提高煤層氣井動液面精度方法探討

劉國偉，陳秀萍，劉元新，孟凡華，王 旭,蒲 攀

(1. 華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000；2. 華北油田公司勘探開發研究院，河北 062552)

提高煤層氣井動液面精度方法探討

劉國偉1，陳秀萍1，劉元新1，孟凡華2，王 旭1,蒲 攀1

(1. 華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000；2. 華北油田公司勘探開發研究院，河北 062552)

精確的動液面數據是煤層氣井定量化排采管控的關鍵生產參數，動液面的高低嚴重影響單井的產氣效果。本文從分析動液面現場測試、動液面數據的計算、音速值的設定三個方面，詳細論述了其對煤層氣井動液面精度的影響，并根據煤層氣井液面淺、要求精度高、連續監測的特點，提出了一套適合煤層氣井現場要求的測試計量方法和音速值的選定，提高動液面測試的精度，為煤層氣井定量排采控制提供保障。

煤層氣井 動液面 現場測試 定量排采控制

1 煤層氣井動液面測試工作原理及測試方法

1.1 煤層氣井動液面測試工作原理

目前國內煤層氣井動液面測量主要有兩種方式：一種是安裝井下電子壓力計；另一種是利用回聲測試儀。煤層氣評價井、水平井及少量的開發井安裝有井下電子壓力計，大多數開發井均采用回聲測試儀測試液面。基本原理：安裝在井口上的測試儀器發出超聲波，超聲波沿油、套環形空間向井底傳播，遇到回音標、油管接箍和液面等發生反射。反射波傳到井口被微音器所接收，并將反射脈沖轉化成電信號，電信號經放大、轉換、運算和存儲等處理，測出聲波傳播速度和反射時間，即可測出聲源與反射物之間距離(見圖1)。

圖1 回聲測試工作原理圖

1.2 煤層氣井動液面測試方法

回聲測試儀測試方法有兩種，分別是接箍法和音標法，目前國內各煤層氣區塊普遍使用的是音標法。

回音標是套接在油管上的柱狀短節，其直徑大于油管，遮住油套環形空間間隙的50%～70%，長度為0.3～0.5m，用它來阻礙聲音的直線傳播，使聲音返回到井口(如圖2所示)。

假定油、套管環形空間傳播速度為一恒定值，回音標位置深度越接近實際液面，計算精度就越高，其計算公式為：

De=Ds(Le/Ls)

圖2 回音標法工作原理圖

式中：De——液面深度(m);

Ds——音標下入深度(m);

Ls——自井口波峰至音標間測量其曲線上的距離;

Le——自井口波峰至液面波峰間測量曲線上的距離。

2 影響動液面計量精度因素分析

2.1 脈沖信號強弱對動液面測試計量精度的影響

連接井口連接器的氮氣瓶內壓力的不同對連接器內發出的聲音脈沖信號影響較大，致使音標在測試曲線顯示的形態各不相同(如圖3)，為消除其對動液面計量精度的影響，建議氮氣瓶內的壓力≥2.5MPa。

圖3 不同氮氣瓶壓力下的測試曲線

2.2 回音標位置對動液面測試計量精度的影響

煤層氣井回音標位置下入的深度普遍較淺，一般在幾十米至二百米左右，當液面較深時，計算精度無法保證。理想的回音標位置應該在動液面深度的9/10，一般情況下應保證在2/3處，由于煤層氣井動液面隨排采時間的延長，動液面位置不斷變化，導致音標位置與液面位置差距越來越大，為解決這一問題，提高液面測試計量精度，建議每間隔200～250m下入一個回音標的方法，以保證回音標位置與動液面深度差別小于250m。如在沁水盆地樊莊區塊華蒲x-1井，下入2個回音標，深度分別為295.27m和654.3m，實際液面深度723.5m，但根據音標1計算液面深度為729.1m，誤差5.6m，根據音標2計算液面深度為724.4m，誤差0.9m(如圖4)。

圖4 雙回音標液面波波形

2.3 回音標尺寸長短對動液面測試計量精度的影響

回音標的尺寸不同會導致其在測試曲線上的顯示波形形態不同(如圖5、6)，為使讀取動液面時明顯看出回音標波形，建議采用統一尺寸且較長的回音標。

圖5 短尺寸回音標波形

圖6 長尺寸回音標波形

2.4 音速值的設定對動液面測試計量精度的影響

聲音的傳播需要介質，聲音的傳播速度與介質的密度密切相關。空氣在0℃時，聲音的傳播速度為331.5m/s，在15℃時，聲音的速度為340.5m/s。煤層氣的主要成分是甲烷，甲烷在不同溫度、壓力下的音速變化如表1所示(僅選取煤層氣井常規溫度和壓力)。

由表1可以看出，同等溫度下音速隨壓力的增大而減小；同等壓力下，音速隨溫度的增大而增大。

由于煤層氣井未解吸前井筒內為空氣，解吸后受套壓壓力的影響井筒內CH4和空氣的比例不同使得實際音速值不斷發生變化；同時由于同一區塊

表1 甲烷在不同壓力、溫度下的音速值

煤層埋深深度變化相對不大，井筒內的溫度受地表溫度變化影響不大。為獲得合理的音速表，在鄭莊區塊選取2個試驗井組20口井，同時安裝壓力計和回音標，通過音標法和壓力反算深度來計算這些井的音速值，通過大量試驗數據，確定了煤層氣井在不同條件下聲波的音速值(如表2)。

表2 不同套壓下煤層氣井音速值

4 現場應用

測試數據分析軟件利用恒定音速原理，完善測試數據軟件自動計算出井內音速，自動計算液面深度，徹底消除了人為計算過程中所產生的誤差。通過100多井次的數據驗證，該方法計算的液面重復精度誤差<1m。

但對于多層合采井，當液面在上部第一套煤層射孔段以下的煤層氣井，如果產層出水量較大，將造成聲波無法向深部繼續傳播，形成假液面波。對于這種井況，目前采用的聲波式測井儀已經不能很好提供準確的液面深度信息，需要選擇其它方法。

[1] 王國棟.動液面測試干擾因素分析[J].山東工業技術，2013(10):76.

[2] 王化平.提高深井動液面測試成功率方法探討[J].內蒙古石油化工，2013(9):74-75.

[3] 李璦輝.難測井動液面測試方法研究[J].中國石油和化工標準與質量，2006(5):50-51.

(責任編輯 王一然)

Discussion on Methods of Improving the Accuracy of Dynamic Fluid Level for CBM Wells

LIU Guowei1，CHEN Xiuping1，LIU Yuanxin1，MENG Fanhua2,WANG Xu1,PU Pan1

(1. CBM Exploration and Development Branch, Huabei Oilfield Company, Shanxi 048000; 2. Exploration &Development Research Institute, Huabei Oilfield Company, Hebei 062552)

With regard to the have quantitative drainage management on CBM wells, accurate dynamic fluid level data is a key production parameter which seriously affects gas production of individual well. Based on the analysis of methods of obtaining and computing field data and setting the value of sound speed, this paper discusses how these factors affect the precision of dynamic fluid level data. The features of the dynamic fluid level of CBM wells includes shallow depth, requires high precision and continuous monitoring. Based on these features, the paper proposes some suitable methods about obtaining and computing data and setting the value of sound speed. Times of practice show these methods can improve the accuracy of dynamic fluid level and guarantee the quantitative drainage management of CBM wells.

CBM well; dynamic fluid level; field test; quantitative drainage management

劉國偉，男，工程師，現從事煤層氣勘探開發工作。