張鐵銘（中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司， 北京 100101）

精細(xì)化管理提高阜新地區(qū)煤層氣計量準(zhǔn)確率

張鐵銘（中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司， 北京 100101）

煤層氣屬于非常規(guī)油氣，對煤層氣資源的勘探評價和商業(yè)化開發(fā)起步較晚，開采工藝相對較為單一，從用于雙方貿(mào)易交接的角度出發(fā)，煤層氣計量對計量結(jié)果準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的要求較高。本文介紹了通過采取更改計量監(jiān)測位置、更換計量器具、更新計量數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法等精細(xì)化管理的手段，提高了煤層氣計量的準(zhǔn)確率。

煤層氣；計量；準(zhǔn)確率；精細(xì)化管理

煤層氣是煤層在漫長的煤化過程中產(chǎn)成的以甲烷為主的一種非常規(guī)天然氣資源，是一種生成、儲存于煤層并吸附于煤顆粒表面的氣體，俗稱煤礦瓦斯。在采煤業(yè)誕生之初人們就發(fā)現(xiàn)煤層氣，但在當(dāng)時并沒有意識到它的價值，多認(rèn)為是導(dǎo)致采煤作業(yè)不安全的因素。直到1989年，隨著研究逐步深入、開采技術(shù)日趨成熟，煤層氣開始實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)。自二十世紀(jì)八九十年代開始，經(jīng)過數(shù)十年專項研究和開采試驗，我國在煤層氣資源與區(qū)塊評價、鉆井完井、儲層保護(hù)、壓裂技術(shù)和地面工業(yè)化生產(chǎn)等方面取得了較大進(jìn)展，特別是近年高階煤煤層氣富集理論與煤層氣多分支水平井、U型井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)鉆采煤層氣資源取得了較好的效果，目前已建成鄂爾多斯東緣和沁水南部兩大生產(chǎn)基地，長城鉆探煤層氣業(yè)務(wù)所在的阜新地區(qū)就位于鄂爾多斯東緣這一主要生產(chǎn)基地。

1 煤層氣計量偏差產(chǎn)生的原因

煤層氣以游離狀態(tài)、吸附狀態(tài)和溶解狀態(tài)三種形式賦存于煤層中，而其中以吸附態(tài)存在的煤層氣是商業(yè)化產(chǎn)量的主要來源。要獲得吸附氣，首先必須使煤層氣從煤的表面解吸，然后通過煤的基質(zhì)和微孔隙進(jìn)行擴(kuò)散，最后從割理和裂縫中滲流到井底，通過大規(guī)模的排水降壓最大程度地降低井底壓力，使氣體在井底匯集，通過井筒到達(dá)地面。受鉆采技術(shù)的制約，這時井口采集到的氣體流速不穩(wěn)，且含有少量的水蒸氣、氮氣、煤粉等雜質(zhì)。

1.1 壓力的影響

受鉆采工藝的影響，煤層氣在開采過程中，井底實際壓力與設(shè)計壓力多數(shù)會存在一個偏差，當(dāng)井底壓力實際壓力大于設(shè)計壓力時，煤層氣在壓力的作用下體積被壓縮；反之，當(dāng)實際壓力小于設(shè)計壓力時，煤層氣體積膨脹。而位于井口用于計量的氣體渦輪流量計僅適用于穩(wěn)定壓力下的體積計量，因此，當(dāng)井底實際壓力發(fā)生偏差時，會造成氣體渦輪流量計的計量數(shù)據(jù)失穩(wěn)甚至失準(zhǔn)，嚴(yán)重時時，這種偏差會達(dá)到±10%以上。

1.2 溫度的影響

每種計量器具都有適宜的工作環(huán)境溫度，一般來說，氣體渦輪流量計工作環(huán)境溫度處于-25℃～55℃之間都能夠穩(wěn)定計量?？紤]到阜新地區(qū)位于我國東北部地區(qū)，冬季溫度有時會低于-25℃，處于渦輪流量計許可工作的邊緣；另一方面，有的生產(chǎn)井井底溫度較高，氣體沒有采取降溫措施便直接到達(dá)井口，這兩種極端溫度情況都會導(dǎo)致氣體渦輪流量計在計量過程中失準(zhǔn)。此外，在環(huán)境溫度處于流量計適宜工作期間之內(nèi)時，由于實際溫度和設(shè)計溫度存在偏差，煤層氣氣體體積也會隨之產(chǎn)生偏差，這也會導(dǎo)致渦輪流量計的計量結(jié)果與實際值產(chǎn)生偏差。

1.3 雜質(zhì)的影響

煤層氣鉆采過程中，由于多采取排水的方式降低井底壓力使吸附氣離開煤層表面，因此采出氣中常含有少量的水蒸氣和煤粉等雜質(zhì)。

（1）水蒸氣的影響 在煤層氣的開采過程中，由于排水采氣、水力壓裂等增產(chǎn)措施的使用，采出氣含有一定量的水分并以氣態(tài)或者液態(tài)形式與煤層氣共同流動。阜新地區(qū)煤層氣體積含水率約為0.8%，個別生產(chǎn)井的含水率高達(dá)2%，見圖1。

