煤层气井智能排采控制系统试验效果分析

申小会 毛建设 李华峰

(中石油煤层气有限责任公司，北京 100011)

1 引言

在煤层气开发过程中，影响煤层气井产量的主要因素是储层地质条件和排采制度，储层地质条件人为难以改变，所以制定合理的排采制度对提高煤层气井产量尤为重要。煤层气井排采控制的总体原则是“缓慢、稳定、连续、长期”，经过近些年煤层气井开发经验的积累，结合煤层气井排采各阶段特性，已经建立了一套排采制度，但目前仍沿用手动控制设备、人工调整参数的方式实现，主要存在以下问题：(1)人工采集生产数据难度大且周期长、准确性差，不能对煤层气井排采做到精细化控制；(2)不能实时反映决定煤层气井排采的关键数据及最大限度保证排采设备的连续、平稳运行；(3)传统排采系统不能及时了解设备运行的各项参数，出现异常情况不能及时维修；(4)现场多为丛式井，同一井台存在多种巡检频次要求的井，需按最高巡检频次进行巡检；(5)人工成本高，工作效率低，劳动强度大；(6)井区交通不便，安全风险高。因此，需要研究一套适用于煤层气井排采规律的智能化控制系统，以降低人工成本、降低人员劳动强度和安全风险，提高煤层气井精细化排采水平和煤层气井采出率。

2 煤层气井排采要求

根据煤层气井产气机理及排采生产特征，将煤层气井排采生产过程划分为见套压前阶段、憋套压阶段、初始产气阶段和产气阶段(图1)，各阶段的排采要求如表1，可见煤层气井排采的关键在于对降压速率以及井底流压的控制，反映在排采数据上就是对产水量、套压和动液面的控制。

图1 煤层气井排采阶段划分示意图

表1 煤层气井各排采阶段控制要求

3 煤层气井智能排采控制系统

3.1 整体规划

结合煤层气排采特点和排采控制要求，在传统油气田自动化技术的基础上，规划一套基于PLC技术的煤层气井智能排采系统，将排采制度程序化，实现生产数据的自动采集与传输，并按照控制目标自动调整生产参数，达到迅速准确掌握现场工况、远程控制排采设备、提高工作效率的目的。整个系统由现场数据采集与控制、区域监控中心、生产管理三部分组成，实现数据采集与控制、工况诊断、智能排采、实时监控、生产管理等功能。

3.2 主要功能的实现

(1)数据采集与控制

在数据采集方面，通过自动液面测试仪、气体流量计、水流量计、变频器及无线载荷传感器等设备仪器进行生产参数的自动采集，上传至上级平台系统，实现统一监控。在排采控制方面，通过上级平台系统下达排采指令和参数，通过排采控制程序对变频器、气体调节阀进行远程操作调节，实现产水量和产气量的自动控制。主要涉及的排采运行参数与执行仪器仪表如表2。

表2 煤层气井排采运行参数和仪器仪表对照表

(2)工况诊断

将采集到的抽油机载荷参数绘制成示功图，利用工况诊断模块分析判断井下工况，及时判断可能发生的不良状况，是实现煤层气井长期、连续、稳定排采的关键，工况分析流程如图2。

图2 工况分析流程

(3)智能排采

根据煤层气井排采要求，制定各阶段控制逻辑算法，将采集到的井底流压数值与设定的数值进行比较，通过控制变频器变频参数来调整设备电机转速，提高或降低井底流压，实现智能排采。

(4)实时监控

借助井场网络通信系统和组态软件对采集到的视频数据和生产数据整定显示为人机界面，通过设备监测、历史数据趋势分析等模块，实现设备的远程启停、参数设定、异常报警等信息的在线监控功能。

(5)生产管理

为满足煤层气田生产自动化管理，开发生产监测、数据分析、报表管理、生产调控等功能模块，实现煤层气井数据储存、排采规划、生产调控等生产管理需求。

4 效果及评价

按照煤层气井智能排采控制系统规划思路，在现场选取试验井进行试验，经过一段时间的运行，系统运行稳定，效果良好。

4.1 提高了煤层气井排采精细化程度

煤层气井自动化排采与人工排采结果相比较，自动化排采不仅满足现场生产需求，且排采效果更好，精细化程度更高，更符合稳定排采的要求(图3)。

图3 自动化排采与人工排采曲线比较

4.2 快速掌握生产状态，优化排采制度

人工排采情况下，由排采人员根据日生产情况，安排排采制度，下达排采指令，时间周期最短为一天。采用智能排采控制系统，可快速掌握生产动态，根据生产需求随时调整、下达排采指令。

4.3 改变巡检模式，降本增效

把传统的“定岗值守、按时巡检”转变为“集中监测、无人值守、故障巡检”的生产模式，大幅减少一线生产员工数量，保障生产安全平稳运行。

4.4 提高经济效益

据统计，通过试验井组排采自动化系统的应用，年运行维护成本较人工排采降低30%左右，且煤层气采出率有所提高，增加了经济效益。

5 结束语

实现煤层气井自动化排采及远程智能化控制，对提高煤层气井精细化排采水平、降低管理成本、保障安全生产、推动煤层气开发提质增效具有重要意义。