煤層氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究.docx

1、方法研究煤層氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究*李軍（大慶油有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司黑龍江大慶）摘要：針對(duì)煤層氣井的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)制定了基于集流和非集流測(cè)量的實(shí)施技術(shù)方案。設(shè)計(jì)并加工壓阻式流量計(jì)、過(guò)流式電容持水率計(jì)、壓差流量計(jì)等實(shí)驗(yàn)祥機(jī)，開(kāi)展了氣水兩相條件下的實(shí)驗(yàn)研究，考察了各傳感器在氣/水兩相流條件下的響應(yīng)煽律,研完出一套集流條件下的產(chǎn)七、產(chǎn)水量解釋方法，證實(shí)了煤層氣井產(chǎn)出剖面測(cè)量方法和傳感技術(shù)的可行性。關(guān)鍵詞：煤層七；產(chǎn)出剖面；氣水兩相流中圖法分類號(hào)：P631.8*1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1004-9134（2012）01-0055-030引言我國(guó)煤層氣已進(jìn)入規(guī)模開(kāi)發(fā)階段，迫切需要開(kāi)發(fā)配套的測(cè)

2、試技術(shù)。煤層氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試是一個(gè)測(cè)試新領(lǐng)域，應(yīng)用于油田氣井測(cè)試的測(cè)試方法、測(cè)試儀器和測(cè)試工藝不能直接應(yīng)用于煤層氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試，在儀器尺寸、測(cè)量范圍、測(cè)試工藝等方面不適應(yīng)煤層氣井的測(cè)試要求，目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)規(guī)模應(yīng)用的成熟技術(shù)。本文針對(duì)煤層氣井的特點(diǎn)開(kāi)展了測(cè)試方法、測(cè)試儀器的研究工作，取得了階段性成果：制定了集流測(cè)量和非集流測(cè)最兩種技術(shù)路線；開(kāi)展了壓阻法、電容法、渦輪流量計(jì)、差壓法等產(chǎn)氣、產(chǎn)水量測(cè)量方法的可行性研究和實(shí)驗(yàn)，形成了可行的技術(shù)方案并開(kāi)發(fā)了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。通過(guò)前期的研究工作，對(duì)煤層氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù)有了深刻認(rèn)識(shí)，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。1煤層氣井產(chǎn)氣產(chǎn)水剖面測(cè)量技術(shù)方案煤層氣井是由外徑分別為

3、5*in的套管和2-in的排采管柱組成。煤層氣井的生產(chǎn)過(guò)程如圖1所示。排采管柱下至所有煤層以下，其用途是抽排井內(nèi)的承壓水，使井內(nèi)液面接近煤層或降到煤層以下，降低煤儲(chǔ)層的壓力。當(dāng)儲(chǔ)層壓力達(dá)到甲烷的解析點(diǎn)后，煤層中的吸附態(tài)甲烷解吸為大量游離態(tài)甲烷進(jìn)入套管內(nèi)，并從套管和排采管柱之間所形成的環(huán)形空間運(yùn)移至并口。煤層氣井的產(chǎn)水量在3m3/d10m3/d,而產(chǎn)氣量在2000m3/d以上，而旦井下產(chǎn)出氣向上流動(dòng)，水向下流動(dòng)，流動(dòng)狀態(tài)十分復(fù)雜，給測(cè)試帶來(lái)很大難度。首先，測(cè)試空間狹小、復(fù)雜，測(cè)試儀器開(kāi)發(fā)難度大。在套管和油管條件下，嚴(yán)格地限制了測(cè)試儀器的尺寸和測(cè)量方法的選擇范圍，測(cè)試儀器外徑只能做到28mm,同時(shí)

4、難以采用更多的工藝裝置。其次，測(cè)試工作只能在油套環(huán)形空間進(jìn)行，測(cè)試工藝復(fù)雜，測(cè)試儀器在油套環(huán)形空間的位置難以控制，增加了測(cè)試工作的不確定性，影響測(cè)井資料質(zhì)量。第三，產(chǎn)水量小旦流動(dòng)方向與氣體相反，產(chǎn)水量測(cè)量的難度較大。為此，提出了兩種測(cè)試方案：集流式測(cè)試方案與非集流式測(cè)試方案。套管排采管柱水流方向氣流方向圖1煤層氣井施工工藝示意圖11集流式測(cè)試方案基金項(xiàng)目：國(guó)家科技面大專項(xiàng)（課題編號(hào)：2009ZX05038-002）資助項(xiàng)目.第一作者簡(jiǎn)介：李軍，男，1967年生，高級(jí)r程師1989年畢業(yè)于東北石油大學(xué)機(jī)械系礦機(jī)專業(yè)，現(xiàn)為大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)中心主任工程師，從事生產(chǎn)測(cè)井研究工作.