圖1 阜新地區(qū)L21井煤層氣及水日產(chǎn)量曲線

渦輪流量計是適用于干氣計量的器具，當(dāng)氣體中夾帶少量液體時，流量計測量不確定度會偏大，其計量結(jié)果的附加誤差會達(dá)到10%以上，嚴(yán)重影響計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（2）煤粉等固體雜質(zhì)的影響 脫離吸附狀態(tài)的煤層氣未經(jīng)除雜到達(dá)井口時，?；煊猩倭康拿悍酃腆w顆粒，在潮濕的水蒸氣環(huán)境下，雜質(zhì)會逐漸腐蝕氣體與儀表接觸的部件，降低儀表元件接觸面的光滑程度，使元件轉(zhuǎn)動阻力增大，動部件空隙減小，敏感部件的靈敏度降低，最終導(dǎo)致渦輪流量計的計量數(shù)值存在偏差。

2 精細(xì)化管理的具體措施

流量是煤層氣生產(chǎn)集輸中重要的參數(shù)之一，也是貿(mào)易結(jié)算的重要依據(jù)，流量測量值的準(zhǔn)確與否，將直接影響貿(mào)易雙方的經(jīng)濟(jì)利益。為降低煤層氣計量交接中存在的誤差，公司從精細(xì)化管理的角度出發(fā)，落實了以下幾項具體措施。

2.1 更改計量控制點

剛開采出的煤層氣未經(jīng)降溫、除水和除塵等措施，氣體中含有少量的雜質(zhì)，且溫度和流速均不穩(wěn)定，這時通過在井口位置的渦輪流量計對產(chǎn)出的煤層氣進(jìn)行計量，獲得的數(shù)據(jù)受到壓力、溫度和雜質(zhì)等因素的影響，數(shù)值是不準(zhǔn)確的。如果以此數(shù)值作為雙方交接的基準(zhǔn)可能會帶來爭議，因此，考慮將貿(mào)易交接計量的控制點設(shè)置在經(jīng)過除濕、除塵、除雜、穩(wěn)壓后輸出干氣的管線上。

2.2 更換計量器具

由于渦輪流量計適用的壓力條件有局限，煤層氣經(jīng)除濕、除雜成為干氣后加壓輸出時，渦輪流量計已經(jīng)不再適用。因此，公司嘗試逐步采用適用于更高壓力條件下工作的加氣柱替代渦輪流量計進(jìn)行計量。加氣柱實現(xiàn)流量計量功能的結(jié)構(gòu)是其內(nèi)部的科里奧利流量計，科里奧利流量計主要用來測量中高壓氣體，因此，使用加氣柱對煤層氣干氣加壓后進(jìn)行計量比采用渦流流量計更有優(yōu)勢。

2.3 更新計量統(tǒng)計方法

啟用新的煤層氣報表樣式，將之前日報表主要統(tǒng)計產(chǎn)氣量改為同時統(tǒng)計產(chǎn)氣量和含水量兩個數(shù)值。同時統(tǒng)計含水量是為了更準(zhǔn)確地預(yù)估產(chǎn)氣量，借鑒濕天然氣計量偏差修正的理念，根據(jù)歷史統(tǒng)計結(jié)果確定采用單參數(shù)或雙參數(shù)法，修正含水量對產(chǎn)氣量計量結(jié)果的影響。采取用修正后的產(chǎn)氣量值和雙方貿(mào)易交接的氣量進(jìn)行對比，監(jiān)控輸差處于合理的范圍內(nèi)，維護(hù)雙方共同的利益。

2.4 加強(qiáng)對加氣柱工作壓力的監(jiān)控

當(dāng)以加氣柱的計量數(shù)據(jù)作為交接依據(jù)時，加氣柱計量的準(zhǔn)確性就變得至關(guān)重要。加氣柱的工作條件是中高壓，為保證計量結(jié)果可靠，就需要工作人員定期檢定加氣柱，監(jiān)控測量點的干氣壓力，確保其穩(wěn)定地處于加氣柱正常工作的區(qū)間內(nèi)，這樣計量的數(shù)據(jù)才接近實際。壓力過高或壓力太低時的計量數(shù)據(jù)與實際產(chǎn)量偏離較大，如果以此結(jié)果作為依據(jù)勢必會給交接雙方中的一方帶來經(jīng)濟(jì)損失。

3 效果和結(jié)論

3.1 計量準(zhǔn)確率大幅提高

煤層氣的計量由之前使用渦輪流量計的體積法計量轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂眉託庵姆Q重法計量，煤層氣經(jīng)加氣柱分離、除雜、壓縮后，雜質(zhì)含量減少，壓力穩(wěn)定，測量誤差變小，精度達(dá)到0.5，計量數(shù)據(jù)更科學(xué)、更準(zhǔn)確。

3.2 管理效益顯著提升

采用上述精細(xì)化管理措施以來，一方面，計量器具自身性能對計量結(jié)果的影響大大降低，計量結(jié)果得到雙方的認(rèn)可，最大程度上保護(hù)了交接雙方的利益；另一方面，準(zhǔn)確的計量結(jié)果為有計劃地開采煤層氣，科學(xué)組織生產(chǎn)提供了可靠的依據(jù)。

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張鐵銘（1981- ），女，工程師，碩士，從事工程技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域質(zhì)量計量標(biāo)準(zhǔn)化工作。