煤層氣L型水平井無桿泵動力液位自動報警裝置及應用

原紅超 賈慧敏 郭連升

(1.中國石油華北油田山西煤層氣勘探開發分公司,山西 047000；2.中國石油華北油田公司培訓中心,河北 062550)

煤層氣開發是通過排采設備持續排出煤層水，將煤儲層壓力降至解吸壓力以下，使甲烷解吸并產出。煤儲層應力敏感性強，排采設備頻繁故障會導致流壓頻繁波動，影響正常排水產氣，還會造成儲層傷害，降低氣井產能。華北油田公司自主創新的“L型水平井”是高效開發煤層氣的重要技術，但由于其井斜較大，需要采用射流泵、水力管式泵等無桿排采設備進行排采，其能否實現連續排采是“L型水平井”推廣應用的關鍵制約因素。

1 煤層氣L型水平井主要無桿泵

煤層氣用無桿泵主要包括水力管式泵和射流泵，其中水力管式泵主要由無桿管式泵、中心管、液壓缸、齒輪泵、液控閥、電動機、水箱和控制系統組成。主要通過液控閥換向推動地下水力管式泵活塞運動，將煤層水產出地面。其中，射流泵通過柱塞泵將動力液轉換為高壓液流，并通過噴嘴形成高速液流，從而在噴嘴周圍產生負壓，在負壓的作用下煤層氣井中水量被持續排至地面。

2 動力液箱無液原因與后果

2016年以來，投產的高壓射流泵、水力管式泵等水力無桿排采設備動力液箱頻繁無液，這一方面由于柱塞泵盤根漏失；另一方面，地層產水不足，吸入水量大于排出水量。動力液箱頻繁無液導致兩個后果：第一，無桿泵不能有效排水，導致煤層氣井井底流壓頻繁波動，不僅導致氣量損失，還可能造成儲層傷害；第二，由于需要現場核實，動力液箱從無液至準確識別至少需要4小時以上，至故障處理完畢并恢復氣量至少還需要10小時以上，因此，故障處理時間過長，往往導致故障過夜。第三，導致氣量損失，水平井產量一般在5000～8000m3/d。

無論何種原因，只要及時發現液面異常，及時處理故障并或時補水，就可以避免無液。但只加強人工現場巡檢頻率存在三個缺點：水箱頂至地面一般3m以上，巡檢工人每天兩次攀爬水箱，勞動強度大幅增加；頻繁登高存在安全風險；雨雪天氣等許多客觀因素導致液面無法及時獲得。

3 動力液箱頁面自動報警裝置

動力液箱自動報警裝置功能為當動力液箱液位降至特定值時，發出警報，并遠程傳輸至相關人員，可以實現主動預防，避免無液后被動處理。

3.1 裝置設計與構成

1—保護管 2—浮桿 3—浮球 4—固定條 5—磁力接近開關 6—液位標示牌

動力液箱自動報警裝置使用浮球、浮桿系統監測液位變化，其主要部件及裝置如圖1所示。保護管為普通PE管，尺寸根據水箱大小確定，保護管套設在浮桿和浮球外部，對浮球起保護作用，為浮球營造一個相對穩定的環境，避免進水沖擊浮球，造成液位誤報，保護管與固定條固定連接，固定條與動力液箱固定連接。在保護管下端與水箱接觸位置開2～3個長方形進水口，保護管上開2～3排圓形進水口，使保護管與水箱形成良好的連通，保證保護管與水箱內液位一致；保護管頂蓋開口直井應略大于浮桿外徑，二者差值控制在1cm以內，以保證浮桿直立，避免因浮桿傾斜導致液位計量誤差。

浮球采用塑料材質，位于動力液水箱內，其大小根據其承載的浮桿重量確定；浮桿采用較細的PE管制成，盡可能減輕浮桿自身重量，其長度應高于水箱高度10cm左右；浮桿與浮球固定連接，二者連接處不能存在裂縫，防止水進入浮球。在保護管旁邊5cm處安裝液位標示牌，其高度應等于水箱高度，并在液位標示牌上利用發光紙標注刻度，以便能夠直觀讀取液面位置，液位標示牌與動力液水箱固定連接。

磁力接近開關的第一端設置在浮桿上，根據水箱具體參數和到達井場時間確定預警水位，磁力接近開關的第二端設置在液位標示牌上，在液位標牌上與預警水位高度相同的位置安裝磁力接近開關的磁鐵；以使得當所述動力液水箱的液面下降至預設液位時，磁力接近開關的兩端接觸產生報警信號，并通過井場自動化控制柜、信號塔傳輸至作業區相關人員，工作人員立即組織設備維修和水量補充，有效避免無液。

3.2 裝置優點

本自動報警裝置，通過設置于浮桿和液位標示牌上的磁力接近開關，可在動力液箱的液位下降至預設液位時自動進行報警，無需巡檢工人進行頻繁巡檢以及攀爬動力液水箱觀察液面位置，不但降低了巡檢工人的勞動強度和發生意外的風險，可以實現液位全天候連續監測，并自動預警，遠程傳輸，使工區人員能夠及時處理，有效避免了蓄水箱無液，減少了氣量損失；采用易安裝的浮桿式液位監測儀，設計結構簡單，安裝方便，不用動用電氣焊，比較安全。浮球采用飲料瓶加工，浮桿采用PE管加工，自動化控制和傳輸依托已有智能平臺，成本低；凡是無桿排采設備都可以應用，推廣價值大。

4 現場試驗

該動力液水箱的報警裝置在現場推廣應用后，對動力液水箱的巡檢次數可由原來的每天2次，改為每3天一次，勞動強度下降83%；而因水箱缺水導致排采故障次數，由原來平均每月4次，降至1次，故障率下降75%。