CN104453981A - 一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测系统及方法，属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统及方法。包括：井下监测子系统和地面监测子系统，所述井下监测子系统包括：电缆，井下压力计；所述地面监测子系统包括：井口压力变送器、气体浓度监测仪、气体流量计、主控制器。因此，本发明具有如下优点：1.能更加准确的获取单口抽采井的参数数据；2.能动态实时监测抽采井与井下工作面的回采进度间的关系，从而能够完全掌握采动区井瓦斯抽采参数的变化规律，为煤矿煤炭开采及瓦斯抽采的管理提供真实的信息；3.能为为煤矿区煤层气抽采井的产能预测技术提供基础数据。

Description

一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种监测系统及方法，属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统及方法。

背景技术

目前，采动区煤层气井已成为我国煤矿区瓦斯抽采的主要方式之一。

现有技术中，对采动区抽采井的参数获取主要通过地面抽放泵站集中管理的模式，即在瓦斯抽采的总管路末端建设一个集气站，对总管路的瓦斯进行集中处理，尚不能比较准确的获取单口抽采井的参数数据，不能很好的反应单井的抽采参数的变化。

此外，由于技术和成本等条件的限制，现有技术中还不存在过对抽采单井井下和地面抽采参数进行综合监测的技术，对采动区井的抽采参数与井下工作面的回采进度间的关系还不能进行动态实时的监测，因此不能完全掌握采动区井瓦斯抽采参数的变化规律，难以为煤矿煤炭开采及瓦斯抽采的管理提供真实的信息，同时也难以为煤矿区煤层气抽采井的产能预测技术提供基础数据。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的单口抽采井的参数数据获取不准确并且不全面以及难以获取采动区井瓦斯抽采参数的变化规律等技术问题，提供了一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统及方法，采用该系统及方法，不仅能更加准确的获取单口抽采井的参数数据，还能动态实时监测抽采井与井下工作面的回采进度间的关系，从而能够完全掌握采动区井瓦斯抽采参数的变化规律，为煤矿煤炭开采及瓦斯抽采的管理提供真实的信 息，同时还能为煤矿区煤层气抽采井的产能预测技术提供基础数据。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，包括：井下监测子系统和地面监测子系统，其中：

所述井下监测子系统包括：井下压力计，连接井下压力计和地面监测子系统的电缆；

所述地面监测子系统包括：与抽采管路相连的测试旁路，位于测试旁路内的气体流量计、压力变送器和气体浓度仪，主控机柜，所述抽采管路与测试旁路相连的的两个连接点之间的部分设置有闸阀；

所述电缆、气体流量计、压力变送器、气体浓度仪分别与主控机柜中的主控制器相连，所述主控制器通过无线网络与远端管理系统相连。

优化的，上述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，所述测试旁路的进口和出口分别通过安装在抽采管路上的等径三通与抽采管路相连。

优化的，上述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，所述主控制器包括：采集与传输控制器，和采集与传输控制器相连的无线通信模块以及仪表采样模块，其中：所述仪表采样模块用于接收地面和井下子系统的测试数据，所述采集与传输控制器处理仪表采样模采集到的测试数据，并将所述测试数据通过无线通信模块传给远端管理系统。

优化的，上述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，还包括：与主控机柜相连的蓄电池组，太阳能电板，太阳能稳压控制器，所述太阳能稳压控制器与太阳能电板相连并控制太阳能电板产生的电压，为甲烷浓度仪。

优化的，上述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，所述压力变送器包括用于监测管路抽采负压变化的第一压力变送器和用于监测抽采前 套管瓦斯压力变化的第二压力变送器，两种压力变送器的功能是一样的，是因为抽采负压的变化量程大，为能够都测量的到，并且保证监测的精度，所以选择了两个量程的压力变送器同时安装其中，所述第一压力变送器的量程为-100-0Kpa，所述第二压力变送器的量程为0-1Mpa。

