煤层气井液面深度监测新方法

煤层气井液面连续监测的新方法

岳强

沈阳新石科技有限公司

摘要：环空液面测定是煤层气排采工作中一项重要的工作，液面深度需要频繁连续监测。目前国内各区块普遍采用井下电子压力计模式，在实际运行中暴露出一些问题。本文详细介绍了一种可以连续监测煤层气井液面深度变化的新方法，现场应用情况及与压力计的连续对比试验结果，新方法保证了液面深度变化的准确性，能够达到压力计的测试精度，可以作为煤层气井液面连续监测的备选方案。

关键词：煤层气井底流压液面自动监测仪电子压力计动液面

一、煤层气领域现状

煤层气作为一种优质高效清洁的新能源，开发利用的市场前景十分广阔。在煤层气井开采过程中，需要连续监测井下水位变化，及时调整油井工作参数，控制井下压力。煤层气井动液面深度的连续测量目前在国内主要采用井下安装电子压力计；在安装井内排采管柱的同时在底部安装电子压力计，电子压力计通过缚在油管外的电缆将信号传至地面，地面仪表将压力数据存储，工作人员每隔一段时间到现场将资料取回或直接连接在计算机上进行地面直读。

二、新方法与设备的技术背景及当前存在的问题

1、煤层气井排采控制的要求

煤层气井是通过排水降压实现气体产出的，为了避免造成储层伤害，要求有严格的排量控制，使得液面缓慢、匀速下降，因此井下液位的实时准确监测至关重要。

2、控制液面实现稳产的要求

煤层气井排采领域居统治地位的是游梁式抽油泵、螺杆泵等设备，而煤层气井的差异性很大，难以预测每口井的产液量，需要根据液面动态参数调整抽油泵的冲程和冲次，螺杆泵的转速，合理调整工作制度。

3、运行成本的要求

根据井下液面下降速度和稳产的需要，改变工作制度，可间歇工作或低频运行。一是节约了电能，二是减少了机械管杆的磨损，降低了成本。减少修井次数、降低设备磨损是商业化开发的必然趋势。

4、压力计存在的问题

这种方法工艺相对复杂，成本较高。首先，每口井下一套电子压力计本身成本就高；其次，安装井下排采管柱时带压力计施工难度大，延长下泵时间；再次，一旦井下仪器或电缆出现故障，即使泵工作正常也需要停产起泵作业，这样会严重影响生产；另外，压力计的压力传感器是敏感元件，长时间工作在井下容易产生零点或线性漂移，需要定期进行标校，否则影响测试精度。

5、测深仪人工测试存在的问题

采用的办法是24小时人工监测，每隔一段时间测试一次液面深度，使用的仪器设备的发声装置一般是油田用的子弹枪或者氮气瓶。由于井场大多交通不便，条件有限，消耗大量人力，还存在安全隐患。

三、监测仪的原理与特点

我们在借鉴国外先进的测井技术基础上，依托我公司10多年油田低压产品的开发经验，结合我国煤层气井的自身特点，推出了一款煤层气井液面自动监测仪。

1、工作原理：

液面深度测量采用回声测深原理，利用煤层气井自身的套管气来测试，将套管环空中的气体经过变换，突然释放到仪器储气室内，在井口处环空中的气体瞬间发生膨胀，产生冲击波，脉冲次声波在套管环空中向下传播，遇到油管接箍、音标、气液界面产生反射声波脉冲，由微音器组件接收声脉冲转换成电信号，通过软件自动控制增益及实时数字信号处理，自动计算出液面深度。设备工作稳定、结构简单、安装方便操作简洁。

2、主要技术指标：

（1）、适用范围：0≤井口套压≤ 5.0MPa

(2)、动液面测试范围：10～2000米误差〈0.2%

(3)、工作温度：-20℃～+50℃

(4)、整机外型尺寸：450╳118╳118（毫米）

（5）、工作电源电压：ＤＣ12Ｖ或连接气动机的输出电源

（6）、电气接口：RS232电气接口或4～20mA信号

（7）、测试的动液面结果可以远程传输

3、系统组成：

煤层气井液面自动监测仪主要包括以下几个部分：安装在井口的监测仪主机、脉冲声波发生器（未产气井需要）、便携数据采集器、GPRS无线远传模块、防雨防盗保护罩、电源连线等。系统能够满足在有压、无压等多种复杂情况下进行动液面远程自动测量的需要，可以无线远传液面测试结果。

4、关键技术：

●高可靠的微音器

外型结构选用优质金属材料，表面进行防腐蚀处理，护套采用耐腐蚀橡胶一次成型，敏感器件压电膜使用聚偏氟乙烯（PVDF）取代传统的压电陶瓷材料，使微音器的灵敏度得到提高。工作寿命是普通圆柱压电陶瓷微音器的100倍。

●脉冲声波技术

国内首创无压井自动监测液面技术，利用脉冲声波发生器产生一个脉冲次声波声源，不需采用笨重的氮气瓶，安全可靠方便。

●频谱分析数字处理技术

结合油井内气体声波频谱，通过软件自动跟踪算法，对波形进行数据处理，保证了多次测试结果的一致性。采用频谱分析及结合软硬件的数字信号处理技术，彻底解决了目前国内液面深度计算的误差问题，可以精确计算液面深度，计算误差小于1米，满足了煤层气井的应用需求。

5、设备的特点：

●可在需要监测的井口随时安装、拆卸，方便灵活

●测试的液面深度结果相对准确

●不需对现有油井做任何改动，没有其它成本

●维修更换方便

●一台设备可以根据需要安装在任意井上

四、现场应用情况

选取三个地区三种典型现场应用情况介绍如下：

1、临汾地区射孔段出水井

设备针对煤层气排采的特点开发设计，测试精度高，抗干扰能力强。可以准确测试出有分层射孔段的煤层气井液面深度，能详细反映井下射孔段的出水情况。

数据如下：G1-1井，在960~964米处是5#煤层射孔段。

如果射孔段出水量较大，造成油套空间被出水柱阻隔，声波无法穿透，致使声波无法向下继续传播，容易形成假的液面波。对于这种井况，液面位于在大量出水的射孔段下面时，自动监测仪已经不能很好的提供准确的液面深度信息，这类设备已经不适用，需要选择其它方法。

2、韩城地区没产气（无套压）井连续监测情况

H3-009井间隔30分钟自动监测数据及现场图