本發(fā)明屬于煤層氣井開發(fā)工程領(lǐng)域，特別涉及一種控制煤層氣井的排水泵工作周期的方法。

背景技術(shù)：

煤層氣井即為用于抽采煤層氣的地面井。在開采過程中，煤層常常會滲出大量的地下水，為了避免滲出的地下水影響煤層氣的開采，通常使用舉升系統(tǒng)驅(qū)動井下的排水泵來排出地下水。然而，在煤層氣井解吸產(chǎn)氣后，從煤層滲出的地下水會逐漸減少，使得地下水將會很快被排盡，如果此時依然讓排水泵按照煤層氣井解吸產(chǎn)氣前的工作狀態(tài)一直持續(xù)工作，無疑將會導(dǎo)致舉升系統(tǒng)做大量的無用功，造成了資源的浪費，所以現(xiàn)在需要一種能夠周期性的控制排水泵工作方法，以使得排水泵根據(jù)煤層氣井的實際狀態(tài)調(diào)整排水泵的工作周期。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決排水泵做無用功的問題，本發(fā)明實施例提供了一種控制煤層氣井的排水泵工作周期的方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種控制煤層氣井的排水泵工作周期的方法，所述方法包括：

根據(jù)煤層氣井的生產(chǎn)套管的內(nèi)徑、所述抽油管的外徑、所述煤層底端至所述排水泵的吸入口所在平面的間距計算所述煤層氣井的滲水空間的體積，所述滲水空間為所述煤層底端、所述排水泵吸入口所在平面、所述生產(chǎn)套管的內(nèi)周壁以及所述抽油管的外周壁所圍成的環(huán)狀空間；

根據(jù)所述滲水空間的體積和所述煤層氣井的每小時滲水量計算所述排水泵的停機(jī)時間；

根據(jù)所述滲水空間的體積、所述排水泵的每小時理論排水量和所述排水泵的實際排水效率計算所述排水泵的工作時間；

按照所述排水泵的停機(jī)時間和所述排水泵的工作時間控制所述排水泵的工作周期。

進(jìn)一步地，所述計算所述煤層氣井的滲水空間的體積，包括：

采用公式計算出所述滲水空間的體積，

其中，d為所述生產(chǎn)套管的內(nèi)徑，d為所述抽油管的外徑，h為所述煤層底端至所述排水泵吸入口所在平面的間距。

進(jìn)一步地，所述計算所述排水泵的停機(jī)時間，包括：

采用公式計算出所述排水泵的停機(jī)時間，

其中，q為所述煤層氣井的每小時滲水量。

進(jìn)一步地，所述計算所述排水泵的工作時間，包括：

采用公式計算出所述排水泵的工作時間，

其中，v為所述排水泵的每小時理論排水量，η為所述排水泵的實際排水效率，且0＜η＜1。

進(jìn)一步地，所述排水泵的實際排水效率為50％。

進(jìn)一步地，所述煤層氣井的每小時滲水量通過液量計量儀獲得。

進(jìn)一步地，所述排水泵的每小時理論排水量，采用以下方式獲得：

確定所述排水泵吸入口的內(nèi)徑、所述排水泵的沖程以及所述排水泵每小時的沖次；

采用公式v＝π×l²×n×s計算出所述排水泵的每小時理論排水量；

其中，l為所述排水泵吸入口的內(nèi)壁半徑、s為所述排水泵的沖程、n為所述排水泵每小時的沖次。

進(jìn)一步地，所述沖程為1.5m至1.8m。

進(jìn)一步地，所述沖次為1次/min至3次/min。

另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種控制煤層氣井的排水泵工作周期的裝置，所述裝置包括：

計算單元，用于根據(jù)煤層氣井的生產(chǎn)套管的內(nèi)徑、所述抽油管的外徑、所述煤層底端至所述排水泵的吸入口所在平面的間距計算所述煤層氣井的滲水空間的體積，所述滲水空間為所述煤層底端、所述排水泵吸入口所在平面、所述生產(chǎn)套管的內(nèi)周壁以及所述抽油管的外周壁所圍成的環(huán)狀空間；根據(jù)所述滲水空間的體積和所述煤層氣井的每小時滲水量計算所述排水泵的停機(jī)時間；根據(jù) 所述滲水空間的體積、所述排水泵的每小時理論排水量和所述排水泵的排水效率計算所述排水泵的工作時間；

