煤层气井产出剖面测试技术实验研究.docx

1、方法研究煤层气井产出剖面测试技术实验研究*李军（大庆油有限责任公司测试技术服务分公司黑龙江大庆）摘要：针对煤层气井的开发特点制定了基于集流和非集流测量的实施技术方案。设计并加工压阻式流量计、过流式电容持水率计、压差流量计等实验祥机，开展了气水两相条件下的实验研究，考察了各传感器在气/水两相流条件下的响应煽律,研完出一套集流条件下的产七、产水量解释方法，证实了煤层气井产出剖面测量方法和传感技术的可行性。关键词：煤层七；产出剖面；气水两相流中图法分类号：P631.8*1文献标识码：B文章编号：1004-9134（2012）01-0055-030引言我国煤层气已进入规模开发阶段，迫切需要开发配套的测

2、试技术。煤层气井产出剖面测试是一个测试新领域，应用于油田气井测试的测试方法、测试仪器和测试工艺不能直接应用于煤层气井产出剖面测试，在仪器尺寸、测量范围、测试工艺等方面不适应煤层气井的测试要求，目前，国内外尚无规模应用的成熟技术。本文针对煤层气井的特点开展了测试方法、测试仪器的研究工作，取得了阶段性成果：制定了集流测量和非集流测最两种技术路线；开展了压阻法、电容法、涡轮流量计、差压法等产气、产水量测量方法的可行性研究和实验，形成了可行的技术方案并开发了室内实验样机。通过前期的研究工作，对煤层气井产出剖面测试技术有了深刻认识，积累了宝贵经验。1煤层气井产气产水剖面测量技术方案煤层气井是由外径分别为

3、5*in的套管和2-in的排采管柱组成。煤层气井的生产过程如图1所示。排采管柱下至所有煤层以下，其用途是抽排井内的承压水，使井内液面接近煤层或降到煤层以下，降低煤储层的压力。当储层压力达到甲烷的解析点后，煤层中的吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷进入套管内，并从套管和排采管柱之间所形成的环形空间运移至并口。煤层气井的产水量在3m3/d10m3/d,而产气量在2000m3/d以上，而旦井下产出气向上流动，水向下流动，流动状态十分复杂，给测试带来很大难度。首先，测试空间狭小、复杂，测试仪器开发难度大。在套管和油管条件下，严格地限制了测试仪器的尺寸和测量方法的选择范围，测试仪器外径只能做到28mm,同时

4、难以采用更多的工艺装置。其次，测试工作只能在油套环形空间进行，测试工艺复杂，测试仪器在油套环形空间的位置难以控制，增加了测试工作的不确定性，影响测井资料质量。第三，产水量小旦流动方向与气体相反，产水量测量的难度较大。为此，提出了两种测试方案：集流式测试方案与非集流式测试方案。套管排采管柱水流方向气流方向图1煤层气井施工工艺示意图11集流式测试方案基金项目：国家科技面大专项（课题编号：2009ZX05038-002）资助项目.第一作者简介：李军，男，1967年生，高级r程师1989年毕业于东北石油大学机械系矿机专业，现为大庆油田测试技术服务分公司监测技术研发中心主任工程师，从事生产测井研究工作.

5、邮编：163453集流式方案是指在测试前将排采管柱提至产层以上，采用集流的方式测量各产层的产量。仪器从地面偏心井口下入套管内，在设计的测点处依次进行测量，测点-般设计在产层以上2m处或相邻产层的中间。当仪器到达井内指定层位进行测危时，集流器张开，将井筒和仪器外壳之间的环形空间封闭，迫使全部流体经过仪器内部狭小通道流经传感器。这样做从两方面改善测井质量：一是使气水流动方向-致，降低r测量难度；二是集流后可将测量通道内的流速提高儿十倍，气水充分混合，减小了流态对流量和组分测量的影响司。12非集流式测试方案非集流方案是指将排水管柱推至套管一侧，测试仪器在油管和套管所形成的月牙型空间内以非集流的形式进

6、行测量。仪器从井口下入井内，在设计的测点处依次进行测髭，测点一般设计在产层以上2m处或相邻产层的中间。非集流方案的测试工艺相对简单，但测试精度较低。2煤层气井气水两相流测试传感器室内实验研究为了探索煤层气井产气产水剖面的测试问题，在大庆测试技术服务分公司模拟实验井中开展了集流型和非集流型测试方法实验研究。模拟实验井筒高13m,内径是125mm,实验介质为氮气和清水，气水两相的流量可由实验装置上的流量计精确给出。水流量在1m3/d20m3/d范围内调节，气流量在50m3/d2000m3/d范围内调节。实验中，将。28的测试仪器居中置于模拟井筒的中部，先固定某一水流韧，待水流量稳定后，按流量递增的

