液面自动监测技术在沁水煤层气田的应用

王 硕 陈志鑫 黄政华 田 江 杨 阳 郅雄超

(1.河北华北石油天成实业集团有限公司,河北 062552;2.中国石油股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司,山西 048000)

液面自动监测技术在沁水煤层气田的应用

王 硕1陈志鑫2黄政华2田 江2杨 阳1郅雄超2

(1.河北华北石油天成实业集团有限公司,河北 062552;2.中国石油股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司,山西 048000)

动液面监测贯穿于煤层气井的整个生产周期内，如何降低人工测试成本和恶劣气候对人工测试的影响，是所有煤层气生产企业共存的问题。本文从动液面测试的必要性出发，通过液面测试技术的横向对比，提出液面自动监测技术的重要性，分析此项技术在沁水煤层气田的适应性，研究表明该技术能够及时、准确、高效的监测动液面变化，满足生产测试的实际需求，现场应用后取得良好效果，具有很好的推广前景。

煤层气井 自动监测 液面测试

1 液面自动监测必要性分析

1.1 动液面测试的必要性

目前国内煤层气排采控制的主题思路是稳定和连续，国内外学者在控制井底流压、平稳排采降液面以及产气后逐级降压方面取得了一定共识，井底流压是影响产气量的独立参量，排采速率过大，会导致裂缝闭合过快，渗透率降低，压降不能传递更远，如何保持稳定连续的排液，防止生产压差剧烈波动产生的不利影响，扩大煤层气的解析范围，增加煤层气井的累计产气量，归根结底就是要控制井底流压的降压幅度控制在一定强度和持续足够的时间，由此可见井底流压对于煤层气井的重要性。

与井底流压息息相关的一个重要参数，就是动液面，可通过动液面数据间接计算出煤层的井底流压。动液面直接反应了井筒中液柱的高度、液面的位置；确定煤层气井解吸压力的重要指标就是动液面的高低变化；排采工艺是否正常，也能够从动液面的变化体现出来，例如当生产井稳定生产时，动液面会较稳定或在较小的波动范围维持，若井筒工艺或排采设备出现故障，会导致煤层水不能产出，这时候动液面的逐步上升压制煤层的产气能力，生产现象为产水量降低甚至无液产出，套压下降，气量减少。

因此，及时准确并且连续的监测出煤层气井的动液面数据是生产管理的重中之重。

1.2 液面测试技术对比

通过相关调研，目前国内具有较大规模的煤层气公司，所应用的成熟的液面测试技术无非有三种：井下压力计测试、氮气测试和液面自动测试，对比如下：

(1)井下压力计

优点：测试精度精准，采集的液面数据可上传至自动化系统，读取方便快捷。

缺点：较高额的价格；需要安装在井下，且数据传输电缆要固定在井下管柱上，过程繁琐；使用过程中，一旦出现电缆磨断，必须通过启下油管管柱，才可进行维修，并增加检泵费用。

(2)氮气测试

优点：与井下压力计相比，不影响井下管柱，直接在地面井口可进行测试，且一套仪器可多口井测试，重复利用。

缺点：仪器较为笨重，需要人为进行测试，增加人力和劳动强度；在测试精度方面，因人而异，误差较大，存在10～20m的误差值；测试效率低下；一旦天气恶劣，无法进行测试。

(3)液面自动测试

优点：与井下压力计相比，价格略低，直接安装在地面，可人工远程进行测试，也可设定程序定时自动测试，省时省力省人工。可重复利用。

最后，在现行管理中，教学督导、教师教育教学的奖励和违规处理、学生评教等方式方法各自独立行事，没有一个有机的结合，而教师本身是独立完整的，教师的教育教学工作也是一个综合的情况，不能由某一个单一的方面来确定。

缺点：测试液面的数值精度低于井下压力计。

综上所述，液面自动测试虽然存在测试精度较低的弊端，但对比其他测试方式，具有较大的优势，液面自动监测是有必要的。

2 液面自动监测技术

2.1 液面自动监测仪的结构

液面自动监测仪结构包括测试和控制两大部分。

(1)测试部分包括：压力传感器、电磁阀和声波接收器等相关部件；

(2)控制部分包括：电源系统、脉冲声波发生装置、储气室、控制板、无线通讯模块等。

2.2 液面自动监测仪工作原理

测量液位时，不用传统的子弹，采用释放一定压力套管气作为发声源来产生声波，仪器正常工作时不需人工干预即可实现液面连续监测，通过主控电路设置好相应参数后，定时开启电磁阀产生声波，在击发后，微音器接收油管接箍及液面反射波信号，并转变为电信号，经滤波后，MCU将采集反射波数据，借助现有McWill无线通信系统将数据传输到监控中心，由上位机对数据进行存储、分析处理，实现数字化远程监测。

3 液面自动监测技术适应性分析

在沁水煤层气田，选择部分煤层气生产经营，开展如下两类试验，通过确凿的试验数据，分析论证其适应性。

3.1 单井液面测试试验

3.1.1 有套压井液面测试试验

(1)抽油机井测试

HBM1井：煤层顶界深度450.3m，采用四型抽油机排采，管式泵D38mm×456.72m，工作制度冲程1.5m×冲次2.5次/min，套压0.2MPa，在20天的试验周期内，液面自动监测设备运行稳定，零故障率。

液面值准确，所测波形无间断，动液面读值为443m。

(2)螺杆泵井测试

HBM2井：煤层顶界深度521.3m，采用15kW的螺杆泵直驱驱动头排采，螺杆泵GLB40-25×525.81m，工作转速45r/min，生产套压0.25MPa，在15天的试验周期内，液面自动监测设备运行稳定，零故障率。

液面值准确，所测波形无间断，动液面读值为517m。

3.1.2 无套压井液面测试试验

HBM3井：煤层顶界深度730.05m，采用五型抽油机排采，管式泵D57mm×735.61m，工作制度冲程2.5m×冲次2.7次/min，套压0MPa，日产水量17m3。该井无套压，检测仪自动触发声波发生装置产生声波进行测试。动液面读值为612m。

以上试验结果表明，液面自动监测仪能够在沁水盆地煤层气井正常使用，并且仪器可连续稳定运行。

3.2 液面测试精度试验

将液面自动监测仪测试的动液面数值，与测试精度最准确的井下压力计所测得的动液面数值进行比对。

将3.1.1和3.1.2中涉及的3口井下入井下压力计，另再选已下入压力计的7口水平井，共计10口井进行测试精度试验，结果见表1。

表1 液面测试统计表

从表1可以看出，通过两种测试技术的结果对比，10口井的液面测试平均误差值为4.7m，原低于10～20m的氮气测试误差值。因此，液面自动监测仪的测试精度满足沁水煤层气田煤层气井的生产测试需求。

4 现场应用

截止目前，沁水煤层气田已在75口单井实现液面自动监测，每口单井的液面测试频次为3天/次。

若使用人工氮气测试液面，年累计非恶劣天气共需人工测试9125井次，测试班组每日的饱和工作量为10井次/日，折合912班次工作量。每个测试班次一天按2人+1车；1瓶氮气在测试完近30井次液面后，需重新充气，按此计算：全年共需人工1824人和912台车次、氮气304瓶；以车费200元/天、人工费150元/天、氮气50元/瓶的价格，全年累计支出约47.1万元。换句话说，已实现液面自动监测的75口煤层气井，全年可节省人工测试成本近47万余元。

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(责任编辑 刘 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

王硕，助理工程师，工学学士，主要从事工程项目立项管理、工程技术工作。