煤层气井气水产量计量方法的技术经济性比较_工程实践

摘要

介绍了3种煤层气井气水产量计量方法的工艺流程，分析比较了各种计量方法的技术经济性，进行了优选。

摘要：介绍了3种煤层气井气水产量计量方法的工艺流程，分析比较了各种计量方法的技术经济性，进行了优选。

关键词：煤层气；产水量；产气量；计量方法

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

煤层气是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体^[1]。煤层气可以用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料，用途非常广泛^[2～6]，且煤层气燃烧后几乎没有废物产生，因此它是一种清洁的优质能源。

我国拥有丰富的煤层气资源，但到目前为止，我国煤层气产业尚处于起步阶段，受技术等条件的限制，其采出量远不能满足需要。煤层气的开采工艺比原油和天然气复杂，在采(采气)排(排水)过程中煤层气井的气水产量等参数，对于煤层气产量计算以及分析掌握煤层气田生产开发动态等极为重要。气水产量计量数据的真实性、准确性和可靠性，直接影响煤层气田开发的合理部署和经济效益。因此，简单、易行、合理的煤层气井气水产量计量工艺，对煤层气井的稳产、高产有着至关重要的作用。本文对煤层气井气水产量计量方法的技术经济性进行比较。

2 计量方法的工艺流程

煤层气井采用油管排水、套管采气的井场工艺。由抽油机将地层水采出，经电磁流量计计量后排至井场储水池中；煤层气从煤层解析后由套管采出，在井场通过旋进旋涡流量计计量后，经采气管道输送至集气站。煤层气和地层水采出后，均需周期性连续计量。每口煤层气井每次连续计量时间一般为4～8h，气水产量波动较大或产量较低的煤层气井，可延长计量时间至8～24h。

煤层气田通常是大面积联片开采，井间距小，一般采取丛式井的开采方式。1座井场可有多口单井，因此气水产量的计量就成为煤层气田地面建设工程中工作量最大、内容最繁琐的部分。以常见的4口单井井场为例，对井场采用的3种计量方法的工艺流程进行介绍。在人工轮井计量方法和自动轮井计量方法中，各口单井均连续工作，但间歇计量。根据计量结果，推算产量。

① 常规单井计量方法

常规单井计量方法的工艺流程见图1。在井口将采出的煤层气压力调整至0.2MPa，进入采出气计量橇，通过旋进旋涡流量计计量后进入汇管，依靠采出气自身压力，输送至集气站。采出气计量橇上对每口单井采气管道均设有旁通管，当旋进旋涡流量计出现故障或需要校验时，煤层气则通过旁通管进入汇管输送至集气站。采出水经油管采出后，进入采出水计量橇，通过电磁流量计计量后进入汇管，集中排入井场储水池。井场设置紧急放散管，在投产期或紧急情况下，可将采出气放空。

优点：能够对每口单井实现周期性连续计量和瞬时计量，各单井间的计量相互无影响。缺点：流量计数量较多，定期校验工作量较大，造价较高。造价：采出气计量橇约13.5×10⁴元，采出水计量橇约10.2×10⁴元。

② 人工轮井计量方法

人工轮井计量方法的工艺流程见图2。在井口将采出的煤层气压力调整至0.2MPa，进入采出气计量橇，先通过手动三通阀，再经旋进旋涡流量计计量后进入汇管，依靠采出气自身压力，输送至集气站。采出气计量橇上只设有1台旋进旋涡流量计，每口单井的采气管道与1个手动三通阀连接，手动三通阀的两个出口分别与旋进旋涡流量计连接以及与汇管直接相连，靠人工定期切换手动三通阀的通断方向，计量每口单井产气量。当旋进旋涡流量计出现故障或需要校验时，煤层气经手动三通阀直接进入汇管输送至集气站。采出水经油管采出后，进入采出水计量橇，计量方法与采出气计量橇相同，也是靠人工定期切换手动三通阀的通断方向，计量每口单井的产水量。

优点：采用手动三通阀切换，大大减少了流量计的配置数量，造价降低。缺点：需要人工定期切换手动三通阀，以保证每口单井连续计量4～8h。如遇雨雪天气不能人工进行切换时，会使其他单井排采数据的准确性受到影响。单井数量多于4口时，需要增加流量计的数量。造价：采出气计量橇约6.2×10⁴元，采出水计量橇约4.6×10⁴元。

