提高煤層氣井動(dòng)液面精度方法探討

劉國(guó)偉，陳秀萍，劉元新，孟凡華，王 旭,蒲 攀

(1. 華北油田山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 048000；2. 華北油田公司勘探開發(fā)研究院，河北 062552)

提高煤層氣井動(dòng)液面精度方法探討

劉國(guó)偉1，陳秀萍1，劉元新1，孟凡華2，王 旭1,蒲 攀1

(1. 華北油田山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 048000；2. 華北油田公司勘探開發(fā)研究院，河北 062552)

精確的動(dòng)液面數(shù)據(jù)是煤層氣井定量化排采管控的關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)，動(dòng)液面的高低嚴(yán)重影響單井的產(chǎn)氣效果。本文從分析動(dòng)液面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、動(dòng)液面數(shù)據(jù)的計(jì)算、音速值的設(shè)定三個(gè)方面，詳細(xì)論述了其對(duì)煤層氣井動(dòng)液面精度的影響，并根據(jù)煤層氣井液面淺、要求精度高、連續(xù)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，提出了一套適合煤層氣井現(xiàn)場(chǎng)要求的測(cè)試計(jì)量方法和音速值的選定，提高動(dòng)液面測(cè)試的精度，為煤層氣井定量排采控制提供保障。

煤層氣井 動(dòng)液面 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 定量排采控制

1 煤層氣井動(dòng)液面測(cè)試工作原理及測(cè)試方法

1.1 煤層氣井動(dòng)液面測(cè)試工作原理

目前國(guó)內(nèi)煤層氣井動(dòng)液面測(cè)量主要有兩種方式：一種是安裝井下電子壓力計(jì)；另一種是利用回聲測(cè)試儀。煤層氣評(píng)價(jià)井、水平井及少量的開發(fā)井安裝有井下電子壓力計(jì)，大多數(shù)開發(fā)井均采用回聲測(cè)試儀測(cè)試液面。基本原理：安裝在井口上的測(cè)試儀器發(fā)出超聲波，超聲波沿油、套環(huán)形空間向井底傳播，遇到回音標(biāo)、油管接箍和液面等發(fā)生反射。反射波傳到井口被微音器所接收，并將反射脈沖轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換、運(yùn)算和存儲(chǔ)等處理，測(cè)出聲波傳播速度和反射時(shí)間，即可測(cè)出聲源與反射物之間距離(見圖1)。

圖1 回聲測(cè)試工作原理圖

1.2 煤層氣井動(dòng)液面測(cè)試方法

回聲測(cè)試儀測(cè)試方法有兩種，分別是接箍法和音標(biāo)法，目前國(guó)內(nèi)各煤層氣區(qū)塊普遍使用的是音標(biāo)法。

回音標(biāo)是套接在油管上的柱狀短節(jié)，其直徑大于油管，遮住油套環(huán)形空間間隙的50%～70%，長(zhǎng)度為0.3～0.5m，用它來(lái)阻礙聲音的直線傳播，使聲音返回到井口(如圖2所示)。

假定油、套管環(huán)形空間傳播速度為一恒定值，回音標(biāo)位置深度越接近實(shí)際液面，計(jì)算精度就越高，其計(jì)算公式為：

De=Ds(Le/Ls)

圖2 回音標(biāo)法工作原理圖

式中：De——液面深度(m);

Ds——音標(biāo)下入深度(m);

Ls——自井口波峰至音標(biāo)間測(cè)量其曲線上的距離;

Le——自井口波峰至液面波峰間測(cè)量曲線上的距離。

2 影響動(dòng)液面計(jì)量精度因素分析

2.1 脈沖信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)動(dòng)液面測(cè)試計(jì)量精度的影響

連接井口連接器的氮?dú)馄績(jī)?nèi)壓力的不同對(duì)連接器內(nèi)發(fā)出的聲音脈沖信號(hào)影響較大，致使音標(biāo)在測(cè)試曲線顯示的形態(tài)各不相同(如圖3)，為消除其對(duì)動(dòng)液面計(jì)量精度的影響，建議氮?dú)馄績(jī)?nèi)的壓力≥2.5MPa。

圖3 不同氮?dú)馄繅毫ο碌臏y(cè)試曲線

2.2 回音標(biāo)位置對(duì)動(dòng)液面測(cè)試計(jì)量精度的影響

煤層氣井回音標(biāo)位置下入的深度普遍較淺，一般在幾十米至二百米左右，當(dāng)液面較深時(shí)，計(jì)算精度無(wú)法保證。理想的回音標(biāo)位置應(yīng)該在動(dòng)液面深度的9/10，一般情況下應(yīng)保證在2/3處，由于煤層氣井動(dòng)液面隨排采時(shí)間的延長(zhǎng)，動(dòng)液面位置不斷變化，導(dǎo)致音標(biāo)位置與液面位置差距越來(lái)越大，為解決這一問題，提高液面測(cè)試計(jì)量精度，建議每間隔200～250m下入一個(gè)回音標(biāo)的方法，以保證回音標(biāo)位置與動(dòng)液面深度差別小于250m。如在沁水盆地樊莊區(qū)塊華蒲x-1井，下入2個(gè)回音標(biāo)，深度分別為295.27m和654.3m，實(shí)際液面深度723.5m，但根據(jù)音標(biāo)1計(jì)算液面深度為729.1m，誤差5.6m，根據(jù)音標(biāo)2計(jì)算液面深度為724.4m，誤差0.9m(如圖4)。

