山西煤层气分公司：数“聚”大脑智“汇”气田

2018-08-10 09:46 [燃气要闻] 来源于：中国石油报作者：任远

导读：山西煤层气分公司应用智能排采技术,数据可溯源，参数最优化，恶劣天气可远程管控，指导煤层气井高效排采。800余口井实施智能排采后，年可降低运行费用约400万元深化研究溯根源煤层气开采是一个排水、降压的过程，其核心是井底流压、解吸压力、地层压力三者

　山西煤层气分公司应用智能排采技术,数据可溯源，参数最优化，恶劣天气可远程管控，指导煤层气井高效排采。800余口井实施智能排采后，年可降低运行费用约400万元——

　　深化研究溯根源

　　煤层气开采是一个排水、降压的过程，其核心是井底流压、解吸压力、地层压力三者匹配

　　7月27日，智能排采系统软件监控到郑村平1-3井流压未按设定目标下降，且有上升趋势。接到指令后，技术人员分析判断是井下泵芯堵塞，在清除泵芯堵塞后排采恢复正常，全程不超过两个小时。目前，华北油田山西煤层气分公司2435口生产井中已有800余口井智能排采。

　　沁水盆地属于高阶煤储层，具有低压、低渗、低饱和、非均质性强的“三低一强”特征，其生产是一个复杂的排水降压、解吸、扩散、渗流过程。如果排采控制不当，就会对煤储层造成地层气锁、煤粉堵塞、应力闭合及水平分支通道垮塌堵塞等不同程度的伤害，从而影响气井产量。

　　国外煤层气开发的技术均是针对中、低阶煤储层的，对于高阶煤煤储层研究得不多，更无相应的配套技术。面对摸着石头也过不了的河，如何使单井排采能够定时定量控制，减少排采管理不善对单井产能的影响？问题根源在哪里？哪些是主因？“娇气”的高阶煤煤层气井就成为研究重点。

　　早期，山西煤层气分公司的煤层气井管理，需要人工进行动态分析，制定排采制度并现场调参。这种方式周期长且误差大，易使储层受到伤害，排采中经常会出现“套压变化剧烈、气量波动大、衰减快、排采不连续”等问题，影响排采效果。

　　技术人员认为，由于煤层气自身特点决定了开采过程就是一个排水、降压的过程，其核心是井底流压、解吸压力、地层压力三者的匹配。要实现煤层气井的“控制准确、稳定生产、长期开发”，需要根据单井的地质特征和所处的排采阶段制定相应的方案，及时调整排采控制参数，稳定动液面及气水的产出量，最大限度地保护煤储层、释放单井产能，是煤层气排采管理亟待解决的难题。

　　优化制度求突破

　　运用“大数据分析+三维数模技术”，揭示高煤阶煤层气井在不同储层物性条件下的递减规律，指导煤层气井高效排采

　　山西煤层气分公司2013年开始应用智能化排采方式，尝试利用信息化、自动化技术远程控制单井气和水的产出。经过缜密思考，技术人员在班站、单井等基本生产单元，对数据采集、自动控制、安全监控、数据应用等进行智能化改造。

　　智能排采先要有正确的排采制度。刚投产时，气井内井筒压力与井筒外地层压力持平，近似于原始地层压力；开始排采后，井筒内压力迅速下降，井筒附近地层压力也随之下降，但受渗透率制约，离井筒距离越远的位置，压力下降越慢。当地层压力下降到解吸压力以下时，开始解吸产气，形成气与水的两相流状态。一段时间后，距离井筒稍远位置的压力也下降到解吸压力以下，但产出气相对较少，形成气与水的非饱和流状态。此时，距离井筒更远的位置，压力仍未降至解吸压力，也未产气，仍保持水的单相流状态。

　　针对“单相水流、气水两相流、单相气流”三个阶段的不同特征，山西煤层气分公司摸索出一套行之有效的管理制度和控制方法。其中，最关键的是怎么控制前两个阶段，控制排采速度的同时要注重控制速度的变化，高效排水的同时又要做到不损伤煤层，这样才能为形成连续解吸气流创造有利条件。

　　今年年初，山西煤层气分公司从煤层气气水赋存状态、压力传递规律、储层伤害机理入手，展开煤层气排采理论研究。“我们创新运用‘大数据分析+三维数模技术’，揭示了高煤阶煤层气井在不同储层物性条件下的递减规律，指导煤层气井高效排采，为掌握产量变化趋势、发现非正常递减提供了理论支撑。”煤层气分公司党委书记胡秋嘉介绍。

