CN107327395B - 一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法，属于煤层气井开发工程领域。方法包括：根据煤层气井的生产套管的内径、抽油管的外径、煤层底端至排水泵的吸入口所在平面的间距计算煤层气井的渗水空间的体积，渗水空间为煤层底端、排水泵吸入口所在平面、生产套管的内周壁以及抽油管的外周壁所围成的环状空间；根据渗水空间的体积和煤层气井的每小时渗水量计算排水泵的停机时间；根据渗水空间的体积、排水泵的每小时理论排水量和排水泵的实际排水效率计算排水泵的工作时间；按照排水泵的停机时间和排水泵的工作时间控制排水泵的工作周期。本发明节约了排水泵的能源消耗。

Description

一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法

技术领域

本发明属于煤层气井开发工程领域，特别涉及一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法。

背景技术

煤层气井即为用于抽采煤层气的地面井。在开采过程中，煤层常常会渗出大量的地下水，为了避免渗出的地下水影响煤层气的开采，通常使用举升系统驱动井下的排水泵来排出地下水。然而，在煤层气井解吸产气后，从煤层渗出的地下水会逐渐减少，使得地下水将会很快被排尽，如果此时依然让排水泵按照煤层气井解吸产气前的工作状态一直持续工作，无疑将会导致举升系统做大量的无用功，造成了资源的浪费，所以现在需要一种能够周期性的控制排水泵工作方法，以使得排水泵根据煤层气井的实际状态调整排水泵的工作周期。

发明内容

为了解决排水泵做无用功的问题，本发明实施例提供了一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法，所述方法包括：

根据煤层气井的生产套管的内径、所述抽油管的外径、所述煤层底端至所述排水泵的吸入口所在平面的间距计算所述煤层气井的渗水空间的体积，所述渗水空间为所述煤层底端、所述排水泵吸入口所在平面、所述生产套管的内周壁以及所述抽油管的外周壁所围成的环状空间；

根据所述渗水空间的体积和所述煤层气井的每小时渗水量计算所述排水泵的停机时间；

根据所述渗水空间的体积、所述排水泵的每小时理论排水量和所述排水泵的实际排水效率计算所述排水泵的工作时间；

按照所述排水泵的停机时间和所述排水泵的工作时间控制所述排水泵的工作周期。

进一步地，所述计算所述煤层气井的渗水空间的体积，包括：

采用公式计算出所述渗水空间的体积，

其中，D为所述生产套管的内径，d为所述抽油管的外径，H为所述煤层底端至所述排水泵吸入口所在平面的间距。

进一步地，所述计算所述排水泵的停机时间，包括：

采用公式计算出所述排水泵的停机时间，

其中，Q为所述煤层气井的每小时渗水量。

进一步地，所述计算所述排水泵的工作时间，包括：

采用公式计算出所述排水泵的工作时间，

其中，v为所述排水泵的每小时理论排水量，η为所述排水泵的实际排水效率，且0＜η＜1。

进一步地，所述排水泵的实际排水效率为50％。

进一步地，所述煤层气井的每小时渗水量通过液量计量仪获得。

进一步地，所述排水泵的每小时理论排水量，采用以下方式获得：

确定所述排水泵吸入口的内径、所述排水泵的冲程以及所述排水泵每小时的冲次；

采用公式v＝π×L²×n×s计算出所述排水泵的每小时理论排水量；

其中，L为所述排水泵吸入口的内壁半径、s为所述排水泵的冲程、n为所述排水泵每小时的冲次。

进一步地，所述冲程为1.5m至1.8m。

进一步地，所述冲次为1次/min至3次/min。

另一方面，本发明实施例提供了一种控制煤层气井的排水泵工作周期的装置，所述装置包括：

计算单元，用于根据煤层气井的生产套管的内径、所述抽油管的外径、所述煤层底端至所述排水泵的吸入口所在平面的间距计算所述煤层气井的渗水空间的体积，所述渗水空间为所述煤层底端、所述排水泵吸入口所在平面、所述生产套管的内周壁以及所述抽油管的外周壁所围成的环状空间；根据所述渗水空间的体积和所述煤层气井的每小时渗水量计算所述排水泵的停机时间；根据所述渗水空间的体积、所述排水泵的每小时理论排水量和所述排水泵的排水效率计算所述排水泵的工作时间；

