李　雷，李　軍，劉興斌，王一杉

(1.大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司　黑龍江　大慶　163412; 2.燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院　河北　秦皇島　066004; 3.大慶市匯淼石油機(jī)械設(shè)備有限公司　黑龍江　大慶　163412)

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煤層氣井生產(chǎn)測(cè)試組合儀的研制與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用*

李雷1，2，李軍1，劉興斌1，王一杉3

(1.大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司黑龍江大慶163412; 2.燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院河北秦皇島066004; 3.大慶市匯淼石油機(jī)械設(shè)備有限公司黑龍江大慶163412)

摘要:排采初期的煤層氣井產(chǎn)氣、產(chǎn)水量較低，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟的產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù)。針對(duì)該難題，開(kāi)展了產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù)攻關(guān)。首先，設(shè)計(jì)制定了集流與非集流組合測(cè)井方案，開(kāi)展了壓差法、渦輪、電導(dǎo)法等傳感技術(shù)在氣水兩相下的模擬井動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，得到了各傳感器在氣水兩相條件下的響應(yīng)規(guī)律，并研制了煤層氣井產(chǎn)出剖面組合測(cè)井儀。應(yīng)用測(cè)井儀樣機(jī)在臨汾試驗(yàn)區(qū)塊開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，成功錄取了溫度、壓力、密度、流量和含水等參數(shù)，通過(guò)對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的分析可準(zhǔn)確解釋分層產(chǎn)氣、產(chǎn)水狀況，證明產(chǎn)出剖面組合測(cè)井儀適用于排采初期煤層氣井分層測(cè)試。

關(guān)鍵詞:煤層氣;產(chǎn)出剖面;氣水兩相流

0　引言

煤層氣井產(chǎn)出剖面是煤層氣開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)管理的重要技術(shù)資料。我國(guó)煤層氣已進(jìn)入規(guī)模開(kāi)發(fā)階段，迫切需要開(kāi)發(fā)配套的測(cè)試技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)規(guī)模應(yīng)用的成熟技術(shù)。

針對(duì)臨汾現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)塊的處于排采初期的煤層氣井測(cè)試技術(shù)開(kāi)展了技術(shù)攻關(guān)，設(shè)計(jì)了集流與非集流組合測(cè)試方案。借助大慶油田模擬實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)勢(shì)條件，開(kāi)展了傳感器技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，并最終研制了基于渦輪流量計(jì)、電導(dǎo)含水率計(jì)、壓差密度計(jì)的生產(chǎn)測(cè)井組合儀，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，集流測(cè)試方案的引入使得儀器的測(cè)試精度有大幅度提高，并且可以準(zhǔn)確測(cè)量煤層氣井的分層產(chǎn)氣、產(chǎn)水量，可為煤層氣排采制度的制定提供可靠資料。

1　臨汾區(qū)塊試驗(yàn)井測(cè)試方案

調(diào)研結(jié)果顯示，處于排采初期［1］的排采井產(chǎn)氣、產(chǎn)水量都很小，井內(nèi)的排采管柱未下入至井底，大部分位于產(chǎn)層之上或產(chǎn)層的中間位置。如圖1所示，為吉×× －××井的排采示意圖，該井處于排采初期，有5#和8#兩個(gè)產(chǎn)層，排采管柱位于兩個(gè)產(chǎn)層之間，主要作用是抽排井內(nèi)的承壓水，保證井內(nèi)的動(dòng)液面保持一定高度，控制井內(nèi)的壓力，使產(chǎn)層的產(chǎn)出量保持穩(wěn)定。

圖1　煤層氣井排采初期示意圖

針對(duì)這種排采工藝的煤層氣井，設(shè)計(jì)了集流與非集流組合測(cè)井方案，即在全井先采用連續(xù)測(cè)量的方案，利用井溫儀、壓力儀和密度計(jì)組合，可以測(cè)量全井的溫度、壓力、密度連續(xù)數(shù)據(jù)，根據(jù)連續(xù)測(cè)量結(jié)果，定性地判斷兩個(gè)產(chǎn)層的產(chǎn)出狀況;隨后，在排采管柱以下的產(chǎn)層處，采用集流測(cè)試方案，通過(guò)集流器迫使流體從測(cè)井儀器內(nèi)部通過(guò)。集流的好處有兩點(diǎn)［2］:一是通過(guò)集流器使流體速度增加，這樣可提高流量的測(cè)試精度;二是提高氣液的混合均勻度。測(cè)量方式采用渦輪流量計(jì)和電導(dǎo)式持水率計(jì)組合，通過(guò)總流量和含水率兩個(gè)參數(shù)可定量解釋該層的產(chǎn)氣、產(chǎn)水量。

2　測(cè)井儀器在模擬多相流裝置的實(shí)驗(yàn)