一种煤矿采动区煤层气井参数监测方法，，包括以下步骤：

准备步骤，在采动区煤层气井井口抽采管路旁，由矿方建立一个长5m，宽2.5m，高3.5m的监测平台，然后将地面监测子系统和井下监测子系统安装并调试；

测试步骤，分别测量地面监测数据和井下监测数据，其中：地面监测数据包括：抽采套压、抽采量和抽采浓度，井下监测数据包括：井底流压和井底温度；

分析步骤，根据实际的监测数据和井下工作面的回采进度，分析各项监测数据在井下工作面回采过程中的变化规律；

结束步骤，拆下测试旁路，并用实心法兰盘将原抽采管路与测试旁路的连接口封堵。

优化的，上述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测方法，所述准备子步骤包括以下步骤：

井上系统准备子步骤，由矿方建立一个长5m，宽2.5m，高3.5m的监测平台，将地面测试子系统的各个监测仪器安装到测试旁路上，并将数据传输线接入主控制器进行安装和调试；

井下系统准备子步骤，将井下压力计和电缆进行连接，连接完毕后，使用监测仪器监测是否有断路，监测正常后通过电缆将压力计下至目标层位，并在井口做好电缆的固定工作，将电缆连接至地面主控器，待所有设备都运行正常后，进行参数测试工作。

优化的，上述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测方法，所述测试步骤进一步包括：

井下参数测试子步骤，井下压力计中的液压传感器将将井下压力和井下温度的数据通过井下的电缆传送至地面的控制器中；

井上参数测试子步骤，向抽采管路中提供持续的负压，将井下的瓦斯抽采至地面并通过管路汇集到瓦斯集气站，关闭抽采管路上的闸阀从而将瓦斯引入测试旁路，通过测试旁路上安装的气体流量计、压力变送器，气体浓度仪测量抽采套压、抽采量和抽采浓度。

优化的，上述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测方法，所述分析步骤，进一步包括：

抽采量分析子步骤，分析抽采量随工作面回采过程中的变化规律，得出气井开始产气时、抽采量处于最大值时和抽采量变为稳定值时，分析井下工作面与钻井之间的相对位置关系；

抽采浓度分析子步骤，分析抽采浓度随工作面回采过程中的变化规律，得出气井开始产气时、抽采浓度处于最大值时和抽采浓度变为稳定值时，分析井下工作面与钻井之间的相对位置关系；

抽采井产能预测分析子步骤，以抽采量和抽采浓度的分析为基础，结合工作面的地质资料和井下回采资料，对气井的甲烷抽采量使用煤层气产能模拟软件进行产量的历史拟合，从而研究产气煤层的渗透率变化规律，为煤矿区煤层气产能预测技术提供技术研究，同时根据拟合结果预测本工作面其他抽采井的产能或者在相似地质条件下的其他工作面的抽采井的产能。

因此，本发明具有如下优点：1.能更加准确的获取单口抽采井的参数数据；2.能动态实时监测抽采井与井下工作面的回采进度间的关系，从而 能够完全掌握采动区井瓦斯抽采参数的变化规律，为煤矿煤炭开采及瓦斯抽采的管理提供真实的信息；3.能为为煤矿区煤层气抽采井的产能预测技术提供基础数据。

附图说明

附图1是本发明的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，支架1，测试平台2，测试旁路3，等径三通4，法兰5，闸阀6，压力计7，电缆8，压力变送器9，甲烷浓度仪10，气体流量计11，主控制柜12，太阳能电池板13。

实施例：

如图1所示，一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，包括：井下监测子系统和地面监测子系统。

其中：井下监测子系统包括：井下压力计7，电缆8。井下压力计7类型为数字电子压力计，电缆8的具体长度根据不同的井深制定不同的方案。

地面监测子系统包括：压力变送器9、气体浓度仪10、气体流量计11和主控机柜12。其中：气体浓度仪10为甲烷浓度仪，气体流量计11为涡轮式的计量表。

压力变送器9、气体浓度仪10、气体流量计11位于和抽采管路相连的测试旁路3内，位于测试旁路3上。测试旁路3的进口和出口分别通过安装在抽采管路上的等径三通4与抽采管路相连。在两个等径三通4之间的抽采管路上设置有闸阀6；电缆8、气体流量计11、压力变送器9、气体浓度仪10分别与主控机柜12中的主控制器相连，主控制器通过无线网络与远端管理系统相连。

由于抽采压力的变化范围大，为了监测各种范围的压力，并使监测精度更高，因此，压力变送器9包括用于检测管路抽采负压变化的量程为-100-0Kpa的第一压力变送器和量程为0-1Mpa的第二压力变送器。