控制单元，用于按照所述排水泵的停机时间和所述排水泵的工作时间控制所述排水泵工作。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过煤层气井的渗水空间的体积和煤层气井的每小时渗水量，计算得到排水泵的停机时间，通过渗水空间的体积、排水泵的每小时理论排水量和排水泵的实际排水效率，计算得到排水泵的工作时间。当渗水空间内的地下水涨满时，排水泵开始工作，直至渗水空间内的地下水被排尽，从排水泵开始工作到地下水被排尽的这段时间为排水泵的工作时间，地下水被排尽后，排水泵停止工作，此时地下水重新在渗水空间内积累，从排水泵停机到地下水从新涨满渗水空间的这段时间为排水泵的停机时间，当渗水空间内的地下水再次涨满时，排水泵开始工作重新开始工作，从而形成排水泵的工作周期，以达到节约举升系统能耗的目的。并且由于通过计算分别得到了排水泵的停机时间和排水泵的工作时间，所以排水泵的工作周期十分准确，井内液位始终保持在煤层底端以下，从而避免了井内液面波动影响煤层压力，保证了煤层气井内的流压稳定，进而使得煤层气井产气稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的煤层气井的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的排水泵的工作状态与液面高度的关系示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的排水泵的停机时间和每日渗水量的关系示意图；

图6是本发明实施例提供的排水泵的工作时间和渗水空间体积的关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供的一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101：根据煤层气井的生产套管的内径、抽油管的外径、煤层底端至排水泵的吸入口所在平面的间距计算煤层气井的渗水空间的体积。

图2为煤层气井的结构示意图，结合图2，渗水空间为煤层底端a、排水泵吸入口所在平面b、生产套管的内周壁c以及抽油管的外周壁d所围成的环状空间。

步骤102：根据渗水空间的体积和煤层气井的每小时渗水量计算排水泵的停机时间。

步骤103：根据渗水空间的体积、排水泵的每小时理论排水量和排水泵的实际排水效率计算排水泵的工作时间。

步骤104：按照排水泵的停机时间和排水泵的工作时间控制排水泵的工作周期。

本实施例通过煤层气井的渗水空间的体积和煤层气井的每小时渗水量，计算得到排水泵的停机时间，通过渗水空间的体积、排水泵的每小时理论排水量和排水泵的实际排水效率，计算得到排水泵的工作时间。图3为排水泵的工作状态与液面高度的关系示意图，参见图3，当渗水空间内的地下水涨满时，排水泵开始工作，直至渗水空间内的地下水被排尽，从排水泵开始工作到地下水被排尽的这段时间为排水泵的工作时间，地下水被排尽后，排水泵停止工作，此时地下水重新在渗水空间内积累，从排水泵停机到地下水从新涨满渗水空间的这段时间为排水泵的停机时间，当渗水空间内的地下水再次涨满时，排水泵开始工作重新开始工作，从而形成排水泵的工作周期，以达到节约举升系统能耗的目的。并且由于通过计算分别得到了排水泵的停机时间和排水泵的工作时间，所以排水泵的工作周期十分准确，井内液位始终保持在煤层底端以下，从而避免了井内液面波动影响煤层压力，保证了煤层气井内的流压和产气量始终稳定。

实施例二

本发明实施例提供了另一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法，该方法可以应用于长治煤层气勘探开发分公司所辖的H2-2井中，为了能够更详细的描述本发明所提供的方法，下面将通过实际的具体数值对该方法进行进一步地说明，参见图4，该方法包括：

步骤201：获取煤层气井的生产套管的内径、抽油管的外径、煤层底端至排水泵的吸入口所在平面的间距。

其中，煤层底端至排水泵的吸入口所在平面的间距，可以为煤层底端所在平面的高度与排水泵的吸入口所在平面的高度差，即786m-771.2m＝14.8m，生产套管的内径为124.26mm，抽油管的外径为73mm。

步骤202：根据煤层气井的生产套管的内径、抽油管的外径、煤层底端至排水泵的吸入口所在平面的间距计算煤层气井的渗水空间的体积。

其中，渗水空间为煤层底端、排水泵吸入口所在平面、生产套管的内周壁以及抽油管的外周壁所围成的环状空间。在口袋空间(即前文描述的渗水空间)存储效应的作用下，煤层气井的储煤层内的水会渗流至渗水空间，并在渗水空间内逐渐积累，所以该环形空间为煤层气井内的主要积水区域，因此将该环形空间作为渗水空间可以较为准确的得出煤层气井内的实际积水量。