圖4 雙回音標(biāo)液面波波形

2.3 回音標(biāo)尺寸長(zhǎng)短對(duì)動(dòng)液面測(cè)試計(jì)量精度的影響

回音標(biāo)的尺寸不同會(huì)導(dǎo)致其在測(cè)試曲線上的顯示波形形態(tài)不同(如圖5、6)，為使讀取動(dòng)液面時(shí)明顯看出回音標(biāo)波形，建議采用統(tǒng)一尺寸且較長(zhǎng)的回音標(biāo)。

圖5 短尺寸回音標(biāo)波形

圖6 長(zhǎng)尺寸回音標(biāo)波形

2.4 音速值的設(shè)定對(duì)動(dòng)液面測(cè)試計(jì)量精度的影響

聲音的傳播需要介質(zhì)，聲音的傳播速度與介質(zhì)的密度密切相關(guān)。空氣在0℃時(shí)，聲音的傳播速度為331.5m/s，在15℃時(shí)，聲音的速度為340.5m/s。煤層氣的主要成分是甲烷，甲烷在不同溫度、壓力下的音速變化如表1所示(僅選取煤層氣井常規(guī)溫度和壓力)。

由表1可以看出，同等溫度下音速隨壓力的增大而減小；同等壓力下，音速隨溫度的增大而增大。

由于煤層氣井未解吸前井筒內(nèi)為空氣，解吸后受套壓壓力的影響井筒內(nèi)CH4和空氣的比例不同使得實(shí)際音速值不斷發(fā)生變化；同時(shí)由于同一區(qū)塊

表1 甲烷在不同壓力、溫度下的音速值

煤層埋深深度變化相對(duì)不大，井筒內(nèi)的溫度受地表溫度變化影響不大。為獲得合理的音速表，在鄭莊區(qū)塊選取2個(gè)試驗(yàn)井組20口井，同時(shí)安裝壓力計(jì)和回音標(biāo)，通過(guò)音標(biāo)法和壓力反算深度來(lái)計(jì)算這些井的音速值，通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定了煤層氣井在不同條件下聲波的音速值(如表2)。

表2 不同套壓下煤層氣井音速值

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

測(cè)試數(shù)據(jù)分析軟件利用恒定音速原理，完善測(cè)試數(shù)據(jù)軟件自動(dòng)計(jì)算出井內(nèi)音速，自動(dòng)計(jì)算液面深度，徹底消除了人為計(jì)算過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差。通過(guò)100多井次的數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該方法計(jì)算的液面重復(fù)精度誤差<1m。

但對(duì)于多層合采井，當(dāng)液面在上部第一套煤層射孔段以下的煤層氣井，如果產(chǎn)層出水量較大，將造成聲波無(wú)法向深部繼續(xù)傳播，形成假液面波。對(duì)于這種井況，目前采用的聲波式測(cè)井儀已經(jīng)不能很好提供準(zhǔn)確的液面深度信息，需要選擇其它方法。

[1] 王國(guó)棟.動(dòng)液面測(cè)試干擾因素分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2013(10):76.

[2] 王化平.提高深井動(dòng)液面測(cè)試成功率方法探討[J].內(nèi)蒙古石油化工，2013(9):74-75.

[3] 李璦輝.難測(cè)井動(dòng)液面測(cè)試方法研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2006(5):50-51.

(責(zé)任編輯 王一然)

Discussion on Methods of Improving the Accuracy of Dynamic Fluid Level for CBM Wells

LIU Guowei1，CHEN Xiuping1，LIU Yuanxin1，MENG Fanhua2,WANG Xu1,PU Pan1

(1. CBM Exploration and Development Branch, Huabei Oilfield Company, Shanxi 048000; 2. Exploration &Development Research Institute, Huabei Oilfield Company, Hebei 062552)

With regard to the have quantitative drainage management on CBM wells, accurate dynamic fluid level data is a key production parameter which seriously affects gas production of individual well. Based on the analysis of methods of obtaining and computing field data and setting the value of sound speed, this paper discusses how these factors affect the precision of dynamic fluid level data. The features of the dynamic fluid level of CBM wells includes shallow depth, requires high precision and continuous monitoring. Based on these features, the paper proposes some suitable methods about obtaining and computing data and setting the value of sound speed. Times of practice show these methods can improve the accuracy of dynamic fluid level and guarantee the quantitative drainage management of CBM wells.

CBM well; dynamic fluid level; field test; quantitative drainage management

劉國(guó)偉，男，工程師，現(xiàn)從事煤層氣勘探開發(fā)工作。