为了保障电源供给，本系统的电源有，蓄电池组，太阳能电池板13，所有电源均与主控机柜12相连，并由主控机柜12内的主控制器控制电源供给。为了保障太阳能电源电太的稳定，还设有与太阳能电池板13相连的太阳能稳压控制器。

本实施例还包括通过支架1安装在地板上的测试平台2，主控制柜12安装于测试平台2上。

本实施例的主控制器包括：采集与传输控制器，和采集与传输控制器相连的无线通信模块以及仪表采样模块，其中：仪表采样模块用于接收地面和井下子系统的测试数据，采集与传输控制器处理仪表采样模采集到的测试数据，并将测试数据通过无线通信模块传给远端管理系统。

本实施例将测试原件安装在旁路从而使得测试原件及旁路可以多次使用。当一次测试工作完成后，取下旁路，进而用于测试其他采动区井。在测试期间将闸阀6关闭，结束测试后打开闸阀6，拆下测试旁路，并在法兰4处安装实心法兰盘，封堵抽采气体。

采用上述结构后，利用本系统进行煤矿采动区煤层气井参数监测方法包括以下步骤：准备步骤，测试步骤，分析步骤。

其中：准备步骤用于将地面监测子系统和井下监测子系统安装置矿方并调试，具体包括：

地面系统准备子步骤，由矿方建立一个长5m，宽2.5m，高3.5m的监测平台，将地面测试子系统的各个监测仪器安装到测试旁路上，并将的数据传输线接入主控制器进行安装和调试；

井下系统准备子步骤，将井下压力计和电缆进行连接，连接完毕后，使用监测仪器监测是否有断路，监测正常后通过电缆将压力计下至目标层位，并在井口做好电缆的固定工作，将电缆连接至地面主控器，待所有设备都运行正常后，进行参数测试工作。

测试步骤，主要用于分别测量地面监测数据和井下监测数据，具体包括：

井下参数测试子步骤，井下压力计中的液压传感器将将井下压力和井下温度的数据通过井下的电缆传送至地面的控制器中；

井上参数测试子步骤，向抽采管路中提供持续的负压，将井下的瓦斯抽采至地面并通过管路汇集到瓦斯集气站，关闭抽采管路上的闸阀从而将瓦斯引入测试旁路，通过测试旁路上安装的气体流量计、压力变送器，气体浓度仪测量抽采套压、抽采量和抽采浓度。

分析步骤，主要用于根据测试步骤得到的数据对抽采浓度、抽采量以及抽采浓度和抽采量之间的关系进行分析，具体包括：

抽采量分析子步骤，分析抽采量随工作面回采过程中的变化规律，得出气井开始产气时、抽采量处于最大值时和抽采量变为稳定值时，分析井下工作面与钻井之间的相对位置关系；

抽采浓度分析子步骤，分析抽采浓度随工作面回采过程中的变化规律，得出气井开始产气时、抽采浓度处于最大值时和抽采浓度变为稳定值时，分析井下工作面与钻井之间的相对位置关系；

抽采井产能预测分析子步骤，以抽采量和抽采浓度的分析为基础，结合工作面的地质资料和井下回采资料，对气井的甲烷抽采量使用煤层气产能模拟软件进行产量的历史拟合，从而研究产气煤层的渗透率变化规律，为煤矿区煤层气产能预测技术提供技术研究，同时根据拟合结果预测本工 作面其他抽采井的产能或者在相似地质条件下的其他工作面的抽采井的产能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了支架1，测试平台2，测试旁路3，等径三通4，法兰5，闸阀6，压力计7，电缆8，压力变送器9，甲烷浓度仪10，气体流量计11，主控制柜12，太阳能电池板13等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，包括：井下监测子系统和地面监测子系统，其特征在于，

所述井下监测子系统包括：井下压力计(7)，连接井下压力计(7)和地面监测子系统的电缆(8)；

所述地面监测子系统包括：与抽采管路相连的测试旁路(3)，位于测试旁路(3)内的气体流量计(11)、压力变送器(9)和气体浓度仪(10)，主控机柜(12)，所述抽采管路与测试旁路(3)相连的两个连接点之间的部分设置有闸阀(6)；

