煤層氣井動液面測算誤差分析及新型考克設計

陳旭崗 衛強強

(山西西山藍焰煤層氣有限公司，山西 030200)

排采是煤層氣生產中的重要一環，在各項排采參數中，井底流壓不但能反映氣井的運行狀況，而且也是指導制定排采制度的重要參數。井下壓力計可以準確便捷地得到流壓數據，但成本較高，不具備大批裝備的條件。因此在實際生產中，常用套壓與動液面來估算流壓。前者可以通過井口壓力表輕易且準確地讀取，后者需用儀器測得。因此，準確的動液面數據對指導煤層氣排采有重要意義。

測算動液面的方法主要有：示功圖法、接箍法、聲速法和音標法。示功圖法較復雜，不宜在基層班組大面積推廣，而且誤差也較大。另外三種是在回聲測試儀測得液面曲線后，三種不同的解釋方法。前人對測算原理和方法多有介紹。接箍法要求單根油管長度接近，實際生產中很難滿足，聲速法是首先通過大量生產經驗得到了若干種溫壓條件下，聲音在環空傳播的速度，然后將經驗值加以推廣應用。但井內的狀況較復雜，經驗值不一定適用，不同區塊間的差別更大，推廣價值不高。音標法是通過特定深度的回音標標定聲速，誤差可控，應用較為廣泛。

煤層氣井動液面測算方法借鑒了油田的生產經驗，前人對誤差來源也進行了分析，但著眼于煤層氣生產特殊性的研究較少，未能充分挖掘各項生產數據，無法滿足精細化排采的要求。另一方面，在現有的工藝流程和測試方法的條件下，測液面作業效率較低，大量或頻繁更新動液面數據時，班組的作業強度較大。

1 測算動液面誤差來源分析及解決方案

結合現場作業經驗及煤層氣井的生產特點，分析認為動液面測算誤差主要有以下幾種來源。

1.1 井口自激波影響

動液面曲線是通過聲波記錄的，光桿和采油樹之間，油管和油桿之間強烈的摩擦碰撞，以及信號線的擺動等因素，均會形成自激波。不但使得無法辨認曲線上井口波的起點，造成較大的誤差，而且所產生的干擾波也會使曲線雜亂，無法解釋。

解決方案：做好抽油機的維護保養，及時解決存在的磕碰振動問題，保持抽油機運行狀況良好；若由于井身等原因，導致振動無法消除，可在測試時暫時停抽，消除自激波產生的條件。

1.2 回音標位置過淺

從測試原理中可以看到，音標法是用聲波在井口到音標間的傳播速度，來代替其在整個井筒中的傳播速度。而聲波在井內不同溫度和壓力條件下的傳播速度不一樣，當音標與液面間距離過大時，誤差也會增大。下泵時靜液面較高，通常將音標放在第十個油管上。而之后的調整泵掛和修井作業中，大都沿用這一做法，使得隨著排采的進行，液面下降，與音標的距離越來越大，測試誤差也就越來越大。而當音標離井口近，而液面較低時，還會出現音標波多次反射的情況，給解釋曲線造成極大的困擾。

解決方案：根據井身實際情況，在避開射孔段的前提下，建議每隔一定距離下入一個音標，保證音標與液面距離不會過大。在某雙音標試驗井中，音標1和音標2深度分別為202.7m和447.8m，實際液面深度634.6m。根據音標1計算液面深度為641.4m，誤差6.8m，根據音標2計算液面深度為635.7m，誤差1.1 m。提高了測試精度。

1.3 解釋方法不一

不同人對液面曲線的解釋時，存在著個性化的解釋習慣。音標波和液面波的時間點應該選擇開始轉折點，極值起點，極值中點，極值終點，還是轉折結束點？井口波應不應該選，應該怎么選……這些不同的習慣在解釋同一條曲線時，會產生不小的誤差，而在計算液面變化值時，誤差更大。

