刘国伟，陈秀萍，刘元新，孟凡华，王 旭,蒲 攀

(1. 华北油田山西煤层气勘探开发分公司，山西 048000；2. 华北油田公司勘探开发研究院，河北 062552)

提高煤层气井动液面精度方法探讨

刘国伟1，陈秀萍1，刘元新1，孟凡华2，王 旭1,蒲 攀1

(1. 华北油田山西煤层气勘探开发分公司，山西 048000；2. 华北油田公司勘探开发研究院，河北 062552)

精确的动液面数据是煤层气井定量化排采管控的关键生产参数，动液面的高低严重影响单井的产气效果。本文从分析动液面现场测试、动液面数据的计算、音速值的设定三个方面，详细论述了其对煤层气井动液面精度的影响，并根据煤层气井液面浅、要求精度高、连续监测的特点，提出了一套适合煤层气井现场要求的测试计量方法和音速值的选定，提高动液面测试的精度，为煤层气井定量排采控制提供保障。

煤层气井 动液面 现场测试 定量排采控制

1 煤层气井动液面测试工作原理及测试方法

1.1 煤层气井动液面测试工作原理

目前国内煤层气井动液面测量主要有两种方式：一种是安装井下电子压力计；另一种是利用回声测试仪。煤层气评价井、水平井及少量的开发井安装有井下电子压力计，大多数开发井均采用回声测试仪测试液面。基本原理：安装在井口上的测试仪器发出超声波，超声波沿油、套环形空间向井底传播，遇到回音标、油管接箍和液面等发生反射。反射波传到井口被微音器所接收，并将反射脉冲转化成电信号，电信号经放大、转换、运算和存储等处理，测出声波传播速度和反射时间，即可测出声源与反射物之间距离(见图1)。

图1 回声测试工作原理图

1.2 煤层气井动液面测试方法

回声测试仪测试方法有两种，分别是接箍法和音标法，目前国内各煤层气区块普遍使用的是音标法。

回音标是套接在油管上的柱状短节，其直径大于油管，遮住油套环形空间间隙的50%～70%，长度为0.3～0.5m，用它来阻碍声音的直线传播，使声音返回到井口(如图2所示)。

假定油、套管环形空间传播速度为一恒定值，回音标位置深度越接近实际液面，计算精度就越高，其计算公式为：

De=Ds(Le/Ls)

图2 回音标法工作原理图

式中：De——液面深度(m);

Ds——音标下入深度(m);

Ls——自井口波峰至音标间测量其曲线上的距离;

Le——自井口波峰至液面波峰间测量曲线上的距离。

2 影响动液面计量精度因素分析

2.1 脉冲信号强弱对动液面测试计量精度的影响

连接井口连接器的氮气瓶内压力的不同对连接器内发出的声音脉冲信号影响较大，致使音标在测试曲线显示的形态各不相同(如图3)，为消除其对动液面计量精度的影响，建议氮气瓶内的压力≥2.5MPa。

图3 不同氮气瓶压力下的测试曲线

2.2 回音标位置对动液面测试计量精度的影响

煤层气井回音标位置下入的深度普遍较浅，一般在几十米至二百米左右，当液面较深时，计算精度无法保证。理想的回音标位置应该在动液面深度的9/10，一般情况下应保证在2/3处，由于煤层气井动液面随排采时间的延长，动液面位置不断变化，导致音标位置与液面位置差距越来越大，为解决这一问题，提高液面测试计量精度，建议每间隔200～250m下入一个回音标的方法，以保证回音标位置与动液面深度差别小于250m。如在沁水盆地樊庄区块华蒲x-1井，下入2个回音标，深度分别为295.27m和654.3m，实际液面深度723.5m，但根据音标1计算液面深度为729.1m，误差5.6m，根据音标2计算液面深度为724.4m，误差0.9m(如图4)。

图4 双回音标液面波波形

2.3 回音标尺寸长短对动液面测试计量精度的影响

回音标的尺寸不同会导致其在测试曲线上的显示波形形态不同(如图5、6)，为使读取动液面时明显看出回音标波形，建议采用统一尺寸且较长的回音标。

图5 短尺寸回音标波形

图6 长尺寸回音标波形

2.4 音速值的设定对动液面测试计量精度的影响

声音的传播需要介质，声音的传播速度与介质的密度密切相关。空气在0℃时，声音的传播速度为331.5m/s，在15℃时，声音的速度为340.5m/s。煤层气的主要成分是甲烷，甲烷在不同温度、压力下的音速变化如表1所示(仅选取煤层气井常规温度和压力)。

由表1可以看出，同等温度下音速随压力的增大而减小；同等压力下，音速随温度的增大而增大。

由于煤层气井未解吸前井筒内为空气，解吸后受套压压力的影响井筒内CH4和空气的比例不同使得实际音速值不断发生变化；同时由于同一区块

表1 甲烷在不同压力、温度下的音速值

煤层埋深深度变化相对不大，井筒内的温度受地表温度变化影响不大。为获得合理的音速表，在郑庄区块选取2个试验井组20口井，同时安装压力计和回音标，通过音标法和压力反算深度来计算这些井的音速值，通过大量试验数据，确定了煤层气井在不同条件下声波的音速值(如表2)。

表2 不同套压下煤层气井音速值

4 现场应用

测试数据分析软件利用恒定音速原理，完善测试数据软件自动计算出井内音速，自动计算液面深度，彻底消除了人为计算过程中所产生的误差。通过100多井次的数据验证，该方法计算的液面重复精度误差<1m。

但对于多层合采井，当液面在上部第一套煤层射孔段以下的煤层气井，如果产层出水量较大，将造成声波无法向深部继续传播，形成假液面波。对于这种井况，目前采用的声波式测井仪已经不能很好提供准确的液面深度信息，需要选择其它方法。

[1] 王国栋.动液面测试干扰因素分析[J].山东工业技术，2013(10):76.

[2] 王化平.提高深井动液面测试成功率方法探讨[J].内蒙古石油化工，2013(9):74-75.

[3] 李瑷辉.难测井动液面测试方法研究[J].中国石油和化工标准与质量，2006(5):50-51.

(责任编辑 王一然)

Discussion on Methods of Improving the Accuracy of Dynamic Fluid Level for CBM Wells

LIU Guowei1，CHEN Xiuping1，LIU Yuanxin1，MENG Fanhua2,WANG Xu1,PU Pan1

(1. CBM Exploration and Development Branch, Huabei Oilfield Company, Shanxi 048000; 2. Exploration &Development Research Institute, Huabei Oilfield Company, Hebei 062552)

With regard to the have quantitative drainage management on CBM wells, accurate dynamic fluid level data is a key production parameter which seriously affects gas production of individual well. Based on the analysis of methods of obtaining and computing field data and setting the value of sound speed, this paper discusses how these factors affect the precision of dynamic fluid level data. The features of the dynamic fluid level of CBM wells includes shallow depth, requires high precision and continuous monitoring. Based on these features, the paper proposes some suitable methods about obtaining and computing data and setting the value of sound speed. Times of practice show these methods can improve the accuracy of dynamic fluid level and guarantee the quantitative drainage management of CBM wells.

CBM well; dynamic fluid level; field test; quantitative drainage management

刘国伟，男，工程师，现从事煤层气勘探开发工作。