所述电缆(8)、气体流量计(11)、压力变送器(9)、气体浓度仪(10)分别与主控机柜(12)中的主控制器相连，所述主控制器通过无线网络与远端管理系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，其特征在于，所述测试旁路(3)的进口和出口分别通过安装在抽采管路上的等径三通(4)与抽采管路相连。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，其特征在于，所述主控制器包括：采集与传输控制器，和采集与传输控制器相连的无线通信模块以及仪表采样模块，其中：所述仪表采样模块用于接收地面和井下子系统的测试数据，所述采集与传输控制器处理仪表采样模采集到的测试数据，并将所述测试数据通过无线通信模块传给远端管理系统。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，其特征在于，还包括：与主控机柜(12)相连的蓄电池组，太阳能电板，太阳能稳压控制器，所述太阳能稳压控制器与太阳能电板相连并控制太阳能电板产生的电压，并在充电模式下以稳定的电压给蓄电池充电。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，其特征在于，所述气体浓度仪(10)为甲烷浓度仪。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测系统，其特征在于，所述压力变送器(9)包括用于监测管路抽采负压变化的第一压力变送器和用于监测抽采前套管瓦斯压力变化的第二压力变送器，其中，所述第一压力变送器的量程为-100-0Kpa，所述第二压力变送器的量程为0-1Mpa。

7.一种煤矿采动区煤层气井参数监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

准备步骤，在采动区煤层气井井口抽采管路旁，由矿方建立一个监测平台，然后将地面监测子系统和井下监测子系统安装并调试；

测试步骤，分别测量地面监测数据和井下监测数据，其中：地面监测数据包括：抽采套压、抽采量和抽采浓度，井下监测数据包括：井底流压和井底温度；

分析步骤，根据实际的监测数据和井下工作面的回采进度，分析各项监测数据在井下工作面回采过程中的变化规律；

结束步骤，拆下测试旁路，并用实心法兰盘将原抽采管路与测试旁路的连接口封堵。

8.根据权利要求7所述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测方法，其特征在于，所述准备子步骤包括以下步骤：

井上系统准备子步骤，由矿方建立一个监测平台，将地面测试子系统的各个监测仪器安装到测试旁路上，并将数据传输线接入主控制器进行安装和调试；

井下系统准备子步骤，将井下压力计和电缆进行连接，连接完毕后，使用监测仪器监测是否有断路，监测正常后通过电缆将压力计下至目标层位，并在井口做好电缆的固定工作，将电缆连接至地面主控器，待所有设备都运行正常后，进行参数测试工作。

9.根据权利要求7所述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测方法，其特征在于，所述测试步骤进一步包括：

井下参数测试子步骤，井下压力计中的液压传感器将将井下压力和井下温度的数据通过井下的电缆传送至地面的控制器中；

井上参数测试子步骤，向抽采管路中提供持续的负压，将井下的瓦斯抽采至地面并通过管路汇集到瓦斯集气站，关闭抽采管路上的闸阀6从而将瓦斯引入测试旁路，通过测试旁路上安装的气体流量计、压力变送器，气体浓度仪测量抽采套压、抽采量和抽采浓度。

10.根据权利要求7所述的一种煤矿采动区煤层气井参数监测方法，其特征在于，所述分析步骤，进一步包括：

抽采量分析子步骤，分析抽采量随工作面回采过程中的变化规律，得出气井开始产气时、抽采量处于最大值时和抽采量变为稳定值时，分析井下工作面与钻井之间的相对位置关系；

抽采浓度分析子步骤，分析抽采浓度随工作面回采过程中的变化规律，得出气井开始产气时、抽采浓度处于最大值时和抽采浓度变为稳定值时，分析井下工作面与钻井之间的相对位置关系；

抽采井产能预测分析子步骤，以抽采量和抽采浓度的分析为基础，结合工作面的地质资料和井下回采资料，对气井的甲烷抽采量使用煤层气产能模拟软件进行产量的历史拟合，从而研究产气煤层的渗透率变化规律，为煤矿区煤层气产能预测技术提供技术研究，同时根据拟合结果预测本工作面其他抽采井的产能或者在相似地质条件下的其他工作面的抽采井的产能。