CN105136609A - 测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿开采领域，公开了一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法及装置，以解决现有技术中对煤粉浓度检测不够准确的技术问题。该方法包括：确定所述煤层气井的煤层密度；在煤层气井的取样口获取所述煤层气井的产出液；确定所述产出液的第一密度；过滤掉所述产出液中的煤粉颗粒，获得包含阴、阳离子的溶液；确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度；基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。达到了所确定的煤粉质量百分比更加准确的技术效果。

Description

测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法及装置

技术领域

本发明涉及煤矿开采领域，尤其涉及一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法及装置。

背景技术

煤层气井的排采技术是煤层气开发非常重要的一个环节，是煤层气井产量主要影响因素之一。在煤层气井的整个排采过程都伴随煤粉的产出，一般细颗粒煤粉以悬浮液的形式被排出井筒，中、粗颗粒的煤粉过量聚集将引起机械故障(卡泵)导致频繁的检泵作业从而产生大幅度的井底压力波动而破坏气、水、煤粉流态的连续性进而影响产气潜力及煤层气井产能，所以煤粉浓度是分析煤层气井生产状态的重要指标。目前我国主要采用有杆泵、螺杆泵和电潜泵来实现油管排水、套管采气，通过控制流量的方法进行排采管理。

煤粉是在钻井工程及排采扰动作用下引起煤层失稳破坏而产生的，对于多分支水平井，排水速度过快容易冲刷水平井筒携带残留煤粉进入生产井产生卡泵，甚至引起水平井眼坍塌，中断排采过程，降低煤层气井产量。

煤层气井的排采泵，有抽油机、电潜泵和螺杆泵。这些泵都是清水泵，对煤粉浓度的承受是有限的，其中抽油机、电潜泵承受煤粉的能力较弱，能承受煤粉浓度为2％的地层液；螺杆泵的承受力较强，能承受煤粉浓度为8％的地层液。在煤层气井的排采作业中，经常发生煤粉卡泵现象，甚至导致断杆，而不得不修泵，影响了正常生产，还导致井下压力突变，影响了降压，破坏储层，故而现有技术中在煤层气井的排采作业中，需要检测煤层气井的煤粉浓度。

现有技术中，采用量杯取水样进行静置沉淀后，对沉淀物加热除水后测得沉淀物体积，依据沉淀物体积与总样品体积之比计算煤粉浓度，其至少存在以下技术问题：

(1)对煤粉浓度的测量并不准确，由于产出液中溶解的阴、阳离子加热会固化析出，也即加热除水后获取的沉淀物除包含煤粉之后还包含固化析出的阴、阳离子，故而导致煤粉体积测试结果不准确，故而也导致所测试的煤粉浓度并不准确，造成难以确定合理的排采制度。

(2)耗时较长，由于需要进行静置沉淀，然后对沉淀物进行加热除水，故而需要耗时1-2天。

发明内容

本发明提供一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法及装置，以解决现有技术中对煤粉浓度检测不够准确的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法，包括：

确定所述煤层气井的煤层密度；

在煤层气井的取样口获取所述煤层气井的产出液；

确定所述产出液的第一密度；

过滤掉所述产出液中的煤粉颗粒，获得包含阴、阳离子的溶液；

确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度；

基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。

可选的，通过以下公式计算获得所述煤粉质量百分比：

ψ＝ρ2(ρ-ρ1)/[ρ(ρ2-ρ1)]

其中，ψ表示所述煤粉质量百分比；

ρ2表示所述煤层密度；

ρ表示所述第一密度；

ρ1表示所述第二密度。

可选的，所述确定所述产出液的第一密度，具体包括：

量取所述产出液的第一体积和第一质量；

通过所述第一质量除以所述第一体积获得所述第一密度；和/或

所述确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度，具体包括：

量取所述包含阴、阳离子的溶液的第二体积和第二质量；

通过所述第二质量除以所述第二体积获得所述第二密度。

可选的，在所述基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比之后，所述方法还包括：

判断所述煤粉质量百分比是否大于预设阈值；

在所述煤粉质量百分比大于所述预设阈值时，产生报警信息。

可选的，在通过抽油机或潜没泵对所述煤层气井进行排采时，所述预设阈值为：1％；或

在通过螺杆泵对所述煤层气井进行排采时，所述预设阈值为：5％。

第二方面，本发明实施例提供一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的装置，包括：

定容量液罐，所述定容量液罐包括第一罐体和第二罐体，所述第一罐体的体积为第一体积，用于量取从煤层气井的取样口获取的所述煤层气井的产出液；所述第二罐体的体积为第二体积，用于量取对所述产出液进行过滤掉煤粉颗粒之后获得的阴、阳离子的溶液；