③ 自动轮井计量方法

自动轮井计量方法包括电动三通阀自动轮井计量方法、多通阀自动轮井计量方法两种。

a. 电动三通阀自动轮井计量方法

电动三通阀自动轮井计量方法的工艺流程见图2。这种计量方法与人工轮井计量方法基本相同，只是将手动三通阀改为电动三通阀，通过设置专用电控箱，使计量橇上的电动三通阀自动切换。

优点：利用电动三通阀，可实现对各单井计量的自动切换，减少了人工切换的工作量；任何一口单井发生故障，都不会影响到其他井的排采。缺点：井数越多，可连续计量的时间越短；受供电系统影响较大，若供电系统发生故障，将无法实现自动轮井计量；造价较高。造价：采出气计量橇约9.5×10⁴元.采出水计量橇约8.3×10⁴元。

b. 多通阀自动轮井计量方法

多通阀自动轮井计量方法的工艺流程见图3，多通阀的外形见图4。在井口将采出的煤层气压力调整至0.2MPa，进入采出气计量橇，橇上设1个多通阀，通过阀芯的转动实现轮井计量，与多通阀连接的其他单井采出气经多通阀腔体进入汇管。经旋进旋涡流量计计量后的采出气，依靠自身压力，输送至集气站。采出水经油管采出后，进入采出水计量橇，计量方法与采出气计量橇相同。对于这种计量方法，每台计量橇均只设1台流量计。

采出气和采出水计量橇中的多通阀配备专用电控箱，根据工程需要，多通阀可设有多个进口和出口，有6通道、8通道、10通道等多种规格，多通阀均设有手轮(与阀芯连接)，既可实现自动切换，又可实现手动切换，切换时间根据生产需要进行设定。

优点：多通阀具有结构紧凑、占用空间小、适合橇装等优点。缺点：若多通阀发生故障，更换时，可能影响整个井场的采出气或采出水的计量，严重时易导致整个井场报废。造价：采出气计量橇约9.8×10⁴元，采出水计量橇约8.6×10⁴元。

3 技术经济性分析

煤层气的排采过程是煤层气稳产、高产的培育过程，气水产量计量是井场控制的核心。经过对上述计量方法比较，得出：采用常规单井计量方法，能够对每口井实现任何时间间隔的周期性连续计量，且安全、可靠，但造价较高。煤层气田单井产量很低，若要实现大规模生产，气井众多，采用人工切换阀门计量工艺，劳动强度大，效率极低，不易实现。自动轮井计量方法可减少人工操作的工作量，但对每口井的连续计量时间随着井数的增加而缩短，往往导致计量数据不具有代表性，不能作为真实可靠的资料，且造价也较高。因此，采用常规单井计量方法，具有更大的优越性。

由于煤层气井数量较多，因此计量橇造价在煤层气地面工程造价中占有较大比重。我们所选用的计量设备(阀门、流量计等)能连续运行30年以上，并且计量设备采用橇装式。虽然前期投入资金较多，但是一方面，现场安装简单方便，节省工期；另一方面，煤层气枯竭后，便于整体搬移，可以重复利用。

参考文献：

[1] 傅雪海，秦勇，韦重韬.煤层气地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007：3.

[2] 王许涛，赵兴涛，张百良.平顶山矿区煤层气开发利用模式探讨[J].煤气与热力，2007，27(9)：56-59.

[3] 徐正康.煤层气在城市燃气中的利用[J].煤气与热力，2007，27(2)：38-40.

[4] 宋汉成，焦文玲，李娟娟，等.煤层气利用与输送的安全性[J].煤气与热力，2006，26(11)：8-11.

[5] 刘闯，于京春，齐明，等.煤层气利用技术方案研究[J].煤气与热力，2005，25(9)：62-64.

[6] 张存森.煤层气液化流程及技术现状[J].煤气与热力，2008，28(9)：B12-B14.

(本文作者：薛爱芹¹ 李松² 高伟¹ 1.中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司河北任丘 062552；2.中国石油天然气管道工程有限责任公司河北廊坊 065000)