煤層氣井產(chǎn)出剖面測試技術(shù)實驗研究.docxVIP

1、方法研究煤層氣井產(chǎn)出剖面測試技術(shù)實驗研究*李軍（大慶油有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司黑龍江大慶）摘要：針對煤層氣井的開發(fā)特點制定了基于集流和非集流測量的實施技術(shù)方案。設(shè)計并加工壓阻式流量計、過流式電容持水率計、壓差流量計等實驗祥機(jī)，開展了氣水兩相條件下的實驗研究，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，證實了煤層氣井產(chǎn)出剖面測量方法和傳感技術(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：P631.8*1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1004-9134（2012）01-0055-030引言我國煤層氣已進(jìn)入規(guī)模開發(fā)階段，迫切需要開發(fā)配套的測

2、試技術(shù)。煤層氣井產(chǎn)出剖面測試是一個測試新領(lǐng)域，應(yīng)用于油田氣井測試的測試方法、測試儀器和測試工藝不能直接應(yīng)用于煤層氣井產(chǎn)出剖面測試，在儀器尺寸、測量范圍、測試工藝等方面不適應(yīng)煤層氣井的測試要求，目前，國內(nèi)外尚無規(guī)模應(yīng)用的成熟技術(shù)。本文針對煤層氣井的特點開展了測試方法、測試儀器的研究工作，取得了階段性成果：制定了集流測量和非集流測最兩種技術(shù)路線；開展了壓阻法、電容法、渦輪流量計、差壓法等產(chǎn)氣、產(chǎn)水量測量方法的可行性研究和實驗，形成了可行的技術(shù)方案并開發(fā)了室內(nèi)實驗樣機(jī)。通過前期的研究工作，對煤層氣井產(chǎn)出剖面測試技術(shù)有了深刻認(rèn)識，積累了寶貴經(jīng)驗。1煤層氣井產(chǎn)氣產(chǎn)水剖面測量技術(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，降低煤儲層的壓力。當(dāng)儲層壓力達(dá)到甲烷的解析點后，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，水向下流動，流動狀態(tài)十分復(fù)雜，給測試帶來很大難度。首先，測試空間狹小、復(fù)雜，測試儀器開發(fā)難度大。在套管和油管條件下，嚴(yán)格地限制了測試儀器的尺寸和測量方法的選擇范圍，測試儀器外徑只能做到28mm,同時

4、難以采用更多的工藝裝置。其次，測試工作只能在油套環(huán)形空間進(jìn)行，測試工藝復(fù)雜，測試儀器在油套環(huán)形空間的位置難以控制，增加了測試工作的不確定性，影響測井資料質(zhì)量。第三，產(chǎn)水量小旦流動方向與氣體相反，產(chǎn)水量測量的難度較大。為此，提出了兩種測試方案：集流式測試方案與非集流式測試方案。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集流式測試方案基金項目：國家科技面大專項（課題編號：2009ZX05038-002）資助項目.第一作者簡介：李軍，男，1967年生，高級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)為大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司監(jiān)測技術(shù)研發(fā)中心主任工程師，從事生產(chǎn)測井研究工作.

