煤层气井负压排采智能评价系统研制

冯 堃 孙晓勇

(1.中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司，北京 100095；2.沈阳新石科技有限公司，辽宁 110122)

随着煤层气开采规模的扩大，产量日益下降的老井逐渐增多，为促进煤层气的解吸和渗流，现场多次采用了负压排采技术并取得了显著的增产效果。根据重大专项项目“煤层气高效增产及排采关键技术研究”的科研工作任务需要，通过详细的现场调研，项目组掌握了煤层气负压排采过程中重要的参数采集需求，结合煤层气负压排采井分布在野外山区维护管理费时费力情况，综合多家公司的油田数字化产品开发经验，经过详细论证后，研发了负压排采智能评价系统。

图1 煤层气井负压排采智能评价系统现场监控部分结构图

1 功能介绍

煤层气井负压排采智能评价系统是具有采集、控制、通讯、分析等功能，能够实现对压缩机转速、排采井的套压、产气量、井底流压、示功图等生产参数的自动采集与无线传输，控制模块能够对抽油机冲次、阀门开启角度、压缩机转速等生产参数的远程调节。提供及时、准确的动态数据，分析总结工作参数调整后井场数据变化规律，根据数据规律变化寻找更适合煤层气井生产的排采制度。对比稳压排采、定产排采对煤层气开采方法与井况适应性，以便更好地服务煤层气排采生产。本系统为模块化组合式系统，集先进成熟的计算机软件技术、网络技术、无线通信技术、数据采集技术以及领先的传感器技术于一体，是一套完整的负压排采智能分析系统。

2 设计要点

(1)实时监控数据，分析归纳总结负压排采规律，预测产气趋势，实现阈值报警系统，能够对排采异常参数适时调整，分析整理出各种情况下的变化规律。再由人工干预调控井场内煤层气井或压缩机的工作制度实现远程控制的功能，从而起到承上启下的作用。

(2)针对煤层气丛式井场可以将一个平台作为一个对外的信息点，只配备一套在系统中起到核心作用的单井负压智能排采装置，连接煤层气井的各种数字化仪器，最大限度的降低成本。

(3)设备组装时注重元件、部件的安装布局设计，考虑到操作及维修方便，散热通畅，机柜的重心稳定，各部件间的布线短捷方便，降低布局电磁干扰，预防空间电磁辐射干扰。

(4)加装辅助传感器，完善数据采集手段。通过液面自动监测仪采集套压、液面深度；通过无线功图传感器采集抽油机井的最大载荷、最小载荷、光杆位移、冲次值、示功图；通过读取气体流量计采集日产气量、累计产气量、系统压力、温度等；通过读取变频器的运行状态，采集变频器的电流、电压、频率等运行参数；通过读取防爆电动调节阀的电流信号获取阀门的开启大小；通过监测产生负压环境的压缩机的各项工作参数，读取压缩机的内部控制器信息获取压缩机的进气压力、排气压力、压缩机电流、电机转速、运行时间参数和压缩机的各种报警信息。系统现场监控结构如图1所示。

3 关键技术

系统设计时多处利用ZigBee短距离无线组网通讯技术，降低现场安装工作量。

为了准确监测井底流压变化，连续监测井下液位变化，及时调整油井工作参数，我们研制了适合煤层气井的液面自动监测仪。仪器采用回声反射原理，即可以测试有压井又可以测试无压井。通过设置测试方式及测试间隔，仪器自动测试，自动精确计算井下液面深度，计算误差小于1m，能够自动计算井底流压，仪器还可以提供套压数据，监测煤层气井从无压-见气-产气的全过程，测试结果可以通过无线网络传输，还可以通过标准通讯接口与数字化系统连接。

软件平台控制2个以上压缩机机组组成时，机组之间相互独立，互不影响，可同时开启，也可单独开启任意一台(但保持一台是开启的)，两台机组同时开启或单独开启时，其工作逻辑是一致的，何时同开或单开，取决井场气井压力。通过软件平台的程序设计对煤层气井特征数据的智能分析、快速掌握每口井的排采特征，据此将接收到的排采任务分解为若干个排采控制周期，根据每个控制周期的井况实施针对性的控制。该系统针对稳产阶段，稳压排采，定产排采，设计不同的控制逻辑，当控制模块接收到排采任务时，依据判断当前的排采阶段，执行对应的控制逻辑。

通过负压排采智能评价系统与往复式压缩机配合，研究出负压排采效果与工作制度的关系，阀组与单井进管网的关系，分析影响单井负压排采效果的各因素间的关系，确定井口负压与产气量的最佳匹配参数，通过数据寻找两者之间的规律和联系。稳压排采参数综合调节将井底流压控制在最适合解析的范围内，寻找井筒内液面高度和井口负压的最佳匹配参数之间至关重要的规律和联系，根据产气量变化及井下压力变化，为每一口井摸索制定稳压排采的井底流压上下限；定产排采参数综合调节将产气量控制在最适合生产的范围内，寻找井筒内液面高度和井口负压的最佳匹配参数之间至关重要的规律和联系，根据生产井的产能和井下压力变化情况，为每一口井摸索制定定产排采的产气量上下限，最终达稳产、增产的目标，以便更好地服务煤层气排采生产。

4 现场应用效果

经过多次现场调研， 对排采装备产品的机、 电、 信、 控一体化方案进行研究， 通过两套系统近一年多的连续运行，在保德区块选择产气量呈明显衰减趋势，接近煤矿采空区的老井开展煤层气井负压排采试验，各项技术指标均达到了设计要求。负压排采期间压缩机参数调整数据变化曲线如图2所示。

图2 负压排采期间压缩机参数调整数据变化曲线

5 结论与认识

(1)基于煤层气井排采动态预警指标体系的软件平台建设思路，负压排采智能评价系统实现了实时监控，短信预警，动态跟踪，对比分析，自动调控，降低成本，提高工作效率。

(2)通过大量的监测数据表明，液面自动监测仪测试数据结果精确可靠，仪器工作稳定、结构简单、安装方便，具有广泛的推广应用价值，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，综合使用成本低，适合层气井场数字化建设需要，为煤层气井连续液面监测方案，提供了一种新方法。

(3)通过研究煤层气定量化排采自动调控主要技术参数和相关工艺流程，寻找排采规律，制定排采制度，采用智能曲线分析系统，数据筛选更加便捷，报表生成更简单，减少生产技术繁忙分析过程。

(4)通过分析对比煤层气井排采数据，合理划分排采生产阶段并总结出不同阶段排采参数与产量之间的变化规律，运用动态监控技术、数据分析技术，趋势预测技术，实现对煤层气井负压排采的实时监控数据分析与辅助决策，符合煤层气井数字化的可靠低成本运行理念。

(5)通过技术研究与试验，投入使用数据准确可靠，自动调节性能良好，执行排采制度精度高，故障率低，实现了稳压排采和定产排采对煤层气提产的效果，满足精细化排采要求。