依據(jù)組合測(cè)試方案設(shè)計(jì)了煤層氣井產(chǎn)出剖面測(cè)井組合儀如圖2所示。該儀器是由溫度、壓力、磁性定位、壓差式密度計(jì)、渦輪流量計(jì)和電導(dǎo)式持水率計(jì)共同組成。

在多相流模擬實(shí)驗(yàn)裝置上開(kāi)展了上述測(cè)試傳感器在氣水兩相下的實(shí)驗(yàn)研究［3］，實(shí)驗(yàn)中調(diào)配了不同的氣、水流量，待調(diào)配好的流體穩(wěn)定后，記錄下了不同配比氣水流量條件下的儀器響應(yīng)，儀器響應(yīng)圖版如圖3、圖4、圖5所示。

煤層氣井分層測(cè)試組合儀

圖3　渦輪流量計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4　壓差密度計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5　電導(dǎo)式持水率計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1渦輪流量計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

渦輪流量計(jì)是常用的產(chǎn)出剖面流量測(cè)試傳感器，具有量程寬、精度高的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中調(diào)配的氣流量為50m3/d、100 m3/d、200 m3/d、300 m3/d、400 m3/d和500 m3/d，水流量為1 m3/d、3 m3/d、5 m3/d、10 m3/d、15 m3/d 和20 m3/d。實(shí)驗(yàn)圖版中橫坐標(biāo)為調(diào)配的氣水總流量，縱坐標(biāo)為渦輪流量計(jì)的響應(yīng)值。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，在低液量條件下，渦輪流量計(jì)的響應(yīng)值與氣水總流量之間呈線性關(guān)系，受水流量的影響較小，因此，可以用渦輪流量計(jì)測(cè)量氣液兩相流的總流量。

2.2電導(dǎo)式持水率計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

電導(dǎo)式持水率計(jì)時(shí)通過(guò)測(cè)量流體電導(dǎo)率進(jìn)而計(jì)算出持水率的，它適用于水為連續(xù)相條件下的流體測(cè)量，因此應(yīng)用于產(chǎn)氣產(chǎn)水量較低的臨汾實(shí)驗(yàn)區(qū)塊非常合適。實(shí)驗(yàn)中，流量調(diào)節(jié)范圍5～70 m3/d，含水20％～80％。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，當(dāng)?shù)蜌饬繒r(shí)，電導(dǎo)式持水率計(jì)在氣水兩相流下具有較好的分辨率，流量越高，分辨率也越高，含水率測(cè)量下限可以達(dá)到20％;而當(dāng)高氣量時(shí)，電導(dǎo)含水率計(jì)失去分辨力。因此，可以用阻抗式含水率計(jì)測(cè)量低流量氣液兩相流的含水率。

2.3壓差式流量計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

壓差式流量計(jì)［4］的原理是利用一個(gè)壓差傳感器測(cè)量井筒內(nèi)流體兩點(diǎn)間的壓力差值，由測(cè)量的壓力梯度進(jìn)而推導(dǎo)出流體密度。試驗(yàn)中配比的固定不同的水流量3 m3/d、5 m3/d、10 m3/d、15 m3/d、20 m3/d，改變氣流量，氣流量調(diào)節(jié)范圍50～2 000 m3/d。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，壓差密度計(jì)的響應(yīng)隨著氣量的增加而單調(diào)遞減，而且各條水流量對(duì)應(yīng)的曲線基本重合，說(shuō)明在低水量的情況下，壓差流量計(jì)主要受氣流量的影響，受水量的影響很小。因此，采用差壓式密度計(jì)可以定性判斷產(chǎn)層的產(chǎn)氣狀況。

3　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及測(cè)井資料解釋

3.1測(cè)試井基本數(shù)據(jù)

2013年6月4日，在臨汾分公司吉×－××煤層氣井開(kāi)展了生產(chǎn)動(dòng)態(tài)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該井井身由7 in(1 in =25.4 mm)套管和2.5 in半油管組成，人工井底1 116.00 m，泵深993.75 m。該井包含5#和8#兩個(gè)煤層，見(jiàn)表1所示，當(dāng)日井口產(chǎn)液量為5.62 m3/d。

表1　吉×－××井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

3.2連續(xù)數(shù)據(jù)解釋結(jié)果

首先對(duì)吉××－××井測(cè)量井段進(jìn)行了連續(xù)測(cè)井，得到了溫度、壓力、密度連續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)，如圖6所示，微差井溫在產(chǎn)層處的變化能夠定性指示產(chǎn)層的產(chǎn)水狀況，壓差密度計(jì)在產(chǎn)層處的變化能夠定性指示產(chǎn)層的產(chǎn)氣狀況，具體結(jié)論如下:

1)微差井溫曲線(最左部分)在8#煤層處向右突變，表示溫度升高，說(shuō)明8#煤層產(chǎn)水。

2)密度曲線(最右部分)經(jīng)過(guò)5#煤層后出現(xiàn)臺(tái)階，響應(yīng)值增大，表示密度值增加，說(shuō)明5#煤層產(chǎn)氣。