解決方案：部門內部統一解釋方法，確保相對值準確。音標波和液面波選擇開始轉折點，當井口波為斜線轉直線時，選擇拐點為井口波，當井口波不規則時，不選擇井口波。

1.4 上組煤對液面的干擾

合層排采在煤層氣生產中很常見，不但給排采控制帶來很大困難，也加大了動液面數據的誤差。當排采進行一段時間后，液面會降至上組煤和下組煤之間，使得上組煤裸露。首先，裸露出的上組煤射孔孔眼造成了環空空間的變化，會引起聲波的波動；其次，上組煤很有可能仍在產氣，則孔眼附近小范圍壓力的變化，會形成干擾波；第三，井下窺視時發現部分裸露煤層有滲水甚至流水的情況，這樣也會形成假液面波。

解決方案：當某井泵掛位置較大，泵效正常，產水量正常，而動液面解釋結果卻位于上組煤附近時，則判定為假液面波，應繼續往下尋找真實的液面波。

1.5 泡沫段的影響

部分高產井由于氣體運移速度快，導致油套環空液體密度減小，產生密度極小的泡沫狀段塞。聲波在泡沫段衰減嚴重，無法再繼續往下傳播，形成假液面波。這一現象在傳統油氣井和煤層氣井生產中都得到了證實。假液面波距真實液面距離不一，給液面解釋工作帶來極大干擾。

解決方案：泡沫段是動液面測算中的難點，長期以來只能根據井產水情況和示功圖進行定性地判斷。若產水量低，功圖顯示供液不足，應考慮液面較低，曲線中的液面波是泡沫段形成的假液面。陳超等根據關閉閥門后，套壓不再上升時，測得的液面為不含泡沫段的真實液面值的原理，通過套壓-時間-動液面之間的關系，定量地得出了適用于高氣油比的吐哈油田的動液面計算公式，并進行了工程驗證，為解決泡沫段對動液面的影響提供了新思路。

2 對傳統考克的設計改進

在現有的井場設備條件下，測動液面操作工序較多，測試井數較少時，勞動強度不大。但生產工區一般要求每月更新所有井液面數據，需重點觀測井測試頻率更高，極大地增加了勞動強度。現有的繁瑣工序主要體現在裝卸考克、壓力表，并纏生料帶上。

通過保留原考克在安全和功能上的要求，結合測液面操作中的具體問題，重新設計便于操作的新型考克(如圖1所示)。

1—考克三通主體；2—壓力表部分；3—堵頭圖1 新型考克三視圖

它的結構主要有以下三部分組成：①三通。采用一公兩母三個接扣，公扣連接井口，溝通環空，上方母扣連接壓力表，外側母扣連接堵頭，測試液面時連接信號發射槍，減少聲波入井前的反射次數，降低能量損耗；②壓力表部分。保留原考克顯示套壓、錐形閥泄壓和旋塞檢查壓力表好壞的功能；③堵頭。位于三通外側，包含圓形和菱形兩部分，同時滿足管鉗和扳手的使用要求。

測試時，將原操作中的卸裝壓力表考克，簡化為卸裝絲堵，縮短作業時間，降低勞動強度。在需大范圍或跟蹤測液面時，可大大提高作業效率。在生產現場的對比試驗中，使用新型考克縮短了28.6%的作業時間。

3 結論

(1)動液面的指導煤層氣井排采的重要參數，準確的液面數據對排采有重大意義。另外，明確了測算誤差來源，可以使技術人員正確看待解釋結果，擺脫對其的盲目依賴，避免據此制定錯誤的排采制度。

(2)煤層氣井動液面測算誤差來源主要有自激波的干擾，回音標過淺，解釋方法不一，上組煤的干擾和泡沫段的影響等五個方面。

(3)通過做好氣井維護或暫時停抽，消除自激波產生的根源；改變回音標放在第十根油管的沉疴宿疾，根據實際情況靈活調整位置，而且可下入多個音標；統一解釋方法，避免因人為因素產生的誤差；結合上組煤深度數據、泵效和氣井產水情況，越過上組煤煤層段的干擾，往下尋找真實的液面波。泡沫段對液面數據影響較大，生產中可結合示功圖和產水情況進行定性判斷有無，也可根據套壓-時間-液面之間的關系，定量計算。

(4)新型考克在保留原考克安全和功能方面要求的基礎上，大大提高了測液面作業的效率，有較大的推廣價值。