电子测量器，用于测量所述第一罐体中的产出液的第一质量，以及所述第二罐体中的阴、阳离子的溶液的第二质量；并基于所述第一质量、所述第一体积确定所述产出液的第一密度；基于所述第二质量、所述第二体积确定所述产出液的第二密度；

处理器，连接于所述电子测量器，用于获取所述煤层气井的煤层密度，并基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。

可选的，所述处理器具体用于通过以下公式计算获得所述煤粉质量百分比：

ψ＝ρ2(ρ-ρ1)/[ρ(ρ2-ρ1)]

其中，ψ表示所述煤粉质量百分比；

ρ2表示所述煤层密度；

ρ表示所述第一密度；

ρ1表示所述第二密度。

可选的，所述处理器还包括：

操作显示盘，用于显示所述第一体积、所述第一质量、所述第一密度、所述第二体积、所述第二质量、所述第二密度、所述煤粉质量百分比中的质量一种参数。

可选的，所述处理器，还用于:

判断所述煤粉质量百分比是否大于预设阈值；

所述装置还包括：报警器，用于在所述煤粉质量百分比大于所述预设阈值时，产生报警信息。

可选的，所述处理器，具体用于：在通过抽油机或潜没泵对所述煤层气井进行排采时，确定所述预设阈值为1％；或

在通过螺杆泵对所述煤层气井进行排采时，确定所述预设阈值为5％。

本发明有益效果如下：

由于在本发明实施例中，确定所述煤层气井的煤层密度；在煤层气井的取样口获取所述煤层气井的产出液；确定所述产出液的第一密度；过滤掉所述产出液中的煤粉颗粒，获得包含阴、阳离子的溶液；确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度；基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。也就说在确定煤粉质量百分比时，考虑到了阴、阳离子对煤粉质量百分比的影响，从而达到了所确定的煤粉质量百分比更加准确的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例第一方面的测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法的流程图；

图2为本发明实施例第二方面的测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的装置的结构图。

具体实施方式

本发明提供一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法及装置，以解决现有技术中对煤粉浓度检测不够准确的技术问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：

确定所述煤层气井的煤层密度；在煤层气井的取样口获取所述煤层气井的产出液；确定所述产出液的第一密度；过滤掉所述产出液中的煤粉颗粒，获得包含阴、阳离子的溶液；确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度；基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。也就说在确定煤粉质量百分比时，考虑到了阴、阳离子对煤粉质量百分比的影响，从而达到了所确定的煤粉质量百分比更加准确的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

第一方面，本发明实施例提供一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法，请参考图1，包括：

步骤S101：确定所述煤层气井的煤层密度；

步骤S102：在煤层气井的取样口获取所述煤层气井的产出液；

步骤S103：确定所述产出液的第一密度；

步骤S104：过滤掉所述产出液中的煤粉颗粒，获得包含阴、阳离子的溶液；

步骤S105：确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度；

步骤S106：基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。

步骤S101中，可以通过查阅煤层气勘探报告或煤层气井测井报告获得煤层密度ρ2；

步骤S102中，可以采用定容量液罐盛取煤层气井产出液，进而可以确定出产出液的体积为定容量液罐的体积V；

步骤S103中，所述确定所述产出液的第一密度，具体包括：量取所述产出液的第一体积和第一质量；通过所述第一质量除以所述第一体积获得所述第一密度；

举例来说，可以将定容量液罐放置在测量器上称重，测量器自动减去定容量液罐质量，获得产出液质量m，进而可以通过以下公式计算出第一密度ρ：ρ＝m/V；

步骤S104中，可以使用500目滤网筒过滤掉煤粉颗粒，进而获得包含阴、阳离子的溶液；

步骤S105中，所述确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度，具体包括：量取所述包含阴、阳离子的溶液的第二体积和第二质量；通过所述第二质量除以所述第二体积获得所述第二密度。

