煤层气井动液面测算误差分析及新型考克设计

陈旭岗 卫强强

(山西西山蓝焰煤层气有限公司，山西 030200)

排采是煤层气生产中的重要一环，在各项排采参数中，井底流压不但能反映气井的运行状况，而且也是指导制定排采制度的重要参数。井下压力计可以准确便捷地得到流压数据，但成本较高，不具备大批装备的条件。因此在实际生产中，常用套压与动液面来估算流压。前者可以通过井口压力表轻易且准确地读取，后者需用仪器测得。因此，准确的动液面数据对指导煤层气排采有重要意义。

测算动液面的方法主要有：示功图法、接箍法、声速法和音标法。示功图法较复杂，不宜在基层班组大面积推广，而且误差也较大。另外三种是在回声测试仪测得液面曲线后，三种不同的解释方法。前人对测算原理和方法多有介绍。接箍法要求单根油管长度接近，实际生产中很难满足，声速法是首先通过大量生产经验得到了若干种温压条件下，声音在环空传播的速度，然后将经验值加以推广应用。但井内的状况较复杂，经验值不一定适用，不同区块间的差别更大，推广价值不高。音标法是通过特定深度的回音标标定声速，误差可控，应用较为广泛。

煤层气井动液面测算方法借鉴了油田的生产经验，前人对误差来源也进行了分析，但着眼于煤层气生产特殊性的研究较少，未能充分挖掘各项生产数据，无法满足精细化排采的要求。另一方面，在现有的工艺流程和测试方法的条件下，测液面作业效率较低，大量或频繁更新动液面数据时，班组的作业强度较大。

1 测算动液面误差来源分析及解决方案

结合现场作业经验及煤层气井的生产特点，分析认为动液面测算误差主要有以下几种来源。

1.1 井口自激波影响

动液面曲线是通过声波记录的，光杆和采油树之间，油管和油杆之间强烈的摩擦碰撞，以及信号线的摆动等因素，均会形成自激波。不但使得无法辨认曲线上井口波的起点，造成较大的误差，而且所产生的干扰波也会使曲线杂乱，无法解释。

解决方案：做好抽油机的维护保养，及时解决存在的磕碰振动问题，保持抽油机运行状况良好；若由于井身等原因，导致振动无法消除，可在测试时暂时停抽，消除自激波产生的条件。

1.2 回音标位置过浅

从测试原理中可以看到，音标法是用声波在井口到音标间的传播速度，来代替其在整个井筒中的传播速度。而声波在井内不同温度和压力条件下的传播速度不一样，当音标与液面间距离过大时，误差也会增大。下泵时静液面较高，通常将音标放在第十个油管上。而之后的调整泵挂和修井作业中，大都沿用这一做法，使得随着排采的进行，液面下降，与音标的距离越来越大，测试误差也就越来越大。而当音标离井口近，而液面较低时，还会出现音标波多次反射的情况，给解释曲线造成极大的困扰。

解决方案：根据井身实际情况，在避开射孔段的前提下，建议每隔一定距离下入一个音标，保证音标与液面距离不会过大。在某双音标试验井中，音标1和音标2深度分别为202.7m和447.8m，实际液面深度634.6m。根据音标1计算液面深度为641.4m，误差6.8m，根据音标2计算液面深度为635.7m，误差1.1 m。提高了测试精度。

1.3 解释方法不一

不同人对液面曲线的解释时，存在着个性化的解释习惯。音标波和液面波的时间点应该选择开始转折点，极值起点，极值中点，极值终点，还是转折结束点？井口波应不应该选，应该怎么选……这些不同的习惯在解释同一条曲线时，会产生不小的误差，而在计算液面变化值时，误差更大。

