煤層氣井智能排采控制系統試驗效果分析

申小會 毛建設 李華峰

(中石油煤層氣有限責任公司，北京 100011)

1 引言

在煤層氣開發過程中，影響煤層氣井產量的主要因素是儲層地質條件和排采制度，儲層地質條件人為難以改變，所以制定合理的排采制度對提高煤層氣井產量尤為重要。煤層氣井排采控制的總體原則是“緩慢、穩定、連續、長期”，經過近些年煤層氣井開發經驗的積累，結合煤層氣井排采各階段特性，已經建立了一套排采制度，但目前仍沿用手動控制設備、人工調整參數的方式實現，主要存在以下問題：(1)人工采集生產數據難度大且周期長、準確性差，不能對煤層氣井排采做到精細化控制；(2)不能實時反映決定煤層氣井排采的關鍵數據及最大限度保證排采設備的連續、平穩運行；(3)傳統排采系統不能及時了解設備運行的各項參數，出現異常情況不能及時維修；(4)現場多為叢式井，同一井臺存在多種巡檢頻次要求的井，需按最高巡檢頻次進行巡檢；(5)人工成本高，工作效率低，勞動強度大；(6)井區交通不便，安全風險高。因此，需要研究一套適用于煤層氣井排采規律的智能化控制系統，以降低人工成本、降低人員勞動強度和安全風險，提高煤層氣井精細化排采水平和煤層氣井采出率。

2 煤層氣井排采要求

根據煤層氣井產氣機理及排采生產特征，將煤層氣井排采生產過程劃分為見套壓前階段、憋套壓階段、初始產氣階段和產氣階段(圖1)，各階段的排采要求如表1，可見煤層氣井排采的關鍵在于對降壓速率以及井底流壓的控制，反映在排采數據上就是對產水量、套壓和動液面的控制。

圖1 煤層氣井排采階段劃分示意圖

表1 煤層氣井各排采階段控制要求

3 煤層氣井智能排采控制系統

3.1 整體規劃

結合煤層氣排采特點和排采控制要求，在傳統油氣田自動化技術的基礎上，規劃一套基于PLC技術的煤層氣井智能排采系統，將排采制度程序化，實現生產數據的自動采集與傳輸，并按照控制目標自動調整生產參數，達到迅速準確掌握現場工況、遠程控制排采設備、提高工作效率的目的。整個系統由現場數據采集與控制、區域監控中心、生產管理三部分組成，實現數據采集與控制、工況診斷、智能排采、實時監控、生產管理等功能。

3.2 主要功能的實現

(1)數據采集與控制

在數據采集方面，通過自動液面測試儀、氣體流量計、水流量計、變頻器及無線載荷傳感器等設備儀器進行生產參數的自動采集，上傳至上級平臺系統，實現統一監控。在排采控制方面，通過上級平臺系統下達排采指令和參數，通過排采控制程序對變頻器、氣體調節閥進行遠程操作調節，實現產水量和產氣量的自動控制。主要涉及的排采運行參數與執行儀器儀表如表2。

表2 煤層氣井排采運行參數和儀器儀表對照表

(2)工況診斷

將采集到的抽油機載荷參數繪制成示功圖，利用工況診斷模塊分析判斷井下工況，及時判斷可能發生的不良狀況，是實現煤層氣井長期、連續、穩定排采的關鍵，工況分析流程如圖2。

圖2 工況分析流程

(3)智能排采

根據煤層氣井排采要求，制定各階段控制邏輯算法，將采集到的井底流壓數值與設定的數值進行比較，通過控制變頻器變頻參數來調整設備電機轉速，提高或降低井底流壓，實現智能排采。

(4)實時監控

借助井場網絡通信系統和組態軟件對采集到的視頻數據和生產數據整定顯示為人機界面，通過設備監測、歷史數據趨勢分析等模塊，實現設備的遠程啟停、參數設定、異常報警等信息的在線監控功能。

(5)生產管理

為滿足煤層氣田生產自動化管理，開發生產監測、數據分析、報表管理、生產調控等功能模塊，實現煤層氣井數據儲存、排采規劃、生產調控等生產管理需求。

4 效果及評價

按照煤層氣井智能排采控制系統規劃思路，在現場選取試驗井進行試驗，經過一段時間的運行，系統運行穩定，效果良好。

4.1 提高了煤層氣井排采精細化程度

煤層氣井自動化排采與人工排采結果相比較，自動化排采不僅滿足現場生產需求，且排采效果更好，精細化程度更高，更符合穩定排采的要求(圖3)。

圖3 自動化排采與人工排采曲線比較

4.2 快速掌握生產狀態，優化排采制度

人工排采情況下，由排采人員根據日生產情況，安排排采制度，下達排采指令，時間周期最短為一天。采用智能排采控制系統，可快速掌握生產動態，根據生產需求隨時調整、下達排采指令。

4.3 改變巡檢模式，降本增效

把傳統的“定崗值守、按時巡檢”轉變為“集中監測、無人值守、故障巡檢”的生產模式，大幅減少一線生產員工數量，保障生產安全平穩運行。

4.4 提高經濟效益

據統計，通過試驗井組排采自動化系統的應用，年運行維護成本較人工排采降低30%左右，且煤層氣采出率有所提高，增加了經濟效益。

5 結束語

實現煤層氣井自動化排采及遠程智能化控制，對提高煤層氣井精細化排采水平、降低管理成本、保障安全生產、推動煤層氣開發提質增效具有重要意義。