煤層氣井氣水產(chǎn)量計量方法的技術(shù)經(jīng)濟性比較

摘 要

介紹了3種煤層氣井氣水產(chǎn)量計量方法的工藝流程，分析比較了各種計量方法的技術(shù)經(jīng)濟性，進行了優(yōu)選。
摘要：介紹了3種煤層氣井氣水產(chǎn)量計量方法的工藝流程，分析比較了各種計量方法的技術(shù)經(jīng)濟性，進行了優(yōu)選。
關(guān)鍵詞：煤層氣；產(chǎn)水量；產(chǎn)氣量；計量方法
Technical and Economic Comparison of Metering Methods of Gas and Water Production from Coal.bed Methane Well
XUE Aiqin，LI Song，GAO Wei
Abstract：The process flows of 3metering methods of gas and water production from coal-bed methane well are introduced.The technology and economy of various metering methods are analyzed and compared，and the optimization is performed.
Key words：coal-bed methane；water production；gas production；metering method
1 概述
    煤層氣是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分，以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主，部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體[1]。煤層氣可以用作民用燃料、工業(yè)燃料、發(fā)電燃料、汽車燃料和重要的化工原料，用途非常廣泛[2～6]，且煤層氣燃燒后幾乎沒有廢物產(chǎn)生，因此它是一種清潔的優(yōu)質(zhì)能源。
    我國擁有豐富的煤層氣資源，但到目前為止，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，受技術(shù)等條件的限制，其采出量遠不能滿足需要。煤層氣的開采工藝比原油和天然氣復(fù)雜，在采(采氣)排(排水)過程中煤層氣井的氣水產(chǎn)量等參數(shù)，對于煤層氣產(chǎn)量計算以及分析掌握煤層氣田生產(chǎn)開發(fā)動態(tài)等極為重要。氣水產(chǎn)量計量數(shù)據(jù)的真實性、準確性和可靠性，直接影響煤層氣田開發(fā)的合理部署和經(jīng)濟效益。因此，簡單、易行、合理的煤層氣井氣水產(chǎn)量計量工藝，對煤層氣井的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。本文對煤層氣井氣水產(chǎn)量計量方法的技術(shù)經(jīng)濟性進行比較。
2 計量方法的工藝流程
    煤層氣井采用油管排水、套管采氣的井場工藝。由抽油機將地層水采出，經(jīng)電磁流量計計量后排至井場儲水池中；煤層氣從煤層解析后由套管采出，在井場通過旋進旋渦流量計計量后，經(jīng)采氣管道輸送至集氣站。煤層氣和地層水采出后，均需周期性連續(xù)計量。每口煤層氣井每次連續(xù)計量時間一般為4～8h，氣水產(chǎn)量波動較大或產(chǎn)量較低的煤層氣井，可延長計量時間至8～24h。
    煤層氣田通常是大面積聯(lián)片開采，井間距小，一般采取叢式井的開采方式。1座井場可有多口單井，因此氣水產(chǎn)量的計量就成為煤層氣田地面建設(shè)工程中工作量最大、內(nèi)容最繁瑣的部分。以常見的4口單井井場為例，對井場采用的3種計量方法的工藝流程進行介紹。在人工輪井計量方法和自動輪井計量方法中，各口單井均連續(xù)工作，但間歇計量。根據(jù)計量結(jié)果，推算產(chǎn)量。
    ① 常規(guī)單井計量方法
    常規(guī)單井計量方法的工藝流程見圖1。在井口將采出的煤層氣壓力調(diào)整至0.2MPa，進入采出氣計量橇，通過旋進旋渦流量計計量后進入?yún)R管，依靠采出氣自身壓力，輸送至集氣站。采出氣計量橇上對每口單井采氣管道均設(shè)有旁通管，當旋進旋渦流量計出現(xiàn)故障或需要校驗時，煤層氣則通過旁通管進入?yún)R管輸送至集氣站。采出水經(jīng)油管采出后，進入采出水計量橇，通過電磁流量計計量后進入?yún)R管，集中排入井場儲水池。井場設(shè)置緊急放散管，在投產(chǎn)期或緊急情況下，可將采出氣放空。
優(yōu)點：能夠?qū)γ靠趩尉畬崿F(xiàn)周期性連續(xù)計量和瞬時計量，各單井間的計量相互無影響。缺點：流量計數(shù)量較多，定期校驗工作量較大，造價較高。造價：采出氣計量橇約13.5×104元，采出水計量橇約10.2×104元。
 