实现时，采用公式计算出渗水空间的体积，其中D为生产套管的内径，d为抽油管的外径，H为煤层底端至排水泵吸入口所在平面的间距。具体地，将D＝124.26mm、d＝73mm、H＝14.8m带入上述公式中可得V＝0.15m³，从而得出渗水空间的体积，即当煤层气井内的地下水涨满时的积水量。

步骤203：获取煤层气井的每小时渗水量。

实现时，可以通过液量计量仪得到煤层气井的每小时渗水量，从而能够准确的得到煤层气井的每小时渗水量。在上述实现方式中，为了简化操作，液量计量仪可以为量杯和计时器，通过量杯测量渗水量，与此同时，通过计时器记录渗水时间，从而测量出单位时间内煤层气井的渗水量，具体地，该煤层气井的日渗水量为0.1m³，容易得到煤层气井的每小时渗水量为0.0042m³。

步骤204：根据渗水空间的体积和煤层气井的每小时渗水量计算排水泵的停机时间(详见图5中所示的每日渗水量和排水泵的停机时间的关系示意图)。在上述实现方式中，通过渗水空间的体积和煤层气井的每小时渗水量可以计算得出地下水积满渗水空间所需要的时间，当地下水积满渗水空间后，为了保证煤层气井的正常工作，此时就需要启动排水泵，以排出地下水，所以可以将地下水积满渗水空间所需要的时间等同于排水泵的停机时间。需要说明的是，由于随着时间的推移，渗水空间体积可能会出现一定的变化，其中最大渗水空间体积由L2表示，最小渗水空间体积由L1表示，由图5可得，当每日渗水量一定时，渗水空间体积越大，停机时间可以越长。

实现时，采用公式计算出排水泵的停机时间，其中，Q为煤层气井的每小时渗水量。具体地，将V＝0.15m³，Q＝0.0042m³/h带入上述公式中可得T1＝35.7h，即排水泵的停机时间。需要说明的是，在其他实施例中，V的具体数值可以根据实际需求进行改变，例如，限定当积水容量到达渗水空间的体积的一半时，排水泵就开始工作，那么此时V的数值为渗水空间的体积的一半，即0.075m³，本发明对此不做限制。

步骤205：确定排水泵的每小时理论排水量和排水泵的实际排水效率。

具体地，采用公式v＝π×L²×n×s计算出排水泵的每小时理论排水量，其中，L为排水泵吸入口的内壁半径、s为排水泵的冲程、n为排水泵每小时的冲次。

更具体地，1.5m≤s≤1.8m、1次/min≤n≤3次/min，从而起到限定排水泵的电机扭矩，提高举升系统稳定性的作用。

优选地，L＝38mm，s＝1.5m，n＝1。在上述实现方式中，考虑到煤层气井的每小时渗水量较小，所以限定了排水泵的冲次和冲程，以起到降低电机的扭矩，提高举升系统的稳定性的作用。

优选地，将排水泵的实际排水效率设定为50％，从而起到节约能源的作用。

步骤206：根据渗水空间的体积、排水泵的每小时理论排水量和排水泵的实际排水效率计算排水泵的工作时间(详见图6中所示的渗水空间的体积和工作时间的关系示意图)。在上述实现方式中，可以通过渗水空间的体积、排水泵的每小时理论排水量和排水泵的实际排水效率计算出排尽渗水空间内地下水的时间，当地下水被排尽后，排水泵停止工作，等待下一次的重新启动，以降低能耗，所以可以将排尽渗水空间内地下水所需的时间等同于排水泵的启动时间。

在本实施例中，当排水泵的冲程限定为1.5m，排水泵吸入口的内壁半径限定为38mm，此时工作时间与渗水空间体积的关系用L3表示；当排水泵的冲程限定为1.8m，排水泵吸入口的内壁半径限定为44mm，此时工作时间与渗水空间体积的关系用L4表示，由此可见，当渗水空间内积水体积一定时，排水泵的冲程和内壁半径越小，其排光积水所需的时间越多。

实现时，采用公式计算出排水泵的工作时间，其中，v为排水泵的每小时理论排水量，η为排水泵的实际排水效率，且0＜η＜1。具体地，将v＝0.15m³，η＝50％带入上述公式可得T2＝2h，即排水泵的工作时间。