举例来说，可以测试测试滤除煤粉后的溶液的体积V1及质量m1，进而计算出第二密度ρ1＝m1/V1；

步骤S106中，可以通过以下公式计算获得所述煤粉质量百分比：

ψ＝ρ2(ρ-ρ1)/[ρ(ρ2-ρ1)]

其中，ψ表示所述煤粉质量百分比；

ρ2表示所述煤层密度；

ρ表示所述第一密度；

ρ1表示所述第二密度。

其中，在计算出煤粉质量百分比之后可以将其显示于操作显示盘。

作为进一步的优选实施例，在所述基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比之后，所述方法还包括：

判断所述煤粉质量百分比是否大于预设阈值；

在所述煤粉质量百分比大于所述预设阈值时，产生报警信息。

可选的，在通过抽油机或潜没泵对所述煤层气井进行排采时，所述预设阈值为：1％；或

在通过螺杆泵对所述煤层气井进行排采时，所述预设阈值为：5％。

第二方面，本发明实施例提供一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的装置，请参考图2，包括：

定容量液罐1，所述定容量液罐1包括第一罐体和第二罐体，所述第一罐体的体积为第一体积V，用于量取从煤层气井的取样口获取的所述煤层气井的产出液；所述第二罐体的体积为第二体积V1，用于量取对所述产出液进行过滤掉煤粉颗粒之后获得的阴、阳离子的溶液，其中，V>1.2*V1，以便滤除煤粉；其中，定容量液罐1上方有一排水平的溢流孔2，实现固定容量V。在装入溶液时，加到小孔溢流为止；

电子测量器3，用于测量所述第一罐体中的产出液的第一质量，以及所述第二罐体中的阴、阳离子的溶液的第二质量；并基于所述第一质量、所述第一体积确定所述产出液的第一密度；基于所述第二质量、所述第二体积确定所述产出液的第二密度；

处理器5，连接于所述电子测量器3，用于获取所述煤层气井的煤层密度，并基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。

可选的，所述处理器5具体用于通过以下公式计算获得所述煤粉质量百分比：

ψ＝ρ2(ρ-ρ1)/[ρ(ρ2-ρ1)]

其中，ψ表示所述煤粉质量百分比；

ρ2表示所述煤层密度；

ρ表示所述第一密度；

ρ1表示所述第二密度。

可选的，所述处理器5还包括：

操作显示盘4，用于显示所述第一体积、所述第一质量、所述第一密度、所述第二体积、所述第二质量、所述第二密度、所述煤粉质量百分比中的质量一种参数。

可选的，所述处理器5，还用于:

判断所述煤粉质量百分比是否大于预设阈值；

所述装置还包括：报警器，用于在所述煤粉质量百分比大于所述预设阈值时，产生报警信息。

可选的，所述处理器5，具体用于：在通过抽油机或潜没泵对所述煤层气井进行排采时，确定所述预设阈值为1％；或

在通过螺杆泵对所述煤层气井进行排采时，确定所述预设阈值为5％。

可选的，请继续参考图2，该装置还包括：

操作显示盘4，用于显示测量结果，并能通过按钮，实现对仪器的智能化编程设置。

为了使本领域所属技术人员对本申请的方案的优势作进一步的了解，下面将以该方案在实际过程中的应用介绍其优势。

在山西省吕梁三交区块测试了12口水平井产出液煤粉质量百分比浓度。采用螺杆泵排采，在排出液煤粉浓度小于5％时,螺杆泵可连续安全生产；当地面排液煤粉浓度在5％～8％范围时,螺杆泵工作异常，卡泵停机频率为3次/年，由此可见5％为一个报警的较为精确的数值。这些井矿化度为30g-50g/L,常规煤粉浓度测量方法误差10％-50％，影响卡泵预警指标设定。采用本方法测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度，卡泵停机频率减少为0.5次/年。

在山西省里必区块测试了8口煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度。采用抽油机排采，在排出液煤粉浓度小于1％时,抽油机可连续安全生产；当地面排液煤粉浓度在1％～2％范围时,螺杆泵工作异常，卡泵停机频率为4次/年，由此可见1％为一个报警较为精确的值。这些井矿化度为60g-120g/L,常规煤粉浓度测量方法误差40％-70％，影响卡泵预警指标设定。采用本方法测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度，卡泵停机频率减少为0.8次/年。

