CN102168548A - 一种煤层气井排采测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤层气井排采自动测量装置和控制方法，该测量和控制方法是通过控制煤层气井的套压从而实现对动液面的控制，以实现在气井现场不再使用传统的气液分离器；实现一块气体流量计即可满足产气量测量的需要；同时液体产至地面后在通过液体流量计前使液体与固相煤粉、气体得以分离，从而改善测量准确度；当产液量很少时，不仅能实现测量而且还提高了测量的准确度。本发明所述产出液测量装置和产出气测量装置及控制箱分别安装在底座支架上形成高度集成的煤层气井排采自动测量与控制系统，不仅实现了对这些参数的测量，同时简化了井场的现场设备，装置移动、安装、操作、使用和维护都非常简便，而且提出了优化的煤层气井排采控制方法。
Description
技术领域
本发明属于煤层气井排采测量装置及方法，具体讲涉及一种测量煤层气井产出流体的测量装置和测量方法。
背景技术
尽管人们已经实现了对煤层气井的产出气体量、产出液体量、井底压力、套压、电力参数及电机运行参数等生产参数的自动测量，但目前现存的自动测量与就地控制系统存在的主要问题有：
对产气量的测量方法：目前煤层气井现场采用气体流量计实现对产气量的自动测量，通过气体流量计的数据传输功能把测量数据传输给控制系统。大多数井初期的日产气量为100-300标方，通常的做法是安装一块量程较小的流量计，当产气量增大时再更换一块量程较大的流量计，或者在井场的气管线上安装双管线，在双管线上安装气体流量计大小各一块，当产气量小的时候，关闭量程较大的气体流量计所在的管线，利用小量程流量计进行测量。当产气量增大时，关闭量程较小的气体流量计，利用量程较大的流量计进行测量。如果气井的产气量超过了量程较大的流量计的量程时，还得更换更大量程的流量计。
专利号为CN201007203Y，名称为“煤层气井试采水气分离与计量装置”的实用新型公开了一种装置，其装置包含大流量气表、小流量气表和临界速度流量计三种气体计量器，由于存在大小三块流量计和三条气体管线，显然这样增加了设备成本，同时有可能出现倒换气体管线流程阀门的情形，不仅增加了设备成本，而且操作较麻烦。由于这种双管线或多管线设计的生产操作复杂，工艺参数难以界定，一般无法实现远程控制，当需要倒换管线生产时，就需要人工参与操作阀门，这样不但增加了人力成本，更重要的是无法对气井进行及时和准确的监控。
对产液量的测量方法：目前煤层气井现场采用液体流量计实现对产液量的自动测量，通过液体流量计的数据传输功能把测量数据传输给控制系统。由于产出液体中含有少量的煤粉和气体，煤粉和气体对液体的测量准确度都有较大的影响，因此这种测量方法存在的主要问题有：
a)煤粉会附着在流量计的叶轮上，因此会影响叶轮的正常转动导致测量不准确。
b)气体在地层内被压缩而呈小气泡状态与液体一同被排向地面的过程中，气泡从井底向地面流动过程中受到的压力不断降低，气泡体积会不断增大，当到达地面水管线后，压力降至最低，气体的体积也达到最大，这时的气体和液体在管内会呈现出段塞流或分层流等流动形态。无论哪种流动形态都会由于气体的存在大大地影响流量计叶轮的转速，从而导致液体测量的准确度出现大问题。气井现场一般采用液气分离器分离水中的气体后，再对液体进行测量，这样的确可以大幅度地提高产出液的测量准确程度，但设备成本却是大幅度地增加了，而且井场占地面积大，管线及安装流程的复杂程度也都相应地增加了。
c)当产出液的量较少时，地面测量管段内的流动液面可能会低于流量计的叶轮，这时会出现虽然有液体流过但叶轮却不转动的情形。