5、郵編：163453集流式方案是指在測(cè)試前將排采管柱提至產(chǎn)層以上，采用集流的方式測(cè)量各產(chǎn)層的產(chǎn)量。儀器從地面偏心井口下入套管內(nèi)，在設(shè)計(jì)的測(cè)點(diǎn)處依次進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)-般設(shè)計(jì)在產(chǎn)層以上2m處或相鄰產(chǎn)層的中間。當(dāng)儀器到達(dá)井內(nèi)指定層位進(jìn)行測(cè)危時(shí)，集流器張開(kāi)，將井筒和儀器外殼之間的環(huán)形空間封閉，迫使全部流體經(jīng)過(guò)儀器內(nèi)部狹小通道流經(jīng)傳感器。這樣做從兩方面改善測(cè)井質(zhì)量：一是使氣水流動(dòng)方向-致，降低r測(cè)量難度；二是集流后可將測(cè)量通道內(nèi)的流速提高兒十倍，氣水充分混合，減小了流態(tài)對(duì)流量和組分測(cè)量的影響司。12非集流式測(cè)試方案非集流方案是指將排水管柱推至套管一側(cè)，測(cè)試儀器在油管和套管所形成的月牙型空間內(nèi)以非集流的形式進(jìn)

6、行測(cè)量。儀器從井口下入井內(nèi)，在設(shè)計(jì)的測(cè)點(diǎn)處依次進(jìn)行測(cè)髭，測(cè)點(diǎn)一般設(shè)計(jì)在產(chǎn)層以上2m處或相鄰產(chǎn)層的中間。非集流方案的測(cè)試工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但測(cè)試精度較低。2煤層氣井氣水兩相流測(cè)試傳感器室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究為了探索煤層氣井產(chǎn)氣產(chǎn)水剖面的測(cè)試問(wèn)題，在大慶測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司模擬實(shí)驗(yàn)井中開(kāi)展了集流型和非集流型測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)研究。模擬實(shí)驗(yàn)井筒高13m,內(nèi)徑是125mm,實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為氮?dú)夂颓逅?，氣水兩相的流量可由?shí)驗(yàn)裝置上的流量計(jì)精確給出。水流量在1m3/d20m3/d范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，氣流量在50m3/d2000m3/d范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)中，將。28的測(cè)試儀器居中置于模擬井筒的中部，先固定某一水流韌，待水流量穩(wěn)定后，按流量遞增的

7、順序調(diào)節(jié)氣流量。待流量穩(wěn)定后，記錄儀器輸出，取平均值。每一氣體流量都調(diào)節(jié)完畢后，按遞增的順序調(diào)節(jié)下一水流量。對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。2.1集流型傳感器1）壓阻流量計(jì)壓阻式流量計(jì)采用高靈敏度硅芯作為該流量計(jì)傳感器的核心元件，該硅芯在受到力的作用時(shí)其電阻值隨著受力的大小變化而變化，它的測(cè)量原理就是通過(guò)檢測(cè)井下被測(cè)流體沖力的大小來(lái)確定流最大小的。模擬井實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，圖中橫坐標(biāo)是配比的氣體流量，縱坐標(biāo)是壓阻式傳感器的頻率響應(yīng)，圖版中不同曲線代表不同的水流量?？梢?jiàn)，氣流量不變時(shí)，水流量越大，儀器響應(yīng)值越高；水流量不變時(shí)，隨氣流量的增加，曲線上升平緩，氣量達(dá)到1000m3/d以上，隨氣流量的增

8、加，曲線上升趨勢(shì)加大；4條曲線的形態(tài)一致，曲線的斜率隨著水流量的增加而增加。圖2壓阻式流計(jì)氣水兩相流響應(yīng)圖版2）過(guò)流式電容傳感器電容法是目前測(cè)量生產(chǎn)井產(chǎn)液持水率的一種主要方法。過(guò)流式電容傳感器的敏感元件實(shí)際是一個(gè)同軸圓柱形電容器，氣、水或氣水混合液是其電介質(zhì)，當(dāng)氣與水的混合比不同，電容量也相應(yīng)地改變，因此通過(guò)測(cè)量電容值經(jīng)過(guò)解釋可得到含水率。圖3是過(guò)流式電容含水率計(jì)的響應(yīng)與氣流量的關(guān)系圖，圖中橫坐標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)氣流量，縱坐標(biāo)是儀器的響應(yīng)值。可見(jiàn)，水流量不變的情況下，隨著氣流量的增加，儀器響應(yīng)單調(diào)遞增；氣流量不變時(shí)，水量越高，傳感器響應(yīng)值越低；從曲線形態(tài)看，每條曲線都有一個(gè)線性段，水流晴越大，線性段越長(zhǎng)