5、郵編：163453集流式方案是指在測試前將排采管柱提至產(chǎn)層以上，采用集流的方式測量各產(chǎn)層的產(chǎn)量。儀器從地面偏心井口下入套管內(nèi)，在設(shè)計的測點處依次進(jìn)行測量，測點-般設(shè)計在產(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)行測危時，集流器張開，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井質(zhì)量：一是使氣水流動方向-致，降低r測量難度；二是集流后可將測量通道內(nèi)的流速提高兒十倍，氣水充分混合，減小了流態(tài)對流量和組分測量的影響司。12非集流式測試方案非集流方案是指將排水管柱推至套管一側(cè)，測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、行測量。儀器從井口下入井內(nèi)，在設(shè)計的測點處依次進(jìn)行測髭，測點一般設(shè)計在產(chǎn)層以上2m處或相鄰產(chǎn)層的中間。非集流方案的測試工藝相對簡單，但測試精度較低。2煤層氣井氣水兩相流測試傳感器室內(nèi)實驗研究為了探索煤層氣井產(chǎn)氣產(chǎn)水剖面的測試問題，在大慶測試技術(shù)服務(wù)分公司模擬實驗井中開展了集流型和非集流型測試方法實驗研究。模擬實驗井筒高13m,內(nèi)徑是125mm,實驗介質(zhì)為氮氣和清水，氣水兩相的流量可由實驗裝置上的流量計精確給出。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)。實驗中，將。28的測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）壓阻流量計壓阻式流量計采用高靈敏度硅芯作為該流量計傳感器的核心元件，該硅芯在受到力的作用時其電阻值隨著受力的大小變化而變化，它的測量原理就是通過檢測井下被測流體沖力的大小來確定流最大小的。模擬井實驗結(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。可見，氣流量不變時，水流量越大，儀器響應(yīng)值越高；水流量不變時，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壓阻式流計氣水兩相流響應(yīng)圖版2）過流式電容傳感器電容法是目前測量生產(chǎn)井產(chǎn)液持水率的一種主要方法。過流式電容傳感器的敏感元件實際是一個同軸圓柱形電容器，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，因此通過測量電容值經(jīng)過解釋可得到含水率。圖3是過流式電容含水率計的響應(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，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，水量越高，傳感器響應(yīng)值越低；從曲線形態(tài)看，每條曲線都有一個線性段，水流晴越大，線性段越長

9、，說明此時氣水混合均勻。當(dāng)氣量增加到一定程度時，曲線急劇上升，說明此時同軸電容器周圍絕大部分為氣體。這種現(xiàn)象在低水量時更加明顯。圖3過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。差壓流量計測量氣水兩相流的機(jī)理主要利用一個壓差傳感器或兩個壓力探頭測量井筒內(nèi)流體兩點間的壓力差值,在摩擦阻力不大的井中測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)出剖面測試技術(shù)實驗研究-57二=，一一一一度，氣體流量的大小直接影響到密度的變化，通過密度可計算氣流量。圖4是差壓式流量計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)是差壓流量計的頻率響

10、應(yīng)，圖中不同曲線代表不同的水流量?？梢?，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，說明低水員的情況下，差壓流量計的響應(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)針對壓阻式流量計和過流式電容含水率計的實臆數(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。以壓阻流量計響應(yīng)曲線為例，具體步驟如下：首先，調(diào)用polyE函數(shù)對壓

11、阻流量計響應(yīng)圖版中的各條曲線進(jìn)行迭代，得到各條曲線所對應(yīng)的擬合公式；然后，設(shè)定壓阻流量計的某-輸出頻率，將其輸入到各擬合公式中，可得出各曲線所對應(yīng)的氣流量。各條曲線與水流量乂是一一對應(yīng)的，因此乂可得出各曲線對應(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、水流量點畫在圖版上，最終可得到壓阻流51計在某一輸出頻率下所對應(yīng)的氣水流量關(guān)系曲線。對過流式電容含水率計響應(yīng)圖版采取相同的處理方法，可以得到過流電容傳感器在某一頻率值時所對應(yīng)的氣水流量關(guān)系曲線。將兩條曲線進(jìn)行相交，交點即為兩種傳感器在給定輸出值時所對應(yīng)的產(chǎn)氣、產(chǎn)水員L4結(jié)論本文通過分析煤層氣井的排采特點，設(shè)計了集流和非集流兩套測

12、試方案，隨后開展了壓阻式流量計、過流電容式含水率計和差壓流量計在氣水兩相流條件下的實驗研究，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)出剖面測試的可行性。并提出一種壓阻流量計和過流電容含水率計的組合解釋方法。具體結(jié)論如下：1）集流型壓阻式流量計和過流式電容含水率計的響應(yīng)受氣、水流量的影響，結(jié)合壓阻流量計和過流式電容含水率計的響應(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.油氣井測試，2008,17（4）劉興斌.井下油/水兩相流測眼.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，田樹祥，等.用渦輪流域計測居多相流流量儀器儀表學(xué)報、2002,23（I）4莊海軍.-種測欣油井產(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、計算機(jī)和工業(yè)自動化等行業(yè)獲取領(lǐng)先科技信息的橋梁，了解儀器儀表裝備動態(tài)和市場的窗口，是用戶選購儀器儀表的向