   ② 人工輪井計量方法
   人工輪井計量方法的工藝流程見圖2。在井口將采出的煤層氣壓力調(diào)整至0.2MPa，進入采出氣計量橇，先通過手動三通閥，再經(jīng)旋進旋渦流量計計量后進入?yún)R管，依靠采出氣自身壓力，輸送至集氣站。采出氣計量橇上只設(shè)有1臺旋進旋渦流量計，每口單井的采氣管道與1個手動三通閥連接，手動三通閥的兩個出口分別與旋進旋渦流量計連接以及與匯管直接相連，靠人工定期切換手動三通閥的通斷方向，計量每口單井產(chǎn)氣量。當旋進旋渦流量計出現(xiàn)故障或需要校驗時，煤層氣經(jīng)手動三通閥直接進入?yún)R管輸送至集氣站。采出水經(jīng)油管采出后，進入采出水計量橇，計量方法與采出氣計量橇相同，也是靠人工定期切換手動三通閥的通斷方向，計量每口單井的產(chǎn)水量。
    優(yōu)點：采用手動三通閥切換，大大減少了流量計的配置數(shù)量，造價降低。缺點：需要人工定期切換手動三通閥，以保證每口單井連續(xù)計量4～8h。如遇雨雪天氣不能人工進行切換時，會使其他單井排采數(shù)據(jù)的準確性受到影響。單井數(shù)量多于4口時，需要增加流量計的數(shù)量。造價：采出氣計量橇約6.2×104元，采出水計量橇約4.6×104元。
    ③ 自動輪井計量方法
    自動輪井計量方法包括電動三通閥自動輪井計量方法、多通閥自動輪井計量方法兩種。
    a. 電動三通閥自動輪井計量方法
    電動三通閥自動輪井計量方法的工藝流程見圖2。這種計量方法與人工輪井計量方法基本相同，只是將手動三通閥改為電動三通閥，通過設(shè)置專用電控箱，使計量橇上的電動三通閥自動切換。

    優(yōu)點：利用電動三通閥，可實現(xiàn)對各單井計量的自動切換，減少了人工切換的工作量；任何一口單井發(fā)生故障，都不會影響到其他井的排采。缺點：井數(shù)越多，可連續(xù)計量的時間越短；受供電系統(tǒng)影響較大，若供電系統(tǒng)發(fā)生故障，將無法實現(xiàn)自動輪井計量；造價較高。造價：采出氣計量橇約9.5×104元.采出水計量橇約8.3×104元。
   b. 多通閥自動輪井計量方法
   多通閥自動輪井計量方法的工藝流程見圖3，多通閥的外形見圖4。在井口將采出的煤層氣壓力調(diào)整至0.2MPa，進入采出氣計量橇，橇上設(shè)1個多通閥，通過閥芯的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)輪井計量，與多通閥連接的其他單井采出氣經(jīng)多通閥腔體進入?yún)R管。經(jīng)旋進旋渦流量計計量后的采出氣，依靠自身壓力，輸送至集氣站。采出水經(jīng)油管采出后，進入采出水計量橇，計量方法與采出氣計量橇相同。對于這種計量方法，每臺計量橇均只設(shè)1臺流量計。

    采出氣和采出水計量橇中的多通閥配備專用電控箱，根據(jù)工程需要，多通閥可設(shè)有多個進口和出口，有6通道、8通道、10通道等多種規(guī)格，多通閥均設(shè)有手輪(與閥芯連接)，既可實現(xiàn)自動切換，又可實現(xiàn)手動切換，切換時間根據(jù)生產(chǎn)需要進行設(shè)定。
優(yōu)點：多通閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、適合橇裝等優(yōu)點。缺點：若多通閥發(fā)生故障，更換時，可能影響整個井場的采出氣或采出水的計量，嚴重時易導(dǎo)致整個井場報廢。造價：采出氣計量橇約9.8×104元，采出水計量橇約8.6×104元。
3 技術(shù)經(jīng)濟性分析
    煤層氣的排采過程是煤層氣穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的培育過程，氣水產(chǎn)量計量是井場控制的核心。經(jīng)過對上述計量方法比較，得出：采用常規(guī)單井計量方法，能夠?qū)γ靠诰畬崿F(xiàn)任何時間間隔的周期性連續(xù)計量，且安全、可靠，但造價較高。煤層氣田單井產(chǎn)量很低，若要實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，氣井眾多，采用人工切換閥門計量工藝，勞動強度大，效率極低，不易實現(xiàn)。自動輪井計量方法可減少人工操作的工作量，但對每口井的連續(xù)計量時間隨著井數(shù)的增加而縮短，往往導(dǎo)致計量數(shù)據(jù)不具有代表性，不能作為真實可靠的資料，且造價也較高。因此，采用常規(guī)單井計量方法，具有更大的優(yōu)越性。
    由于煤層氣井數(shù)量較多，因此計量橇造價在煤層氣地面工程造價中占有較大比重。我們所選用的計量設(shè)備(閥門、流量計等)能連續(xù)運行30年以上，并且計量設(shè)備采用橇裝式。雖然前期投入資金較多，但是一方面，現(xiàn)場安裝簡單方便，節(jié)省工期；另一方面，煤層氣枯竭后，便于整體搬移，可以重復(fù)利用。
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(本文作者：薛愛芹1 李松2 高偉1 1.中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司 河北任丘 062552；2.中國石油天然氣管道工程有限責(zé)任公司 河北廊坊 065000)