9、，說(shuō)明此時(shí)氣水混合均勻。當(dāng)氣量增加到一定程度時(shí)，曲線急劇上升，說(shuō)明此時(shí)同軸電容器周圍絕大部分為氣體。這種現(xiàn)象在低水量時(shí)更加明顯。圖3過(guò)流電容傳感器氣水兩相流響應(yīng)圖版2.2非集流型傳感器非集流傳感器采用的是差壓式流量計(jì)。差壓流量計(jì)測(cè)量氣水兩相流的機(jī)理主要利用一個(gè)壓差傳感器或兩個(gè)壓力探頭測(cè)量井筒內(nèi)流體兩點(diǎn)間的壓力差值,在摩擦阻力不大的井中測(cè)量的壓力梯度正比于流體密20I2年第26卷第1期李軍：煤層氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究-57二=，一一一一度，氣體流量的大小直接影響到密度的變化，通過(guò)密度可計(jì)算氣流量。圖4是差壓式流量計(jì)在氣水兩相流下的標(biāo)定圖版，圖中橫坐標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)氣流量，縱坐標(biāo)是差壓流量計(jì)的頻率響

10、應(yīng)，圖中不同曲線代表不同的水流量?？梢?jiàn)，儀器的響應(yīng)隨著氣流量的增加，呈指數(shù)的形式遞減；圖中兒條曲線重合，說(shuō)明低水員的情況下，差壓流量計(jì)的響應(yīng)只與氣流量相關(guān)，受水流最的影響很小。60003方水55005方水.10方水500()V*X，】5方水4500k.X20方水4000WfZXI*%350030000500100015002000氣流量/(m3/d)圖4差壓流量計(jì)氣水兩相流響應(yīng)圖版3煤層氣井產(chǎn)氣、產(chǎn)水量解釋方法研究本節(jié)針對(duì)壓阻式流量計(jì)和過(guò)流式電容含水率計(jì)的實(shí)臆數(shù)據(jù)，用Matlab軟件進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，最終能夠解釋出產(chǎn)氣、產(chǎn)水量。以壓阻流量計(jì)響應(yīng)曲線為例，具體步驟如下：首先，調(diào)用polyE函數(shù)對(duì)壓

11、阻流量計(jì)響應(yīng)圖版中的各條曲線進(jìn)行迭代，得到各條曲線所對(duì)應(yīng)的擬合公式；然后，設(shè)定壓阻流量計(jì)的某-輸出頻率，將其輸入到各擬合公式中，可得出各曲線所對(duì)應(yīng)的氣流量。各條曲線與水流量乂是一一對(duì)應(yīng)的，因此乂可得出各曲線對(duì)應(yīng)的水流量。以氣、水流量作為參數(shù)制作二維圖版，將前面得到的氣、水流量點(diǎn)畫(huà)在圖版上，最終可得到壓阻流51計(jì)在某一輸出頻率下所對(duì)應(yīng)的氣水流量關(guān)系曲線。對(duì)過(guò)流式電容含水率計(jì)響應(yīng)圖版采取相同的處理方法，可以得到過(guò)流電容傳感器在某一頻率值時(shí)所對(duì)應(yīng)的氣水流量關(guān)系曲線。將兩條曲線進(jìn)行相交，交點(diǎn)即為兩種傳感器在給定輸出值時(shí)所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)氣、產(chǎn)水員L4結(jié)論本文通過(guò)分析煤層氣井的排采特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了集流和非集流兩套測(cè)

12、試方案，隨后開(kāi)展了壓阻式流量計(jì)、過(guò)流電容式含水率計(jì)和差壓流量計(jì)在氣水兩相流條件下的實(shí)驗(yàn)研究，得到了各類傳感器在氣水兩相流條件下的響應(yīng)規(guī)律，證明了煤層氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試的可行性。并提出一種壓阻流量計(jì)和過(guò)流電容含水率計(jì)的組合解釋方法。具體結(jié)論如下：1）集流型壓阻式流量計(jì)和過(guò)流式電容含水率計(jì)的響應(yīng)受氣、水流量的影響，結(jié)合壓阻流量計(jì)和過(guò)流式電容含水率計(jì)的響應(yīng)可以解釋產(chǎn)氣、產(chǎn)水量；2）非集流悄況下，壓差流量計(jì)的響應(yīng)與氣相流量呈指數(shù)關(guān)系，受水流危影響很小，可在非集流條件下解釋氣流量。參考文獻(xiàn)I彭少濤，韋書(shū)銘，郭大立，等.新酬油田煤層氣井排采技術(shù)初探J.油氣井測(cè)試，2008,17（4）劉興斌.井下油/水兩相流測(cè)眼.哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，1996（資料）31鐘興福，吳應(yīng)湘，田樹(shù)祥，等.用渦輪流域計(jì)測(cè)居多相流流量?jī)x器儀表學(xué)報(bào)、2002,23（I）4莊海軍.-種測(cè)欣油井產(chǎn)液含水率的電容式傳感器J.傳感器技術(shù)，】997,16（2）51郭海敏.生產(chǎn)測(cè)井導(dǎo)論M,北京：石油工業(yè)出版社，2003（收稿日期：2011-07-08編輯：昊婷）石油儀器廣告征求函石油儀器現(xiàn)已成為石油、地質(zhì)、化工、計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)化等行業(yè)獲取領(lǐng)先科技信息的橋梁，了解儀器儀表裝備動(dòng)態(tài)和市場(chǎng)的窗口，是用戶選購(gòu)儀器儀表的向