液面自動監測技術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分公司,山西 048000)

液面自動監測技術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分公司,山西 048000)

動液面監測貫穿于煤層氣井的整個生產周期內，如何降低人工測試成本和惡劣氣候對人工測試的影響，是所有煤層氣生產企業共存的問題。本文從動液面測試的必要性出發，通過液面測試技術的橫向對比，提出液面自動監測技術的重要性，分析此項技術在沁水煤層氣田的適應性，研究表明該技術能夠及時、準確、高效的監測動液面變化，滿足生產測試的實際需求，現場應用后取得良好效果，具有很好的推廣前景。

煤層氣井 自動監測 液面測試

1 液面自動監測必要性分析

1.1 動液面測試的必要性

目前國內煤層氣排采控制的主題思路是穩定和連續，國內外學者在控制井底流壓、平穩排采降液面以及產氣后逐級降壓方面取得了一定共識，井底流壓是影響產氣量的獨立參量，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，如何保持穩定連續的排液，防止生產壓差劇烈波動產生的不利影響，擴大煤層氣的解析范圍，增加煤層氣井的累計產氣量，歸根結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的一個重要參數，就是動液面，可通過動液面數據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出來，例如當生產井穩定生產時，動液面會較穩定或在較小的波動范圍維持，若井筒工藝或排采設備出現故障，會導致煤層水不能產出，這時候動液面的逐步上升壓制煤層的產氣能力，生產現象為產水量降低甚至無液產出，套壓下降，氣量減少。

因此，及時準確并且連續的監測出煤層氣井的動液面數據是生產管理的重中之重。

1.2 液面測試技術對比

通過相關調研，目前國內具有較大規模的煤層氣公司，所應用的成熟的液面測試技術無非有三種：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

優點：測試精度精準，采集的液面數據可上傳至自動化系統，讀取方便快捷。

缺點：較高額的價格；需要安裝在井下，且數據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。可重復利用。

最后，在現行管理中，教學督導、教師教育教學的獎勵和違規處理、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，具有較大的優勢，液面自動監測是有必要的。

2 液面自動監測技術

2.1 液面自動監測儀的結構

液面自動監測儀結構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部件；

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

2.2 液面自動監測儀工作原理

測量液位時，不用傳統的子彈，采用釋放一定壓力套管氣作為發聲源來產生聲波，儀器正常工作時不需人工干預即可實現液面連續監測，通過主控電路設置好相應參數后，定時開啟電磁閥產生聲波，在擊發后，微音器接收油管接箍及液面反射波信號，并轉變為電信號，經濾波后，MCU將采集反射波數據，借助現有McWill無線通信系統將數據傳輸到監控中心，由上位機對數據進行存儲、分析處理，實現數字化遠程監測。

3 液面自動監測技術適應性分析

在沁水煤層氣田，選擇部分煤層氣生產經營，開展如下兩類試驗，通過確鑿的試驗數據，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，液面自動監測設備運行穩定，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的螺桿泵直驅驅動頭排采，螺桿泵GLB40-25×525.81m，工作轉速45r/min，生產套壓0.25MPa，在15天的試驗周期內，液面自動監測設備運行穩定，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，日產水量17m3。該井無套壓，檢測儀自動觸發聲波發生裝置產生聲波進行測試。動液面讀值為612m。

以上試驗結果表明，液面自動監測儀能夠在沁水盆地煤層氣井正常使用，并且儀器可連續穩定運行。

3.2 液面測試精度試驗

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

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，結果見表1。

表1 液面測試統計表

從表1可以看出，通過兩種測試技術的結果對比，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，液面自動監測儀的測試精度滿足沁水煤層氣田煤層氣井的生產測試需求。

4 現場應用

截止目前，沁水煤層氣田已在75口單井實現液面自動監測，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，已實現液面自動監測的75口煤層氣井，全年可節省人工測試成本近47萬余元。

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(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、工程技術工作。