CN102191933B - 一种煤层气井产出气测量控制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤层气井产出气测量控制工艺，所述工艺为将泵的吸入口安装在目标煤层底板下方，吸入口距煤层底板的距离不大于30米；控制阀门的开启度调整井口套压；在煤层气井地面产出气的通道上设置产出气测量装置；在气管线上安装气体流量计。本发明所述工艺实现了对产气量的测量，简化了井场的现场设备，简化了操作，节省了成本，通过对套压的控制和利用实现了由一块气体流量计进行全井流量范围的测量。

Description

一种煤层气井产出气测量控制工艺

技术领域

本发明涉及一种测量控制工艺，具体讲涉及一种煤层气井产出气测量控制工艺。

背景技术

尽管人们已经实现了对煤层气井产出气体量的测量，但是存在诸多问题。

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”的发明公开了一种装置，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。

综合上述问题，人们很容易发现目前的煤层气井产出气测量控制系统和工艺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，或控制困难等等问题，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产出气测量控制工艺，本发明不仅实现了对产气量的测量，还简化了井场的现场设备，简化了操作，节省了成本，通过对套压的控制和利用实现了仅由一块气体流量计进行全井流量范围的测量。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种煤层气井产出气测量控制工艺，其改进之处在于：利用产出气测量装置对产出气进行测量，所述产出气测量装置包括气管线，所述气管线具有气管线入口和气管线出口；在气管线入口和气管线出口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、第一阀门、气体流量计、第二阀门和用于测量第二阀门下游压力的系统压力计；所述产出气测量装置仅仅使用一块气体流量计进行气体流量的测量并且在测量的同时可对井口套压进行控制；所述煤层气井产出气测量控制工艺具体包括：在安装生产管柱时，通过油管或油管短节的调整将泵的吸入口安装在目标煤层底板以下，所述吸入口距煤层底板的距离不大于30米；开始生产后通过控制靠近气管线入口的第一阀门和靠近气管线出口的第二阀门的开启度，进而调整井口套压，使井口套压保持在一定范围内，以便使得动液面处于不高于煤层底板但又不低于泵的吸入口的位置；从煤层气井环空排出的产出气进入产出气测量装置，并由安装在气管线上的气体流量计进行测量。

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，保持靠近气管线出口第二阀门全开，关闭气管线上的靠近气管线入口的第一阀门进行憋压，以使动液面处于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时，在此过程中，需要通过控制靠近气管线入口的第一阀门和靠近气管线出口的第二阀门的开启度来控制产气量，从而调节套压，使得动液面处于不高于煤层底板但又不低于泵的吸入口的位置。

本发明提供的又一优选技术方案为：通过控制靠近气管线入口的第一阀门和靠近气管线出口的第二阀门的开启度来调节套压的步骤具体为：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，使靠近气管线出口的第二阀门保持全开，通过控制靠近气管线入口的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范围时，则使靠近气管线入口的第一阀门保持全开，通过控制靠近气管线出口的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液气分离器对产出水中的气体进行分离，节省了成本。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，从而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可测量范围，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。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是煤层气井产出气测量装置的气管线图

图2是煤层气井生产管柱和地面设备及工艺示意图

附图标记：

1-气管线入口，2-套压压力计，3-第一阀门，4-流量计前直管段，5-气体流量计，6-流量计后直管段，7-第二阀门，8-系统压力计，9-气管线出口，10-气管线，11-出水管，12-出气管，13-地表面，14-套管，15-油管，16-抽油杆，17-煤层，18-煤层底板，19-泵，20-井下压力传感器，21-泵的吸入口。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

图1示出了本发明的产出气测量装置，其包括气管线，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2、第一阀门3、气体流量计5、第二阀门7和用于测量第二阀门7下游压力的系统压力计8；所述气体测量装置仅仅使用一块气体流量计5，而不需使用另外其他的气体流量计。气管线入口1连接煤层气井的出气管(图2所示的出气管12)，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5并且不需使用气液分离器即可完成气体流量的测量，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5来完成各种气体流量的测量，主要是通过两个方面实现的(参看图2)：

一是通过调整生产管柱中泵吸入口21的安装位置使产出水中的含气量最少化，从而没有必要在井场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19的吸入口21安装在目标煤层底板18以下，吸入口距煤层底板18的距离不大于30米，这样当煤层气和水从目标煤层17中产出时，由于气体的密度小于液体的密度，进入井筒套管14和油管15组成的环隙空间(以下简称“环空”)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以下的泵的吸入口21才能进入到油管15中，即液体在进入泵19以前，气液就会进行充分的分离，从而使得进入泵19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18的位置(但不得使动液面低于泵19的吸入口21)，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环空中的动力学作用，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环空中的运行距离，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工艺进行详细说明。

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7全开，关闭气管线上的第一阀门3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18为宜(但不得使动液面低于泵的吸入口21)。当动液面达到不高于煤层底板18的条件时，打开第一阀门3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，当产气量接近气体流量计5的测量范围上限时，这时需要保持第一阀门3全开，通过控制系统控制第二阀门7的开启度来控制产气量和调节套压，使得动液面不高于煤层底板18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7保持全开，通过控制第一阀门3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3保持全开，通过控制第二阀门7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5的测量上限增加几倍，只需要使第二阀门7上游的压力是第二阀门7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7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7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5，即使气体流量计选得偏小，仍然可以利用本发明的方法实现产气量的测量，而不必采用更换气体流量计5的常规办法。

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 (3)

1.一种煤层气井产出气测量控制工艺，利用产出气测量装置对产出气进行测量，其特征在于，所述产出气测量装置包括气管线，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(2)、第一阀门(3)、气体流量计(5)、第二阀门(7)和用于测量第二阀门下游压力的系统压力计(8)；所述产出气测量装置仅仅使用一块气体流量计(5)进行气体流量的测量并且在测量的同时可对井口套压进行控制；所述煤层气井产出气测量控制工艺具体包括：

在安装生产管柱时，通过油管或油管短节的调整将泵的吸入口(21)安装在目标煤层底板(18)以下，所述吸入口距煤层底板(18)的距离不大于30米；开始生产后通过控制第一阀门(3)和第二阀门(7)的开启度，进而调整井口套压，使井口套压保持在一定范围内，以便使得动液面处于不高于煤层底板(18)但又不低于泵的吸入口(21)的位置；从煤层气井环空排出的产出气进入产出气测量装置，并由安装在气管线上的气体流量计(5)进行测量。

2.如权利要求1所述的煤层气井产出气测量控制工艺，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，完全保持第二阀门(7)全开，关闭气管线上的第一阀门(3)进行憋压，以使动液面处于不高于煤层底板(18)但又不低于泵的吸入口(21)的位置；当动液面达到不高于煤层底板(18)的条件而开始产气时，在此过程中，需要通过控制第一阀门(3)和第二阀门(7)的开启度来控制产气量，从而调节套压，使得动液面处于不高于煤层底板(18)但又不低于泵的吸入口(21)的位置。

3.如权利要求2所述的煤层气井产出气测量控制工艺，其特征在于：通过控制第一阀门(3)和第二阀门(7)的开启度来调节套压的步骤具体为：当煤层气井产气量较小且未超过气体流量计(5)的测量范围上限时，使第二阀门(7)保持全开，通过控制第一阀门(3)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(5)的测量范围上限范围时，则使第一阀门(3)保持全开，通过控制第二阀门(7)的开启度控制产气量，进而调节套压。

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