综合上述问题，人们很容易发现目前的测量和控制系统存在多个待改进方面，包括有可能会不同程度地增加设备成本，或操作困难，或测量不准确，或占地面积大等等问题，这些问题会导致人们误判煤层气井的生产状态，容易造成无法挽回的重大经济损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤层气井排采测量装置和方法，本发明不仅实现了对这些参数的测量，同时简化了井场的现场设备，简化了操作，节省了成本。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种煤层气井排采测量装置，所述排采测量装置包括产出液测量装置和产出气测量装置，其改进之处在于所述排采测量装置包括底座支架和控制系统，所述产出液测量装置和所述产出气测量装置安装在底座支架的一端；
所述产出液测量装置包括缓冲罐、U形管路；所述缓冲罐设有产出液入口和气体出口、液体出口和固体出口，所述产出液入口连接煤层气井的油管出口，所述U形管路包括第一连接管、液体流量计和所述第二连接管；
所述产出气测量装置包括气管线，所述气管线有气管线入口和气管线出口；在所述气管线入口和所述气管线出口之间的气流方向上依次装有套压压力计、第一阀门、气体流量计、第二阀门和系统压力计；所述气体流量计的数量为一块；所述气管线入口连接煤层气井的套管出口；
所述控制系统包括控制箱和所述控制箱内的控制装置；
所述产出液测量装置、所述产出气测量装置和所述控制系统分别安装在底座支架上。
本发明提供的另一优选技术方案为：
所述底座支架包括由两根纵梁和三根横梁组成的结构骨架，以及固定在所述结构骨架上的电缆线槽、安装架、支撑架和两个侧支架；所述控制箱固定安装在所述安装架上，所述安装架铰接在所述纵梁上；两个侧支架分别垂直于安装架固定连接在所述纵梁上，所述产出液测量装置和所述产出气测量装置均固定在两个所述侧支架上；
所述产出液测量装置和所述产出气测量装置通过布设在电缆线槽中的电线和电缆与控制系统实现供电及电信号联接。
本发明提供的再一优选技术方案为：所述安装架和所述侧支架分别位于底座支架的两端，所述支撑架平行于安装架固定连接在两根纵梁上并位于安装架的外侧。
本发明提供的再一优选技术方案为：横梁的长度与控制箱的长度相同，支撑架与安装架之间的距离小于所说控制箱的厚度。
本发明提供的再一优选技术方案为：横梁上还设有支撑座，电缆线槽的厚度小于支撑座的厚度。
本发明提供的再一优选技术方案为：缓冲罐气体出口位于缓冲罐的顶部，排气管一端与缓冲罐气体出口相连接，另一端连接到水管线出口，缓冲罐气体出口处安装有阀门；缓冲罐入口和缓冲罐液体出口位于缓冲罐的侧壁上。
本发明提供的再一优选技术方案为：缓冲罐入口所在水平面低于缓冲罐液体出口所在的水平面。
本发明提供的再一优选技术方案为：所述缓冲罐内设置有内胆，所述内胆形状为不带上圆盖的圆柱体，包括侧面和带有筛孔的底面，所述内胆的上边沿焊接于缓冲罐入口圆周线处，焊缝低于缓冲罐入口底边的水平面，所述缓冲罐与所述内胆形成环隙空间；内胆的侧面上嵌有螺旋状的管线，螺旋状的管线一端与缓冲罐入口相连接，另一端相接于内胆底面并与锥形体腔体连通，螺旋状的管线上布置有筛孔；内胆上筛孔的大小和密度与螺旋状的管线上筛孔的大小和密度相同，管线上的筛孔呈螺旋状均匀分布。
本发明提供的再一优选技术方案为：所述煤层气井排采测量装置测量煤层气井排采的测量方法，所述方法包括由产出液测量装置进行产出液测量和由只具有一块气体流量计的产出气测量装置进行产出气测量；其特征在于：
所述产出液测量装置和产出气测量装置均固定安装在底座支架上，控制系统控制箱安装在底座支架上，所述控制系统采集处理数据，所述控制系统并对所述产出液测量装置和所述产出气测量装置上的测量仪表和阀门进行控制；
所述产出液测量装置测量产出液方法包括：产出液从所述产出液入口进入缓冲罐进行固、液、气三相的自动分离，分离除去固形物的液体进入U形管路中，并由位于所述U形底部的液体流量计进行计量；
所述产出气测量方法包括：将泵吸入口安装在目标煤层底板以下，吸入口距煤层底板的距离不大于30米；然后通过所述控制系统控制产出气测量装置气体流量计上游第一阀门和下游第二阀门开启度，进而调整井口套压，使动液面既不高于煤层底板又不低于泵的吸入口；使产出气进入产出气测量装置的气管线，并由安装在气管线上的气体流量计进行计量。