步骤207：按照排水泵的停机时间和排水泵的工作时间得到排水泵的工作周期，通过工作周期设定排水泵的工作时间和停机时间，从而达到节约能源的作用。

将本实施例中说提供的方法应用于长治煤层气勘探开发分公司所辖的H2-2井中后，从2014年8月22日开始，排水泵严格执行工作2小时、停机35.7小时的工作周期，截止2015年6月25日，该井依然正常工作，日产气量由745-762m³提高到了1273m³，举升系统较未使用该方法时节能94.69％。

实施例三

本发明实施例提供的一种控制煤层气井的排水泵工作周期的装置，该装置包括：

计算单元，用于根据煤层气井的生产套管的内径、抽油管的外径、煤层底端至排水泵的吸入口所在平面的间距计算煤层气井的渗水空间的体积，渗水空间为煤层底端、排水泵吸入口所在平面、生产套管的内周壁以及抽油管的外周壁所围成的环状空间；根据渗水空间的体积和煤层气井的每小时渗水量计算排水泵的停机时间；根据渗水空间的体积、排水泵的每小时理论排水量和排水泵的排水效率计算排水泵的工作时间；

控制单元，用于按照排水泵的停机时间和排水泵的工作时间控制排水泵工作。

由于本实施例所提供的控制煤层气井的排水泵工作周期的装置适用于上述实施例一所述的控制煤层气井的排水泵工作周期的方法，所以该装置具有实施例一的所有有益效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制煤层气井的排水泵工作周期的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据煤层气井的生产套管的内径、抽油管的外径、煤层底端至所述排水泵的吸入口所在平面的间距计算所述煤层气井的渗水空间的体积，所述渗水空间为所述煤层底端所在的平面、所述排水泵的吸入口所在平面、所述生产套管的内周壁以及所述抽油管的外周壁所围成的环状空间；

根据所述渗水空间的体积和所述煤层气井的每小时渗水量计算所述排水泵的停机时间；

根据所述渗水空间的体积、所述排水泵的每小时理论排水量和所述排水泵的实际排水效率计算所述排水泵的工作时间；

按照所述排水泵的停机时间和所述排水泵的工作时间控制所述排水泵的工作周期。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述煤层气井的渗水空间的体积，包括：

采用公式计算出所述渗水空间的体积，

其中，D为所述生产套管的内径，d为所述抽油管的外径，H为所述煤层底端至所述排水泵吸入口所在平面的间距。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述排水泵的停机时间，包括：

采用公式计算出所述排水泵的停机时间，

其中，Q为所述煤层气井的每小时渗水量，V为所述渗水空间的体积。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述排水泵的工作时间，包括：

采用公式计算出所述排水泵的工作时间，

其中，v为所述排水泵的每小时理论排水量，η为所述排水泵的实际排水效率，且0＜η＜1，V为所述渗水空间的体积。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述排水泵的实际排水效率为50％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤层气井的每小时渗水量通过液量计量仪获得。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排水泵的每小时理论排水量，采用以下方式获得：

确定所述排水泵的吸入口的内径、所述排水泵的冲程以及所述排水泵每小时的冲次；

采用公式v＝π×L²×n×s计算出所述排水泵的每小时理论排水量；

其中，L为所述排水泵的吸入口的内径、s为所述排水泵的冲程、n为所述排水泵每小时的冲次。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冲程为1.5m至1.8m。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冲次为1次/min至3次/min。

10.一种控制煤层气井的排水泵工作周期的装置，其特征在于，所述装置包括：

计算单元，用于根据煤层气井的生产套管的内径、抽油管的外径、煤层底端至所述排水泵的吸入口所在平面的间距计算所述煤层气井的渗水空间的体积，所述渗水空间为所述煤层底端所在的平面、所述排水泵的吸入口所在平面、所述生产套管的内周壁以及所述抽油管的外周壁所围成的环状空间；根据所述渗水空间的体积和所述煤层气井的每小时渗水量计算所述排水泵的停机时间；根据所述渗水空间的体积、所述排水泵的每小时理论排水量和所述排水泵的排水效率计算所述排水泵的工作时间；

控制单元，用于按照所述排水泵的停机时间和所述排水泵的工作时间控制所述排水泵工作。