　　随着对高阶煤储层渗流规律研究的不断深入，技术人员基于储层压力系统的动态变化，通过变速排采、调整压降幅度，实现产水效率最大化；基于流体相态变化，采取低恒套压控制方式，减少气相对水相的影响，保持水量稳定，实现压降范围的持续扩展；基于流压、套压、日产气、日产水4条曲线的合理匹配关系，建立4项关键控制指标，实现制度调整的科学化。

　　通过对煤层气井全生命周期中气、水产出规律的深刻认识，“变速排采、低恒套压、指标管控”排采新理念应运而生。

　　智能排采提效益

　　建立以井底流压为主、套压为辅的智能排采控制流程，保证了连续、渐变、稳定、高效的排采管控，煤层气井生产管理水平不断提高

　　按照地质理念，根据煤层气井不同阶段控制参数的不同，山西煤层气分公司明确了“流压为主、套压为辅”的控制思路，以解吸点作为煤层气井生产的关键点。

　　同时，细分出不同阶段控制差异，建立智能排采控制模型，确定控制核心参数，明确不同阶段控制算法。建立流压闭环、套压闭环双控制，控压降、控流压、控套压的煤层气井“双环三控”智能排采管控模式。这个控制理论以保持井底流压逐渐降低为核心思想，在产气初期放压保持慢速，在产量上升阶段根据地层供气能力决定放压速度，避免了产气量的大起大落。随后，技术人员又对产气量较低的排采区域，提出了套管放气阀门全开、不做控制的“套压开环法”。

　　随着煤层气钻井技术进步，按照严格的安全环保要求，煤层气开发井型逐步发展为多丛式大斜度井和水平井。山西煤层气分公司由此开始推广以射流泵、水力管式泵为主的无杆举升工艺。虽然在智能排采原则上仍然遵守双环三控法和套压开环法排采控制理论，但在排采过程中存在动力液漏失等问题。为此，技术人员或在井下安装自制井下单流阀，或在井口动力液管线入口处安装电磁阀，顺利解决了问题。

　　排采方法能否转化为实实在在的效益，主要依靠气井数据的采集和控制。因此，实现气井的精细排采控制的任务最终落到了排采控制程序上。山西煤层气分公司积极推进以物联网为主线的智慧气田试点建设工作，构建煤层气物联网总控平台，形成了从生产现场到调控中心立体化气田生产监控、运行、指挥模式。通过变频控制柜安装的智能排采模块和总控平台加载的智能排采系统软件，建立以井底流压为核心、套压为辅的煤层气井智能排采控制流程，实现动液面的精细控制和工况预警及处置，保证了“连续、渐变、稳定、高效”的排采管控。

　　目前，800余口井实施智能排采后，年降低运行费用约400万元，大大缩短了故障井停井时间，提高了产气量，提升了煤层气井生产管理水平。

　　专家视点

　　梅永贵（集团公司高级技术专家）：随着煤层气排采规律认识不断加深，对煤层气生产管控提出人工智能的需求。山西煤层气分公司以智能排采为切入点，由自动化向智慧化转化。智能排采的广泛应用，智能间抽排采规模的推广，使得数据能够溯源，排采参数最优化，恶劣天气可远程管控，满足了煤层气井排采规律的要求。

　　借助智能排采控制技术，射流泵和水力管式泵在煤层气水平井的排采稳定性不亚于直井抽油机管式泵，为水平井及工厂化大井场开发提供了技术保障。“变速排采、低恒套压、指标管控”最新排采理念已经被证实并推广应用。智能排采控制系统的实施避免了员工到井场上进行操作,降低了员工劳动强度，节约了劳动力成本。用计算机替代生产中各种危险和耗费大量人力物力的环节，提高了安全生产系数。在此控制系统下，煤层气井的排采符合连续、渐变、稳定、高效的排采模式，降低了煤层气井排采成本，提高了排采效率和精细排采程度，使煤层气的勘探开发进入了安全化生产、智能化排采、精细化管理阶段。

　　随着智慧气田建设深入推进，包括地上地下一体化布井、生产动态分析、生产调度管控、工程项目标准化施工的信息化管理、物资管控等，从生产现场到调控中心立体化气田生产监控、运行、指挥的模式即将形成，未来将是更加快捷高效的智慧型煤层气建设及生产运营管理系统。

（编辑：韩语）

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