本发明提供的再一优选技术方案为：所述产出液进入缓冲罐进行固、液、气三相的自动分离后的步骤包括：当产出液从缓冲罐顶部的气体出口溢出时，关闭气体出口处的阀门，分离后的气体与液体一同经过缓冲罐液体出口进入产出液测量装置的U形管路中，并由液体流量计进行测量；当产出液量不能从缓冲罐顶部的气体出口溢出时，打开所述气体出口处的阀门，分离后的气体通过气体出口和排气管排到产出液测量装置的测量液体出口，分离后的液体经过缓冲罐液体出口进入U形管路中，并由液体流量计进行测量；经过液体流量计测量后的产出液经由产出液测量装置的测量液体出口排出；分离后的固体能够通过缓冲罐的固相出口排出。
本发明提供的再一优选技术方案为所述调整井口套压的步骤具体为：未开始产气的初始阶段，保持第二阀门全开，关闭气管线上的第一阀门使动液面既不高于煤层底板但又不低于泵的吸入口的位置；当动液面达到不高于煤层底板的条件而开始产气后，通过控制第一阀门和第二阀门的开启度来控制产气量和调节套压，使动液面既不高于煤层底板但又不低于泵的吸入口。
本发明提供的再一优选技术方案为：通过控制系统控制第一阀门和第二阀门的开启度来调节套压的步骤包括：当煤层气井产气量较小且未超过气体流量计的测量范围上限时，使第二阀门保持全开，通过控制第一阀门的开启度控制产气量，进而调节套压；当煤层气井产气量接近气体流量计的测量范围上限时，则使第一阀门保持全开，通过控制第二阀门的开启度控制产气量，进而调节套压。
本发明提供的技术方案相比现有技术有如下优异效果：
1、通过提高套压将动液面控制在不高于煤层底板的位置处，既让井下的泵不易因过热出现问题，更有利于从目标煤层中产出的气体和液体进入环空后而自动分离，从而使进入泵内的液体中含有气泡量最少。不仅提高了泵效，而且在井场内不必再安装气液分离器对产出液进行分离，节省成本。由于产出液中含有的气量少了，实现了去掉大型液气分离器的目的，从而简化了地面设备。
2、由于动液面可以控制在不高于煤层底板处，油管和套管的环空中气液混合物分离的路径是最大的，有利于气液混合物在环空中的充分分离，这样产出的气体中含有的自由水也是最少的，不必安装气液分离器。
3、由于将动液面控制在不高于煤层底板位置处，在相同的井底压力下，套压是最大的，这样即使产气量接近气体流量计的测量范围上限时，可以通过按工艺操作步骤控制阀门从而提高气体流量计的测量上限，从而由一块气体流量计实现气井的全流量范围产气流量的测量。
4、产出的液体通过缓冲罐将其中的气体和煤粉进一步分离，分离后的固体通过缓冲罐的下部排出，气体通过缓冲罐的顶部的出口排出，经过分离后的液体由于含有的煤粉量更少，不易使液体流量计的叶轮受到粘附固相而影响测量准确度。同时，由于气体也被分离出去，减少了气体对液体流量计测量准确度的影响。如果遇到煤层气井产水量很小时，由于使用了U形管路连接管，液体流量计安装在U形管路连接管底部的直管段上，液体流量计的管段总是会被水充满的，从而实现对较小产水量的准确测量。
5、高度集成的气体测量管线、液体测量管线，采集和测量仪表及电气设备集成在一个便于移动的测量和控制撬装系统中。该系统运抵井场后的安装和调试工作非常方便，占地面积很小。
6、本发明不仅可以应用于煤层气井现场。也可以应用于其他类似情况中。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是煤层气井排采控制系统投用时的设备图；
图2是煤层气井排采控制系统装运时的设备图；
图3是煤层气井排采控制系统投用时的支架图；
图4是煤层气井排采控制系统装运时的支架图；
图5是煤层气井排采产出液测量装置图；
图6是煤层气井排采产出气测量装置图；
图7是煤层气井排采示意图；
图8是本发明实际应用案例历史曲线图；
附图标记：
