煤层气井智能排采控制系统

一、煤层气现状及发展前景

煤层气, 又名瓦斯 , 一直被人们视为引起煤矿安全事故的罪魁祸首，以至于有人谈“瓦”色变。然而近年来，随着世界能源局势持续紧张，人们已经认识到煤层气作为一种清洁、经济的能源可有效缓解世界能源危机 , 人们治理瓦斯的思路也逐渐由“抽排”转向“利用”。20 世纪 70 年代以来，世界上一些主要产煤国家纷纷涉足这一领域，在勘探开发理论与开采应用技术方面进行了大量的研究与试验工作，取得了突出的成就，使这一产业得到快速发展。

中国煤层气地面勘探工作开始于 1989 年 , 到目前为止已在12个省、自治区登记了 64 个煤层气勘探区块 , 勘探区块总面积为 8181013km2，在我国未来几十年内天然气将获得飞速的发展。

二、煤层气排采制度

煤层气排采以不伤害煤层为原则，各排水阶段的井底流压分析和控制是核心工作，在各因素综合作用下，煤层气井井底流压的变化与常规油气井相比错综复杂。排采管理就是使排采设备的工作制度随井底流压的变化而变化。从而实现对煤层气井单相水流、不饱和两相流和两相流3个阶段平稳过渡的有效控制。排采初期要摸索地层产液能力以及泵对煤粉的适应性，逐步提高排采强度，保持井底流压的稳步降低，避免出现大起大落。

排水阶段：要避免两相流的影响，所以要延长排采时间，控制产水量，把井底流压降到预测范围，这样可以扩大降压面积，有效避免煤层气锁，为以后提高产气量奠定基础。

憋压排水阶段：产水量逐步减少，降压面积逐步增大，次级裂隙、微裂隙开始解吸见气。这时液面基本降到煤层附近，为了继续扩大降压面积，不能急于放气，要稳住流压，进行憋压排采。

控压产气阶段：降压面积逐步增大，微裂隙、基质孔隙均开始解吸，产水量很少，但对微孔隙、基质孔隙降压影响巨大。根据区块的产能情况，还要不同程度地控制流压，避免应力突变造成裂缝闭合及煤粉堵塞。

高产、稳产阶段：前期降压仍在继续，应坚持开井排采；后期降压面积完全形成，基本不产水，可采取间抽或停抽。

衰竭阶段：停止排采，0套压产气。

三、智能排采控制系统简介

针对煤层气井排水采气生产周期长、液面（井底流压）控制对气量影响大、临界解析压力不易控制等特点，我公司研发了一套能够自动控制排采强度的煤层气井智能排采控制系统，可按照排采制度要求精确控制井底流压（动液面)。

3．1系统组成

数据采集处理系统：该部分采用瑞士ABB公司生产的AC500控制单元及配套I/O模块，完成现场数据的采集、处理、分析、计算、输出以及控制箱自身工作环境的调节等工作；

人机界面交互系统：该部分采用Kinco公司生产的7寸高性能触摸屏，主要供巡井人员现场查看运行参数及参数设定；

无线网络传输系统：该部分由井场现场DTU模块及远程数据中心防火墙、服务器等组成，在确保数据安全的基础上实现对井场参数的远程巡视及调整、控制。

3．2控制功能

煤层气井智能排采控制系统采用了我公司自主研发的一系列先进控制算法，主要包括：

Ø        信号预处理技术：滤除一些非关键性信号扰动，为控制算法提供最真实的控制信号；

Ø        智能PID控制：主要解决一般性扰动的控制问题，它与模糊控制算法结合在一起使煤层气井液位控制指标得到根本性的提高。

Ø        液位专家算法：密切监视液位变化，及时对变频频率进行调整，提高液位控制精度；

Ø        仪表故障保护功能：当测量仪表信号短暂出现故障时，水泵输出保持故障前一时刻值，确保运行安全；

Ø        运行数据集中管控功能：多口井系统数据可以远传至中央控制室进行集中管控，方便用户实时远程了解系统运行状况以及远程控制井场运行参数；

Ø        安全限幅功能：该功能可以将变频运行频率限定在安全幅度以内，有效保护设备安全运行；

Ø        操作界面分级授权：根据用户级别的不同分配不同的操作权限，防止未授权人员越权操作；

Ø        抽油机自动调平功能：系统能够根据抽油机负荷的变化实时不间断地对抽油机平衡状态进行检测、调整，使抽油机时刻运行在最佳平衡状态，节约电能，延长设备使用寿命；

Ø        软测量技术：能够根据现场已有参数，软测量出气井产水量、电耗等参数；

四、现场应用情况

2013年 7月和隆优化公司第一套煤层气井智能排采控制系统在山西某煤层气井进行了测试，以下为三天的实测数据：

7-13（-0.02MP/天）
时间	SP（MPa）	PV（MPa）
0:00	2.2968	2.2966
1:00	2.2959	2.2957
2:00	2.2951	2.2950
3:00	2.2943	2.2942

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