(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163153)

0 引 言

煤层气作为一种新型的、独立的、优质高效的清洁能源，在上世纪80年代末期，美国就成功地进行了煤层气商业化开发。在上世纪80年代中期，我国开始着手对煤层气进行勘探与开发，目前煤层气开采技术越来越成熟，开采规模也越来越大。但是如何对煤层气井的生产状况进行监测，如何获得煤层气井的分层产出剖面资料，目前还没有很成熟的技术进行配套应用，这样必然会影响到煤层气井经济有效地开发。因此很有必要研究一套对煤层气井分层测试技术[1]和解释方法，为煤层气的合理开采提供有效的监测资料。

1 煤层气井排采的主要方式和工艺

煤层气是煤层中产生的以甲烷为主[2](一般甲烷含量都大于90%)的天然气，通常我们也称其叫“瓦斯”。煤层气的排采目的有两个，一个是防止透水事故的发生和煤层在开采过程中发生瓦斯爆炸事故；另一个目的是作为一种清洁能源为工业或民用。煤层气井的排采主要就是用驱动力将煤层中的水排出地面，以达到排水降压的效果，从而将煤层中的甲烷解析出来。如何才能有效地将煤层中的水排出，降低煤层中的底层压力，是科技人员研究排采方式和工艺必须要考虑的问题。

目前，煤层气排采的常用方式有气举方式、电潜泵方式、螺杆泵方式和有杆泵方式等四种[3]。这几种排采方式各有优缺点，气举排采方式的缺点不能保持煤层气井足够的生产压差，不能使煤层气有效地释放；电潜泵排采方式的缺点是只适合大排量产水状态下的开采，在低排量煤层水的条件下不适用，排量的适应性较差，另外受气体影响也较大；螺杆泵排采方式的缺点是含气量较高时，摩擦产生的热不易扩散，螺杆泵极易烧坏；有杆泵虽然某种程度上会受到出砂的影响，但目前防砂技术基本成熟，相比之下，有杆泵式具有显著的优势，是目前常用的排采方式。

图1 煤层气井排采工艺示意图

2 煤层气井分层测试主要采用的方法

煤层气井的分层产出剖面测试分集流测试和非集流型测试[5]，一般集流型产出剖面的测试技术只能提供分段结果，非集流型产出剖面测试不仅能提供每个层的产出状况，而且每个产出层段内的产出状况也可以提供[6]。针对非集流型测试技术，我们研发了一种煤层气井多参数组合仪技术，即压差式流量测井、微差井温测井和磁性定位测井的组合仪器，一次下井可以录取多个参数。其测试流程是先测得煤层气井层段的合层产水量和合层产气量，然后按测点分别进行测试，最后通过资料解释用递减法求得分层产水量和分层产气量。

2.1 压差式流量计

压差式流量计其实是压差式密度计的一种应用延伸，而流体密度的测量目前有两种方式即放射性密度计和压差式密度计[7]。放射性密度计由于其放射源的恶劣影响，应用受到了一定的限制。因此，压差式密度计就得到了广泛的应用，对气体反应比较敏感[8]。差压式流量计[9]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，如图2所示，由测量的压力梯度通过相关计算，从而推导出流体密度或流体流量。压差密度计是通过测得煤层气井内已知距离的压差和压差井段距离，通过计算来获得井段内的平均密度。

图2 压差式流量计的原理示意图

差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据[10]，根据节流原理，当流体流经节流件时(如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等)，在其前后(或上下)产生压差，此差压值与该流量的平方成正比。

伯努利方程：

(1)

连续方程为：

ρ1V1A1=ρ0V0A0

(2)

合并方程(1)和(2)，假设流体不可压缩，则得流量计算公式：

(3)

式中：qf为工况下的体积流量，m3/s；c为流动系数；β=d/D；d为工况下孔板内径，mm；D为工况下管道内径，mm；ε为可膨胀系数；Δp为孔板前后的差压值，Pa；ρ1为工况下流体的密度，kg/m3。公式(3)即求得流体流量qf。

在理论上压差式流量计的流量和压差的关系由于受多种因素的影响，我们很难准确地消除这些影响，因此，在实际操作中，我们通常采用压差式密度计在室内进行了静态高度法刻度，密度与仪器输出频率成线性关系。在模拟井进行了油水两相流的标定，在两相流条件下，利用压差式流量计，即可测量高含水，又可测量低含水，测量范围为0～100%。压差流量计在室内开展了动态实验研究，实验显示，仪器响应随着气量的增加成二次多项式的形式递减，如图3所示，很清晰地显示了压差流量计的响应与气流量之间的关系。

图3 压差流量计响应与气流量的关系

2.2 微差井温仪

井温测井包括梯度井温和微差井温，井温测井仪测试的井筒内各个深度的井温，其井温曲线反映的是井内温度梯度的变化情况。微差井温测试的是井轴上不同两点间距的井温值的变化量[11]，在曲线上以更明显的比例形式显示出来，更能清楚地显示出井筒温度梯度的变化，对井温的变化更直观、更准确，微差井温定义为1 m距离的井温差的变化量[12]。在不同的温度下微差井温的零点会发生一定量的偏移[13]，通常我们通过实验进行标定，采取温度补偿的办法来进行零点漂移的消除。井温测井采用的是桥式电路，如图4所示 ，也称惠更斯桥电路[14]，微差井温信号处理如图5所示。

图4 惠更斯桥式电路图

图5 微差井温信号处理示意图

微差井温测井通常采用下测的方式，且测井速度不易太快[15]，灵敏度高、施工简单、无活动部件、辅助设备少，测试成功率高，成本较低。在一般情况下井筒温度随深度的增加而增加，体现的是地温变化趋势，只有在产液的层段，由于层段内液体的产出，温度而发生比较大的变化，在梯度曲线和温差曲线上都有较大的反映，然后根据这个反映来判断是否产液。但缺点是由于采用的接触式测量方式，只有在液体中变化才比较明显，又由于受大地温场的影响，微差井温在纵向上分辨率较低，曲线变化有时与层位实际深度存在一定误差，且对产出层的只能定性解释不能定量解释。

3 现场应用分析

4 结 论

通过对煤层气井生产测井组合仪的研制、模拟井标定和现场试验及资料分析，形成了一套煤层气分层测试行之有效的方法，以及对煤层气井主产层的判断、分层气水产量的解释，为煤层井压裂堵水等措施提供了重要的依据。

1)研制的煤层气生产测井组合仪设计可靠、操作简单、技术可行。

2)压差流量和微差井温测井能够精确测量煤层气井分层产水量和产气量。

3)压差流量、梯度井温和微差井温可以相互补充综合解释。

4)压差流量和微差井温组合测井可以进一步拓展在煤层气井的应用范围。

图6 WLX井产出剖面解释成果图