1.气管线入口，2.安装架，3.结构骨架，4.支撑架，5.侧支架，6.结构支脚，7.纵梁，8.横梁，9.气管线出口，10.泵的吸入口，11.缓冲罐入口，12.缓冲罐，13.排气管，14.液体流量计，15.固相出口，16.测量液体出口，17.泵，18.井下压力传感器，19.缓冲罐气体出口，20.缓冲罐液体出口，21.底座支架，22.控制箱，23.电缆线槽，24.支撑座，25.固定片，26.煤层，27.套压压力计，28.第一阀门，29.流量计前直管段，30.气体流量计，31.流量计后直管段，32.第二阀门，33.系统压力计，34.煤层底板，35.气管线，36.第一连接管，37.第二连接管，38.管线，39.内胆，40.锥形体，41.油管出口，42.套管出口，43.地表面，44.套管，45.油管，46.抽油杆。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的说明。
本发明不仅可以用于煤层气井现场，也可以应用于油气井的现场测量和控制，应用情况是类似的，在此不再一一叙述。
如图1和图2所示，本发明的煤层气井排采测量系统包括底座支架21、产出液测量装置、产出气测量装置以及控制系统。产出液测量装置和产出气测量装置安装在底座支架21的一端，控制系统控制箱安装在底座支架21的另一端。本发明将各种采集测量控制装置及电气设备(如变频器、动力电参数采集器和通讯设备等)等现有控制装置集成在控制箱22中，从而构成本发明的控制系统。产出液测量装置和产出气测量装置与控制系统之间的线缆(如信号传输线和供电线等)布置在电缆线槽23中，这样控制系统既可进行数据的采集处理，也可对产出液测量装置和产出气测量装置上的各种测量仪表、阀门和传感器等进行自动控制。该煤层气井排采测量系统可以在车间装配并完成测试后，直接送到井场，只需将煤层气井的气液出口端分别与煤层气井排采测量系统的气管线入口1和产出液管线入口11连接，然后再接上动力电即可。在井场安装前，控制系统可以放置成如图2所示样子，这样方便长途运输或井间设备转运，井场正常使用时，控制系统的放置为图1所示的样子。本发明的煤层气井排采测量系统紧凑，占地面积也很小，运输方便，现场安装和调试的时间非常短。
下面结合图3和图4，对本发明的底座支架21作进一步的描述，所述底座支架，包括由两根纵梁7和三根横梁8组成的结构骨架3，三根横梁8间隔地与两根纵梁7焊接固定。所说支架还包括安装架2、支撑架4和两个侧支架5。两个侧支架5位于底座支架21的一端并分别固定在两根纵梁7上，两个侧支架5用于固定产出液测量装置和产出气测量装置。安装架2安装在底座支架21的另一端，控制箱22就固定在安装架2上，支撑架4平行于安装架2固定连接在两根纵梁7上并位于安装架2的外侧。两个侧支架5分别垂直于安装架2固定连接在纵梁7上；横梁8的长度与底座支架所支撑的控制箱的长度相同；安装架2铰接在纵梁7上，因而安装架2可以绕着铰轴转动。支撑架4与安装架2之间的距离小于所说控制箱的厚度，该支撑架4的高度刚好到达所说控制箱的底部，起到支撑控制箱的作用。当需要运输或者维修时，控制箱随着安装架2转动平行放置于底座支架21上(如图2、4)。横梁7上还设有支撑座24，当安装架2与横梁7平行放置时刚好靠在支撑座24上。底座支架21上还设有电缆线槽23，电缆线槽23位于两根横梁7之间，并固定在支撑架4一侧的横梁以及与该横梁相邻的另一横梁上，电缆线槽23的厚度略小于支撑座24的厚度。
图5示出了本发明的产出液测量装置，产出液测量装置包括缓冲罐12、液体流量计14、底部为U形管路的水平直管段。所述缓冲罐12设置有缓冲罐入口11、缓冲罐气体出口19、缓冲罐液体出口20和缓冲罐固相出口15。液体流量计14安装在U形管路的水平直管段，由于液体流量计14在U形管路的水平直管中，即使产出的水量很少，液体流量计14处的液体总是充满U形管路底部的直管段，从而实现了对极小产水量的测量。
