煤层气L型水平井无杆泵动力液位自动报警装置及应用

原红超 贾慧敏 郭连升

(1.中国石油华北油田山西煤层气勘探开发分公司,山西 047000；2.中国石油华北油田公司培训中心,河北 062550)

煤层气开发是通过排采设备持续排出煤层水，将煤储层压力降至解吸压力以下，使甲烷解吸并产出。煤储层应力敏感性强，排采设备频繁故障会导致流压频繁波动，影响正常排水产气，还会造成储层伤害，降低气井产能。华北油田公司自主创新的“L型水平井”是高效开发煤层气的重要技术，但由于其井斜较大，需要采用射流泵、水力管式泵等无杆排采设备进行排采，其能否实现连续排采是“L型水平井”推广应用的关键制约因素。

1 煤层气L型水平井主要无杆泵

煤层气用无杆泵主要包括水力管式泵和射流泵，其中水力管式泵主要由无杆管式泵、中心管、液压缸、齿轮泵、液控阀、电动机、水箱和控制系统组成。主要通过液控阀换向推动地下水力管式泵活塞运动，将煤层水产出地面。其中，射流泵通过柱塞泵将动力液转换为高压液流，并通过喷嘴形成高速液流，从而在喷嘴周围产生负压，在负压的作用下煤层气井中水量被持续排至地面。

2 动力液箱无液原因与后果

2016年以来，投产的高压射流泵、水力管式泵等水力无杆排采设备动力液箱频繁无液，这一方面由于柱塞泵盘根漏失；另一方面，地层产水不足，吸入水量大于排出水量。动力液箱频繁无液导致两个后果：第一，无杆泵不能有效排水，导致煤层气井井底流压频繁波动，不仅导致气量损失，还可能造成储层伤害；第二，由于需要现场核实，动力液箱从无液至准确识别至少需要4小时以上，至故障处理完毕并恢复气量至少还需要10小时以上，因此，故障处理时间过长，往往导致故障过夜。第三，导致气量损失，水平井产量一般在5000～8000m3/d。

无论何种原因，只要及时发现液面异常，及时处理故障并或时补水，就可以避免无液。但只加强人工现场巡检频率存在三个缺点：水箱顶至地面一般3m以上，巡检工人每天两次攀爬水箱，劳动强度大幅增加；频繁登高存在安全风险；雨雪天气等许多客观因素导致液面无法及时获得。

3 动力液箱页面自动报警装置

动力液箱自动报警装置功能为当动力液箱液位降至特定值时，发出警报，并远程传输至相关人员，可以实现主动预防，避免无液后被动处理。

3.1 装置设计与构成

1—保护管 2—浮杆 3—浮球 4—固定条 5—磁力接近开关 6—液位标示牌

动力液箱自动报警装置使用浮球、浮杆系统监测液位变化，其主要部件及装置如图1所示。保护管为普通PE管，尺寸根据水箱大小确定，保护管套设在浮杆和浮球外部，对浮球起保护作用，为浮球营造一个相对稳定的环境，避免进水冲击浮球，造成液位误报，保护管与固定条固定连接，固定条与动力液箱固定连接。在保护管下端与水箱接触位置开2～3个长方形进水口，保护管上开2～3排圆形进水口，使保护管与水箱形成良好的连通，保证保护管与水箱内液位一致；保护管顶盖开口直井应略大于浮杆外径，二者差值控制在1cm以内，以保证浮杆直立，避免因浮杆倾斜导致液位计量误差。

浮球采用塑料材质，位于动力液水箱内，其大小根据其承载的浮杆重量确定；浮杆采用较细的PE管制成，尽可能减轻浮杆自身重量，其长度应高于水箱高度10cm左右；浮杆与浮球固定连接，二者连接处不能存在裂缝，防止水进入浮球。在保护管旁边5cm处安装液位标示牌，其高度应等于水箱高度，并在液位标示牌上利用发光纸标注刻度，以便能够直观读取液面位置，液位标示牌与动力液水箱固定连接。

磁力接近开关的第一端设置在浮杆上，根据水箱具体参数和到达井场时间确定预警水位，磁力接近开关的第二端设置在液位标示牌上，在液位标牌上与预警水位高度相同的位置安装磁力接近开关的磁铁；以使得当所述动力液水箱的液面下降至预设液位时，磁力接近开关的两端接触产生报警信号，并通过井场自动化控制柜、信号塔传输至作业区相关人员，工作人员立即组织设备维修和水量补充，有效避免无液。

3.2 装置优点

本自动报警装置，通过设置于浮杆和液位标示牌上的磁力接近开关，可在动力液箱的液位下降至预设液位时自动进行报警，无需巡检工人进行频繁巡检以及攀爬动力液水箱观察液面位置，不但降低了巡检工人的劳动强度和发生意外的风险，可以实现液位全天候连续监测，并自动预警，远程传输，使工区人员能够及时处理，有效避免了蓄水箱无液，减少了气量损失；采用易安装的浮杆式液位监测仪，设计结构简单，安装方便，不用动用电气焊，比较安全。浮球采用饮料瓶加工，浮杆采用PE管加工，自动化控制和传输依托已有智能平台，成本低；凡是无杆排采设备都可以应用，推广价值大。

4 现场试验

该动力液水箱的报警装置在现场推广应用后，对动力液水箱的巡检次数可由原来的每天2次，改为每3天一次，劳动强度下降83%；而因水箱缺水导致排采故障次数，由原来平均每月4次，降至1次，故障率下降75%。