由此可见，基于本申请所介绍的方案，减少了卡泵事故发生，将检泵作业次数由3.6次/年降低至0.6次/年，单井正常生产天数增加40天。确保了煤层气井连续生产，促进煤层气井产能有效释放，以单井平均产气量5000m³/d计算，单井年产气量增加20万m³。

本发明一个或多个实施例，至少具有以下有益效果：

由于在本发明实施例中，确定所述煤层气井的煤层密度；在煤层气井的取样口获取所述煤层气井的产出液；确定所述产出液的第一密度；过滤掉所述产出液中的煤粉颗粒，获得包含阴、阳离子的溶液；确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度；基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。也就说在确定煤粉质量百分比时，考虑到了阴、阳离子对煤粉质量百分比的影响，从而达到了所确定的煤粉质量百分比更加准确的技术效果。

并且，该方案只需要确定出煤粉密度、第一密度和第二目的就能够确定出煤粉质量百分比，故而其操作简单，耗时较短。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的方法，其特征在于，包括：

确定所述煤层气井的煤层密度；

在所述煤层气井的取样口获取所述煤层气井的产出液；

确定所述产出液的第一密度；

过滤掉所述产出液中的煤粉颗粒，获得包含阴、阳离子的溶液；

确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度；

基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下公式计算获得所述煤粉质量百分比：

ψ＝ρ2(ρ-ρ1)/[ρ(ρ2-ρ1)]

其中，ψ表示所述煤粉质量百分比；

ρ2表示所述煤层密度；

ρ表示所述第一密度；

ρ1表示所述第二密度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述产出液的第一密度，具体包括：

量取所述产出液的第一体积和第一质量；

通过所述第一质量除以所述第一体积获得所述第一密度；和/或

所述确定所述包含阴、阳离子的溶液的第二密度，具体包括：

量取所述包含阴、阳离子的溶液的第二体积和第二质量；

通过所述第二质量除以所述第二体积获得所述第二密度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比之后，所述方法还包括：

判断所述煤粉质量百分比是否大于预设阈值；

在所述煤粉质量百分比大于所述预设阈值时，产生报警信息。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在通过抽油机或潜没泵对所述煤层气井进行排采时，所述预设阈值为：1％；或

在通过螺杆泵对所述煤层气井进行排采时，所述预设阈值为：5％。

6.一种测量煤层气井产出液煤粉质量百分比浓度的装置，其特征在于，包括：

定容量液罐，所述定容量液罐包括第一罐体和第二罐体，所述第一罐体的体积为第一体积，用于量取从煤层气井的取样口获取的所述煤层气井的产出液；所述第二罐体的体积为第二体积，用于量取对所述产出液进行过滤掉煤粉颗粒之后获得的阴、阳离子的溶液；

电子测量器，用于测量所述第一罐体中的产出液的第一质量，以及所述第二罐体中的阴、阳离子的溶液的第二质量；并基于所述第一质量、所述第一体积确定所述产出液的第一密度；基于所述第二质量、所述第二体积确定所述产出液的第二密度；

处理器，连接于所述电子测量器，用于获取所述煤层气井的煤层密度，并基于所述煤层密度、所述第一密度和所述第二密度确定所述产出液的煤粉质量百分比。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于通过以下公式计算获得所述煤粉质量百分比：

ψ＝ρ2(ρ-ρ1)/[ρ(ρ2-ρ1)]

其中，ψ表示所述煤粉质量百分比；

ρ2表示所述煤层密度；

ρ表示所述第一密度；

ρ1表示所述第二密度。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理器还包括：

操作显示盘，用于显示所述第一体积、所述第一质量、所述第一密度、所述第二体积、所述第二质量、所述第二密度、所述煤粉质量百分比中的质量一种参数。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述处理器，还用于:

判断所述煤粉质量百分比是否大于预设阈值；

所述装置还包括：报警器，用于在所述煤粉质量百分比大于所述预设阈值时，产生报警信息。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理器，具体用于：在通过抽油机或潜没泵对所述煤层气井进行排采时，确定所述预设阈值为1％；或

在通过螺杆泵对所述煤层气井进行排采时，确定所述预设阈值为5％。