U形管路一端与缓冲罐液体出口20连接，另一端为测量液体出口16。缓冲罐气体出口19位于缓冲罐12的顶部，排气管13一端与缓冲罐气体出口19相连接，另一端连接到测量液体出口16，缓冲罐气体出口19处安装有阀门。缓冲罐入口11和缓冲罐液体出口20位于缓冲罐的侧壁上。缓冲罐入口11所在水平面低于缓冲罐液体出口20所在的水平面。
所述缓冲罐12的上部为圆柱体，底部为锥形体40，所述缓冲罐12内部安装有管线38。所述锥形体40的高度为缓冲罐柱体高度的四分之一至七分之一，锥形体40的底端为煤粉等固相出口15，固相出口15处带有阀门。缓冲罐12内设置有内胆39，内胆39的形状为不带上圆盖的圆柱体，包括侧面和带有筛孔的底面，内胆39的上边沿焊接于缓冲罐入口11圆周线处，焊缝低于缓冲罐入口底边的水平面，这样缓冲罐圆柱体部分与内胆39之间形成环隙空间。内胆39的侧面上嵌有管线38，呈螺旋状，螺旋状的管线38一端与缓冲罐入口11相连接，另一端相接于内胆39底面并与锥形体40腔体连通，螺旋状的管线38上布置有筛孔，内胆39的筛孔的大小和密度与螺旋状的管线38上的筛孔的大小和密度相同，筛孔在螺旋状的管线38上呈螺旋状均匀分布。缓冲罐入口11所在水平面低于缓冲罐液体出口20在的水平面，缓冲罐液体出口20距离缓冲罐顶部的高度小于缓冲罐柱体高度的三分之一。
煤层气井产出液经缓冲罐固、气、水分离后，缓冲罐中的测量液体经过缓冲罐液体出口20进入U形管路水平直管段的液体流量计14进行测量，经过液体流量计的液体通过水管线出口16排出。
缓冲罐入口11连接煤层气井的油管出口(也即图7中的油管出口41)，煤层气井中采出的产出液通过缓冲罐入口11进入缓冲罐12，产出液在缓冲罐12中进行气、液、固三相自动分离；当产出液量太大且能从缓冲罐气体出口19溢出时，关闭所述缓冲罐气体出口19处的阀门，分离后的气体与液体一同经过缓冲罐液体出口20进入U形管路中，并由液体流量计14进行计量；当产出液量不能从缓冲罐气体出口19溢出时，打开所述缓冲罐气体出口19处的阀门，分离后的气体通过缓冲罐气体出口19和排气管13排出缓冲罐12，分离后的液体经过缓冲罐液体出口20进入U形管路中，并由液体流量计14进行计量；分离后的固体能够通过固相出口15排出缓冲罐12。产出液中含有的气体经过缓冲罐12的分离后通过罐体顶部的排气管13流动出去，将该排气管线13与测量管线出口16连接起来是使气体通过水管线排至远离井口区域，避免可燃气体在井口聚集。
如图6所示，本发明的产出气测量装置，其包括气管线35，所述气管线具有气管线入口1和气管线出口9；在气管线入口1和气管线出口9之间在气流方向上气管线上依次装有用于测量井口套压的套压压力计27、第一阀门28、气体流量计30、第二阀门32和用于测量第二阀门下游压力的系统压力计33；所述气体测量装置仅仅使用一块气体流量计30，而不需使用另外的其他气体流量计。气管线入口1连接煤层气井套管出口(也即图7中的油管出口42)，从煤层气井产出的煤层气由产出气测量装置进行计量，实现了只利用一块气体流量计并且不需使用气液分离器既可进行各种气体流量的测量，同时还可测量套压和系统压力。
在省去了气液分离器的情况下，利用一块气体流量计来完成气体流量的测量，主要是通过两个方面实现的(参看图7)：
一是通过调整生产管柱中泵吸入口10的安装位置使产出水中的含气量最少化，从而没有必要再对产出水中的气体进行分离；安装生产管柱时，通过油管或油管短节的调整将泵的吸入口10安装在目标煤层底板34以下，吸入口距煤层底板34的距离不大于30米，这样当煤层气和水从目标煤层26中产出时，由于气体的密度小于液体的密度，进入井筒中的气液混合物中的气体自然会向上运移，液体只能通过安装在目标煤层26以下的泵的吸入口10才能进入到油管45中，即液体在进入泵以前，气液就会进行充分的分离，从而使得进入泵中的液体中含有的气泡量会显著减少，这样被抽到地面的液体中由于含气量较小而不必再借助常规液气分离器进行分离了。
