以來，一方面，計量器具自身性能對計量結果的影響大大降低，計量結果得到雙方的認可，最大程度上保護了交接雙方的利益；另一方面，準確的計量結果為有計劃地開采煤層氣，科學組織生產提供了可靠的依據。

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張鐵銘（1981- ），女，工程師，碩士，從事工程技術服務領域質量計量標準化工作。