解决方案：部门内部统一解释方法，确保相对值准确。音标波和液面波选择开始转折点，当井口波为斜线转直线时，选择拐点为井口波，当井口波不规则时，不选择井口波。

1.4 上组煤对液面的干扰

合层排采在煤层气生产中很常见，不但给排采控制带来很大困难，也加大了动液面数据的误差。当排采进行一段时间后，液面会降至上组煤和下组煤之间，使得上组煤裸露。首先，裸露出的上组煤射孔孔眼造成了环空空间的变化，会引起声波的波动；其次，上组煤很有可能仍在产气，则孔眼附近小范围压力的变化，会形成干扰波；第三，井下窥视时发现部分裸露煤层有渗水甚至流水的情况，这样也会形成假液面波。

解决方案：当某井泵挂位置较大，泵效正常，产水量正常，而动液面解释结果却位于上组煤附近时，则判定为假液面波，应继续往下寻找真实的液面波。

1.5 泡沫段的影响

部分高产井由于气体运移速度快，导致油套环空液体密度减小，产生密度极小的泡沫状段塞。声波在泡沫段衰减严重，无法再继续往下传播，形成假液面波。这一现象在传统油气井和煤层气井生产中都得到了证实。假液面波距真实液面距离不一，给液面解释工作带来极大干扰。

解决方案：泡沫段是动液面测算中的难点，长期以来只能根据井产水情况和示功图进行定性地判断。若产水量低，功图显示供液不足，应考虑液面较低，曲线中的液面波是泡沫段形成的假液面。陈超等根据关闭阀门后，套压不再上升时，测得的液面为不含泡沫段的真实液面值的原理，通过套压-时间-动液面之间的关系，定量地得出了适用于高气油比的吐哈油田的动液面计算公式，并进行了工程验证，为解决泡沫段对动液面的影响提供了新思路。

2 对传统考克的设计改进

在现有的井场设备条件下，测动液面操作工序较多，测试井数较少时，劳动强度不大。但生产工区一般要求每月更新所有井液面数据，需重点观测井测试频率更高，极大地增加了劳动强度。现有的繁琐工序主要体现在装卸考克、压力表，并缠生料带上。

通过保留原考克在安全和功能上的要求，结合测液面操作中的具体问题，重新设计便于操作的新型考克(如图1所示)。

1—考克三通主体；2—压力表部分；3—堵头图1 新型考克三视图

它的结构主要有以下三部分组成：①三通。采用一公两母三个接扣，公扣连接井口，沟通环空，上方母扣连接压力表，外侧母扣连接堵头，测试液面时连接信号发射枪，减少声波入井前的反射次数，降低能量损耗；②压力表部分。保留原考克显示套压、锥形阀泄压和旋塞检查压力表好坏的功能；③堵头。位于三通外侧，包含圆形和菱形两部分，同时满足管钳和扳手的使用要求。

测试时，将原操作中的卸装压力表考克，简化为卸装丝堵，缩短作业时间，降低劳动强度。在需大范围或跟踪测液面时，可大大提高作业效率。在生产现场的对比试验中，使用新型考克缩短了28.6%的作业时间。

3 结论

(1)动液面的指导煤层气井排采的重要参数，准确的液面数据对排采有重大意义。另外，明确了测算误差来源，可以使技术人员正确看待解释结果，摆脱对其的盲目依赖，避免据此制定错误的排采制度。

(2)煤层气井动液面测算误差来源主要有自激波的干扰，回音标过浅，解释方法不一，上组煤的干扰和泡沫段的影响等五个方面。

(3)通过做好气井维护或暂时停抽，消除自激波产生的根源；改变回音标放在第十根油管的沉疴宿疾，根据实际情况灵活调整位置，而且可下入多个音标；统一解释方法，避免因人为因素产生的误差；结合上组煤深度数据、泵效和气井产水情况，越过上组煤煤层段的干扰，往下寻找真实的液面波。泡沫段对液面数据影响较大，生产中可结合示功图和产水情况进行定性判断有无，也可根据套压-时间-液面之间的关系，定量计算。

(4)新型考克在保留原考克安全和功能方面要求的基础上，大大提高了测液面作业的效率，有较大的推广价值。