二是通过对井口套压的控制，使井口套压保持在一定范围内以便保持较低的动液面，使得动液面不高于煤层底板34的位置(但不得使动液面低于泵的吸入口10，即井筒环空中的液面距离井口的距离保持在最大限度，这样就增加了气水混合物在井筒环空中的运行距离，由于重力作用和气液混合物在井筒中的动力学作用，可以使气液进行充分的分离，当气体到达井口时，产出的气体中基本不含自由水了，这与使用常规气液分离器的效果是完全一样的。增加了气体和液体混合物在井筒中的运行距离，从而使气体和液体在井筒的环空中有效分离，以达到产出气体中基本不含游离水的最终目的。下面将结合附图对套压的控制方法进行详细说明。
参看图6，煤层气井生产初期由于地层能量较高，初始阶段可以完全保持第二阀门32全开，关闭气管线上的第一阀门28进行憋压，以建立套压，提高套压的目标值以使动液面不高于煤层底板34为宜(但不得使动液面低于泵的吸入口10。当动液面达到不高于煤层底板34的条件时，打开第一阀门28进行产气和测量，随着气体逐渐产出，地层能量会逐步下降，套压也会逐步下降，这时需要通过控制系统控制第一阀门28和第二阀门32的开启度来控制套压和产气量，从而调节套压，使得动液面不高于煤层底板34的位置，井筒环空中的液面距离井口的距离仍然保持在最大限度。即当煤层气井产气量较小时，使第二阀门32保持全开，通过控制第一阀门28的开启度控制产气量，从而测量流过气体的流量。当煤层气井产气量接近气体流量计的测量范围上限时，则使第一阀门28保持全开，通过控制第二阀门32的开启度控制产气量，测量流过气体的流量。
欲使气体流量计30的测量上限增加几倍，只需要使第二阀门32上游的压力是第二阀门32下游压力的几倍，倍数越高，可测得的范围就可以扩大得更多。煤层气井的套压(第二阀门32上游压力)一般都可以控制在0.5MPa以上，集气系统的压力(第二阀门32下游压力)一般都接近于0.1MPa，所以量程范围可以增加到5倍，如果该表在的可测量范围为日产气量500-9600标方(如天信DN80仪表)，则通过本发明的方法测量范围可以扩展为500-48000标方。即使煤层气井后期的套压降至0.2MPa，测量范围仍可扩展为500-19200标方。利用本发明的方法非常容易依据气井可能的产气量大小选择到合适量程范围的气体流量计30，即使气体流量计30的量程选得偏小，仍然可以利用本发明的方法实现较大产气量的测量，而不必采用更换气体流量计30的常规办法；
图8为一口利用本发明专利的装置及方法控制的煤层气井将近30个月的生产历史曲线，红线为产气量曲线，粉线为产水量曲线，绿线为套压曲线，蓝线为动液面曲线(距传感器的高度)，深红线为煤层底板深度线(距传感器的高度)。本井井下压力传感器安装在泵的吸入口以上5米处，煤层底板以下13米，即泵的吸入口在煤层底板以下20米处(传感器短节长度为2米)。
从曲线上可以看出，在大量产气前，通过建立套压并一直保持着较高的套压使动液面下降接近煤层。当套压达到使动液面降至煤层底板位置时开始进行放气操作，产气开始后，仍然通过保持较高套压(绿线)使动液面不高于煤层底板位置，从图上看到的是动液面曲线略低于或重合于煤层底板。随着气体的逐步产出，地层能量逐步下降，这时现场的操作是通过缓慢地降低套压以维持或提高产气量，但套压的最大降低程度仍然是以保持动液面不高于煤层底板为原则。
图8曲线显示日产气量基本维持在2-3万标准立方米量级，(这个量级的产气量在煤层气井上是较高的)，选用的气体流量计30测量范围为500-9600标准立方米/日，由于产气量达到峰值时的套压值将近0.4MPa，在这种套压条件下，使用本发明的方法，采用如图6所示的方案即通过第二阀门32控制产气量(这时第一阀门28是全开的)，则该气体流量计30的测量范围可扩展至近4万标准立方米/日，从而顺利的由一块气体流量计30实现更大的气体流量的测量。当产气量低于9600标方时，将第二阀门32全开，通过第一阀门28控制产气量，如图6所示的方案实现。