7、顺序调节气流量。待流量稳定后，记录仪器输出，取平均值。每一气体流量都调节完毕后，按递增的顺序调节下一水流量。对所获取的数据进行处理和分析。2.1集流型传感器1）压阻流量计压阻式流量计采用高灵敏度硅芯作为该流量计传感器的核心元件，该硅芯在受到力的作用时其电阻值随着受力的大小变化而变化，它的测量原理就是通过检测井下被测流体冲力的大小来确定流最大小的。模拟井实验结果如图2所示，图中横坐标是配比的气体流量，纵坐标是压阻式传感器的频率响应，图版中不同曲线代表不同的水流量。可见，气流量不变时，水流量越大，仪器响应值越高；水流量不变时，随气流量的增加，曲线上升平缓，气量达到1000m3/d以上，随气流量的增

8、加，曲线上升趋势加大；4条曲线的形态一致，曲线的斜率随着水流量的增加而增加。图2压阻式流计气水两相流响应图版2）过流式电容传感器电容法是目前测量生产井产液持水率的一种主要方法。过流式电容传感器的敏感元件实际是一个同轴圆柱形电容器，气、水或气水混合液是其电介质，当气与水的混合比不同，电容量也相应地改变，因此通过测量电容值经过解释可得到含水率。图3是过流式电容含水率计的响应与气流量的关系图，图中横坐标是标准气流量，纵坐标是仪器的响应值。可见，水流量不变的情况下，随着气流量的增加，仪器响应单调递增；气流量不变时，水量越高，传感器响应值越低；从曲线形态看，每条曲线都有一个线性段，水流晴越大，线性段越长

9、，说明此时气水混合均匀。当气量增加到一定程度时，曲线急剧上升，说明此时同轴电容器周围绝大部分为气体。这种现象在低水量时更加明显。图3过流电容传感器气水两相流响应图版2.2非集流型传感器非集流传感器采用的是差压式流量计。差压流量计测量气水两相流的机理主要利用一个压差传感器或两个压力探头测量井筒内流体两点间的压力差值,在摩擦阻力不大的井中测量的压力梯度正比于流体密20I2年第26卷第1期李军：煤层气井产出剖面测试技术实验研究-57二=，一一一一度，气体流量的大小直接影响到密度的变化，通过密度可计算气流量。图4是差压式流量计在气水两相流下的标定图版，图中横坐标是标准气流量，纵坐标是差压流量计的频率响

10、应，图中不同曲线代表不同的水流量。可见，仪器的响应随着气流量的增加，呈指数的形式递减；图中儿条曲线重合，说明低水员的情况下，差压流量计的响应只与气流量相关，受水流最的影响很小。60003方水55005方水.10方水500()V*X，】5方水4500k.X20方水4000WfZXI*%350030000500100015002000气流量/(m3/d)图4差压流量计气水两相流响应图版3煤层气井产气、产水量解释方法研究本节针对压阻式流量计和过流式电容含水率计的实臆数据，用Matlab软件进行了数据分析，最终能够解释出产气、产水量。以压阻流量计响应曲线为例，具体步骤如下：首先，调用polyE函数对压

11、阻流量计响应图版中的各条曲线进行迭代，得到各条曲线所对应的拟合公式；然后，设定压阻流量计的某-输出频率，将其输入到各拟合公式中，可得出各曲线所对应的气流量。各条曲线与水流量乂是一一对应的，因此乂可得出各曲线对应的水流量。以气、水流量作为参数制作二维图版，将前面得到的气、水流量点画在图版上，最终可得到压阻流51计在某一输出频率下所对应的气水流量关系曲线。对过流式电容含水率计响应图版采取相同的处理方法，可以得到过流电容传感器在某一频率值时所对应的气水流量关系曲线。将两条曲线进行相交，交点即为两种传感器在给定输出值时所对应的产气、产水员L4结论本文通过分析煤层气井的排采特点，设计了集流和非集流两套测

12、试方案，随后开展了压阻式流量计、过流电容式含水率计和差压流量计在气水两相流条件下的实验研究，得到了各类传感器在气水两相流条件下的响应规律，证明了煤层气井产出剖面测试的可行性。并提出一种压阻流量计和过流电容含水率计的组合解释方法。具体结论如下：1）集流型压阻式流量计和过流式电容含水率计的响应受气、水流量的影响，结合压阻流量计和过流式电容含水率计的响应可以解释产气、产水量；2）非集流悄况下，压差流量计的响应与气相流量呈指数关系，受水流危影响很小，可在非集流条件下解释气流量。参考文献I彭少涛，韦书铭，郭大立，等.新酬油田煤层气井排采技术初探J.油气井测试，2008,17（4）刘兴斌.井下油/水两相流测眼.哈尔滨工业大学博士学位论文，1996（资料）31钟兴福，吴应湘，田树祥，等.用涡轮流域计测居多相流流量仪器仪表学报、2002,23（I）4庄海军.-种测欣油井产液含水率的电容式传感器J.传感器技术，】997,16（2）51郭海敏.生产测井导论M,北京：石油工业出版社，2003（收稿日期：2011-07-08编辑：昊婷）石油仪器广告征求函石油仪器现已成为石油、地质、化工、计算机和工业自动化等行业获取领先科技信息的桥梁，了解仪器仪表装备动态和市场的窗口，是用户选购仪器仪表的向