3)密度曲線(最右部分)經(jīng)過(guò)8#煤層后出現(xiàn)臺(tái)階，密度值歸為全水值，說(shuō)明5#煤層產(chǎn)氣。

圖6　吉××－××井解釋成果圖

3.3定點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)資料解釋

連續(xù)測(cè)量后，在8#煤層上部采用集流方案進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)試:

1)渦輪數(shù)據(jù)顯示，如圖7所示，該層的總產(chǎn)量為6.1 m3/d。

2)阻抗持水率計(jì)顯示混相值為310 Hz，如圖8所示，全水值為270 Hz，如圖9所示;由此可推導(dǎo)出該層持水率為89％，依據(jù)模擬井標(biāo)定圖版可知含水率為83％。

3)與流量結(jié)果結(jié)合得出，8#煤層的產(chǎn)水量為6.1× 83％ = 5.1(m3/d)，產(chǎn)氣量為6.1×(1－83％)= 1.0(m3/d)

圖7　8#煤層流量測(cè)量曲線

圖8　8#煤層混相值測(cè)量曲線

綜合溫度壓力連續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)和點(diǎn)測(cè)數(shù)據(jù)可知:

1)產(chǎn)氣量:8#煤產(chǎn)氣量為1.0 m3/d，壓力為5.5 MPa，折算標(biāo)方為1.0×(5.5/0.1)=55.0(m3/d);5#煤層處密度的變化幅度(即出現(xiàn)的臺(tái)階)略小于8#，故判斷5#產(chǎn)氣量0.9 m3/d，壓力為4.9 MPa，故折算為標(biāo)方為0.6×(4.9/0.1)=44.1(m3/d);兩層的合產(chǎn)量為99.1 m3/d。

2)產(chǎn)水量:8#層產(chǎn)水量為5.1 m3/d;由于當(dāng)日該井井口水量為5.62 m3/d，而8#測(cè)量得到產(chǎn)水量為5.1 m3/d，故判斷5#煤產(chǎn)水量很微小，約為0.52 m3/d。

圖9　8#煤層全水值測(cè)量曲線

4　結(jié)論

1)煤層氣井處于排采初期時(shí)，產(chǎn)氣、產(chǎn)水量較小，在排采管柱位于產(chǎn)層上方的前提下，適合采用集流和非集流組合測(cè)試方案。

2)通過(guò)連續(xù)測(cè)量，壓差密度計(jì)可定性判斷液面以下各層段的的產(chǎn)氣狀況，溫度傳感器可定性判斷液面下各層段的產(chǎn)水狀況。

3)排采初期的煤層氣井管柱以下，通過(guò)定點(diǎn)集流測(cè)試，渦輪－電導(dǎo)組合測(cè)井儀能夠定量解釋產(chǎn)氣、產(chǎn)水量。

參考文獻(xiàn)

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Development and Application of Combination Instruments for CBM Wells Logging

LI Lei1，2，LI Jun1，LIU Xingbin1，WANG Yishan3
(Logging and Testing Services Company of Daqing Oilfield Co.LTD，Daqing，Heilongjiang 163453，China; 2.School of Information Science and Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei 066004，China; 3.Petroleum Machinery Equipment of Daqing Huimiao Co.LTD，Daqing，Heilongjiang 163453，CHina)

Abstract:At the early stage of coalbed gas production，the output of byproducts of gas and water are low.There is still no mature production profile logging technology.In view of the problem，the research on the well logging technology used in low production CBM wells was done.At first，one combinatorial solution of flow－concentration and non－flow－concentration measurement was designed，and the experimental study of sensors in the gas－water two－phase－flow was carried out，which include the differential pressure sensor，turbine flowmeter sensor and conduction watercut meter sensor.Finally，the combined well logging instrument was developed for the low production CBM wells.The experimental instrument was tested in the Linfen area to get the data of temperature，density，pressure，flow and water cut successfully.And the water and gas yield were deduced through the analysis of the logging data.It is proved that the combined well logging instrument can used in the profile well logging at the early stage of coalbed gas production，

Key words:coalbed methane; production profile; gas-water two-phase-flow

(收稿日期:2015－05－05編輯:韓德林)

第一作者簡(jiǎn)介:李雷，男，1980年生，碩士研究生，2007年畢業(yè)于東北石油大學(xué)電子與信息工程專業(yè)，現(xiàn)在大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司從事多相流測(cè)量傳感器的研究工作。E-mail: dlts_lil@ petrochina.com.cn

基金項(xiàng)目:中國(guó)石油天然氣股份有限公司科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(2010E－2205)資助課題

中圖法分類號(hào):TE353+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):2096－0077(2016)01－0014－04