图8曲线显示稳定产气阶段的日产水量一直维持在接近在20立方米的水平上。尽管气水产量都比较高(如果产气量或产水量任何一个值较小或都较小，同等的条件下分离效果将会更好)，但这个实例在近30个月的生产时间内以胜于雄辩的事实充分说明只要遵照本发明的装置和方法进行生产，地面不采用气液分离器，完全是可以实现有效和安全生产的。与此同时，发现巡井工人到井场采用水桶以人工测量产水量的抽检方法获得的数据也验证了如图5所示的液体测量工艺技术方案获得的产水量数据是非常准确的。
上述实例中可以看出，本发明所述方法虽然简单，但是现实意义和节省的成本却是实实在在的，有着广泛的应用前景。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (12)
1.一种煤层气井排采测量装置，所述排采测量装置包括产出液测量装置和产出气测量装置，其特征在于所述排采测量装置包括底座支架(21)和控制系统，所述产出液测量装置和所述产出气测量装置安装在底座支架(21)的一端；
所述产出液测量装置包括缓冲罐(12)和U形管路；所述缓冲罐(12)设有产出液入口(11)和气体出口(19)、液体出口(20)和固体出口(15)，所述产出液入口(11)连接煤层气井的油管出口(41)；所述U形管路包括第一连接管(36)、液体流量计(14)和所述第二连接管(37)；
所述产出气测量装置包括气管线，所述气管线有气管线入口(1)和气管线出口(9)；在所述气管线入口(1)和所述气管线出口(9)之间的气流方向上依次装有套压压力计(27)、第一阀门(28)、气体流量计(30)、第二阀门(32)和系统压力计(33)；所述气体流量计的数量为一块；所述气管线入口(1)连接煤层气井的套管出口(42)；
所述控制系统包括控制箱(22)和所述控制箱(22)内的控制装置；
所述产出液测量装置、所述产出气测量装置和所述控制系统分别安装在底座支架(21)上。
2.如权利要求1所述的一种煤层气井排采测量装置，其特征在于：
所述底座支架(21)包括由两根纵梁(7)和三根横梁(8)组成的结构骨架(3)，以及固定在所述结构骨架(3)上的电缆线槽(23)、安装架(2)、支撑架(4)和两个侧支架(5)；所述控制箱(22)固定安装在所述安装架(2)上，所述安装架(2)铰接在所述纵梁(7)上；两个侧支架(5)分别垂直于安装架(2)固定连接在所述纵梁(7)上，所述产出液测量装置和所述产出气测量装置均固定在两个所述侧支架(5)上；
所述产出液测量装置和所述产出气测量装置通过布设在电缆线槽(23)中的电线和电缆与所述控制系统实现供电及电信号联接。
3.如权利要求2所述的一种煤层气井排采测量装置，其特征在于：所述安装架(2)和所述侧支架(5)分别位于所述底座支架(21)的两端，所述支撑架(4)平行于安装架(2)固定连接在两根纵梁(7)上并位于安装架(2)的外侧。
4.如权利要求2所述的一种煤层气井排采测量装置，其特征在于：横梁(8)的长度与控制箱(22)的长度相同，支撑架(4)与安装架(2)之间的距离小于所说控制箱(22)的厚度。
5.如权利要求3所述的一种煤层气井排采测量装置，其特征在于：横梁(7)上还设有支撑座(24)，电缆线槽(23)的厚度小于支撑座(24)的厚度。
6.如权利要求1所述的一种煤层气井排采测量装置，其特征在于：缓冲罐气体出口(19)位于缓冲罐(12)的顶部，排气管(13)一端与缓冲罐气体出口(19)相连接，另一端连接到水管线出口(16)，缓冲罐气体出口(19)处安装有阀门；缓冲罐入口(11)和缓冲罐液体出口(20)位于缓冲罐的侧壁上。
7.如权利要求6所述的一种煤层气井排采测量装置，其特征在于：缓冲罐入口(11)所在水平面低于缓冲罐液体出口(20)所在的水平面。
