煤层气井液面连续监测的新方法

岳 强 贾旭龙 李国峰

(1. 沈阳新石科技有限公司, 辽宁 110034; 2. 中石油煤层气韩城分公司,陕西 715400; 3. 吉林油田长春采厂, 吉林 130168)

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。对于一些勘探井、重点井和已经安装数据远程传输功能的数字化井基本都是安装了电子压力计。对于其它大部分井目前采用的方法是利用回声仪人工上井手动测量动液面, 计算出液面深度后, 上报每天的井下液位压力数据。自动提供准确可靠的液面深度数据, 能否生产一种价格适中、结构简单、安装方便的设备, 作为煤层气井液面连续监测的备选方案, 这是一种机遇也是挑战。

1 监测仪的原理与特点

我公司在借鉴国外最新技术的基础上, 经过2年多的试验完善推出一款煤层气井动液面跟踪仪,对于已经产气的井和还没产气的井都可以安装使用。

1．1 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升压变换,通过储气室突然释放,在井口处环空中的气体瞬间发生膨胀或压缩,产生脉冲次声冲击波,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。

1．2 主要技术指标

(1) 适用范围： 0 ≤井口套压≤3．0MPa。

(2) 动液面测试范围： 20 ～1500 米误差＜0．3%。

(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： DC 12V 或连接气动机的输出电源。

(6) 电气接口： RS232 电气接口/RS485/MODBUS。

(7) 测试的动液面结果可以远程传输。

1．3 系统组成

煤层气井动液面跟踪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。

1．4 关键技术

(1) 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。

(2) 脉冲声波技术

国内首创无压井液面自动监测技术, 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。

(3) 频谱分析数字处理技术

结合井内气体声波频谱, 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。

1．5 设备的特点

(1) 可在需要监测的井口随时安装、拆卸, 方便灵活。

(2) 测试的液面深度结果相对准确。

(3) 不需对现有油井做任何改动,无其它成本。

(4) 维修更换方便。

(5) 一台设备可以根据需要安装在任意井上。

2 现场应用情况

在煤层气公司的配合下, 2 年多来进行了大量的现场应用试验, 针对不同区块不同井况开展了细致的对比测试, 并不断改进完善产品性能。

表1 T89Y001V 井与井下压力计连续20 天对比数据表

2．1 测试结果的准确性

为了验证液面跟踪仪的测试效果和精度, 在鄂尔多斯地区某煤层气井与井下压力计进行了连续20 天的对比试验, 测试的数据与曲线图见表1 和图1。

图1 T89Y001V 井与井下压力计连续20 天对比曲线图

从表1 和图1 中可以看出, 通过20 天的连续监测对比, 两者的总体变化趋势基本一致, 液面深度相差平均大约5 米左右。产生误差的原因主要与计算方法和公式有关： 压力计在水下, 井内一直在产气, 在压力计之上应该存在气液混合段, 甚至存在气泡段; 而压力计的折算液面是按照水的密度计算的, 造成液面深度比实际偏大; 监测仪测试的液位是气液段的最上面, 由于这些因素的影响, 致使两种设备的测试结果存在偏差。

2．2 特殊井况的适用性

由于煤层气开采的特殊性, 射孔段可能分布在不同煤层。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, 自动跟踪仪已经不能很好的提供准确的液面深度信息, 需要选择其它方法。如果射孔段出水量不是很大, 没达到喷射状, 跟踪仪就可以准确测试出有分层射孔段的液面位置情况, 能详细反映井下射孔段的出水情况。

从图2 可以看出, G1- 1 井的液面深度在1050米左右, 在960 米附近有反向回波出现, 说明此处有阻挡声波障碍物存在。通过核对该井的井史记录, 在960～964 米处是5#煤层射孔段。由此可以得出反向回波是该射孔段出水造成的。

图2 G1- 1 井液面深度示意图

2．3 无套压井连续监测的可靠性

对于无压油井的液面自动监测设备, 目前国内还没有完善成熟的产品, 无法满足日益增长的现场测试需求。

当井内没有套压时, 需要外部产生声源, 国内普遍采用的办法是利用火药声弹爆破声波或利用高压氮气瓶, 向井内打入高压氮气。利用高压氮气瓶作为声波气源, 不能长期自动工作, 需要人工定期检查设备的运行情况, 需要经常给氮气瓶充气。本产品采用了通过抽取套管内气体压缩加压, 来形成声波脉冲。升压时间只需十几秒钟, 就可以取得满意的测试效果。可以在井场长期自动工作, 不需人工干预。本产品的无压井自动长期监测技术为国内首创, 已申请国家发明专利。设备性能稳定, 精度可靠。

3 结论与认识

通过大量的监测数据表明, 动液面跟踪仪测试数据结果精度可靠, 仪器设备工作稳定、结构简单、安装方便, 具有广泛的推广应用价值, 正在各煤层气区块试用。

对于需要连续监测的煤层气井, 通过对比测试可以代替井下压力计, 由于跟踪仪方便灵活, 综合使用成本低, 为煤层气井连续液面监测方案, 提供了一种新方法。

[1] 任源峰： 煤层气井液面监测对回声仪提出的新要求中国煤层气2007 年第3 期．