8.如权利要求6所述的一种煤层气井排采测量装置，其特征在于：所述缓冲罐(12)内设置有内胆(39)，所述内胆(39)形状为不带上圆盖的圆柱体，包括侧面和带有筛孔的底面，所述内胆(39)的上边沿焊接于缓冲罐入口(11)圆周线处，焊缝低于缓冲罐入口(11)底边的水平面，所述缓冲罐(12)与所述内胆(39)形成环隙空间；所述内胆(39)的侧面上嵌有螺旋状的管线(38)，螺旋状的管线(38)的一端与缓冲罐入口(11)相连，另一端相接于所述内胆(39)底面并与锥形体(40)腔体连通，螺旋状的管线(38)上布置有筛孔；所述内胆(39)上筛孔的大小和密度与所述螺旋状的管线(38)上筛孔的大小和密度相同，所述管线(38)上的筛孔呈螺旋状均匀分布。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述煤层气井排采测量装置进行煤层气井排采的测量方法，所述方法包括由产出液测量装置进行产出液测量和由只具有一块气体流量计的产出气测量装置进行产出气测量；其特征在于：
所述产出液测量装置和产出气测量装置均固定安装在底座支架(21)上，控制系统控制箱(22)安装在底座支架(21)上，所述控制系统采集处理数据，所述控制系统并对所述产出液测量装置和所述产出气测量装置上的测量仪表和阀门进行控制；
所述产出液测量装置测量产出液方法包括：产出液从所述产出液入口(11)进入缓冲罐(12)进行固、液、气三相的自动分离，分离除去固形物的液体进入所述U形管路，并由位于所述U形管路底部的液体流量计(14)进行计量；
所述产出气测量测量方法包括：将泵吸入口(10)安装在目标煤层底板(34)以下，吸入口距煤层底板(34)的距离不大于30米；然后通过所述控制系统控制产出气测量装置气体流量计(30)上游第一阀门(28)和下游第二阀门(32)开启度，进而调整井口套压，使动液面既不高于煤层底板(34)又不低于泵的吸入口(10)；使产出气进入产出气测量装置的气管线(35)，并由安装在气管线(35)上的气体流量计(30)进行计量。
10.如权利要求9所述的一种煤层气井排采测量方法，其特征在于：所述产出液进入缓冲罐进行固、液、气三相的自动分离后的步骤包括：当产出液从缓冲罐顶部的气体出口(19)溢出时，关闭气体出口(19)处的阀门，分离后的气体与液体一同经过缓冲罐液体出口(20)进入产出液测量装置的所述U形管路，并由液体流量计(14)进行测量；当产出液量不能从缓冲罐顶部的气体出口(19)溢出时，打开所述气体出口(19)处的阀门，分离后的气体通过气体出口(19)和排气管(13)排到产出液测量装置的测量液体出口(16)，分离后的液体经过缓冲罐液体出口(20)进入U形管路，并由液体流量计(14)进行测量；经过液体流量计(14)测量后的产出液经由产出液测量装置的测量液体出口(16)排出；分离后的固体能够通过缓冲罐的固相出口(15)排出。
11.如权利要求9所述的一种煤层气井排采测量方法，其特征在于：所述调整井口套压的步骤具体为：未开始产气的初始阶段，保持第二阀门(32)全开，关闭气管线上的第一阀门(28)使动液面既不高于煤层底板(34)但又不低于泵的吸入口(10)的位置；开始产气后，通过控制第一阀门(28)和第二阀门(32)的开启度来控制产气量和调整套压，使动液面既不高于煤层底板(34)但又不低于泵的吸入口(10)。
12.如权利要求11所述的一种煤层气井排采测量方法，其特征在于：通过控制系统控制第一阀门(28)和第二阀门(32)的开启度来调节套压的步骤包括：当煤层气井产气量较小且未超过气体流量计(30)的测量范围上限时，使第二阀门(32)保持全开，通过控制第一阀门(28)的开启度控制产气量，进而调节套压；当煤层气井产气量接近气体流量计(30)的测量范围上限时，则使第一阀门(28)保持全开，通过控制第二阀门(32)的开启度控制产气量，进而调节套压。
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