控制單元，用于按照所述排水泵的停機(jī)時間和所述排水泵的工作時間控制所述排水泵工作。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

通過煤層氣井的滲水空間的體積和煤層氣井的每小時滲水量，計算得到排水泵的停機(jī)時間，通過滲水空間的體積、排水泵的每小時理論排水量和排水泵的實際排水效率，計算得到排水泵的工作時間。當(dāng)滲水空間內(nèi)的地下水漲滿時，排水泵開始工作，直至滲水空間內(nèi)的地下水被排盡，從排水泵開始工作到地下水被排盡的這段時間為排水泵的工作時間，地下水被排盡后，排水泵停止工作，此時地下水重新在滲水空間內(nèi)積累，從排水泵停機(jī)到地下水從新漲滿滲水空間的這段時間為排水泵的停機(jī)時間，當(dāng)滲水空間內(nèi)的地下水再次漲滿時，排水泵開始工作重新開始工作，從而形成排水泵的工作周期，以達(dá)到節(jié)約舉升系統(tǒng)能耗的目的。并且由于通過計算分別得到了排水泵的停機(jī)時間和排水泵的工作時間，所以排水泵的工作周期十分準(zhǔn)確，井內(nèi)液位始終保持在煤層底端以下，從而避免了井內(nèi)液面波動影響煤層壓力，保證了煤層氣井內(nèi)的流壓穩(wěn)定，進(jìn)而使得煤層氣井產(chǎn)氣穩(wěn)定。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種控制煤層氣井的排水泵工作周期的方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的煤層氣井的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的排水泵的工作狀態(tài)與液面高度的關(guān)系示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的另一種控制煤層氣井的排水泵工作周期的方法的流程圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的排水泵的停機(jī)時間和每日滲水量的關(guān)系示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的排水泵的工作時間和滲水空間體積的關(guān)系示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實施例一

本發(fā)明實施例提供的一種控制煤層氣井的排水泵工作周期的方法，如圖1所示，該方法包括：

步驟101：根據(jù)煤層氣井的生產(chǎn)套管的內(nèi)徑、抽油管的外徑、煤層底端至排水泵的吸入口所在平面的間距計算煤層氣井的滲水空間的體積。

圖2為煤層氣井的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2，滲水空間為煤層底端a、排水泵吸入口所在平面b、生產(chǎn)套管的內(nèi)周壁c以及抽油管的外周壁d所圍成的環(huán)狀空間。

步驟102：根據(jù)滲水空間的體積和煤層氣井的每小時滲水量計算排水泵的停機(jī)時間。

步驟103：根據(jù)滲水空間的體積、排水泵的每小時理論排水量和排水泵的實際排水效率計算排水泵的工作時間。

步驟104：按照排水泵的停機(jī)時間和排水泵的工作時間控制排水泵的工作周期。

本實施例通過煤層氣井的滲水空間的體積和煤層氣井的每小時滲水量，計算得到排水泵的停機(jī)時間，通過滲水空間的體積、排水泵的每小時理論排水量和排水泵的實際排水效率，計算得到排水泵的工作時間。圖3為排水泵的工作狀態(tài)與液面高度的關(guān)系示意圖，參見圖3，當(dāng)滲水空間內(nèi)的地下水漲滿時，排水泵開始工作，直至滲水空間內(nèi)的地下水被排盡，從排水泵開始工作到地下水被排盡的這段時間為排水泵的工作時間，地下水被排盡后，排水泵停止工作，此時地下水重新在滲水空間內(nèi)積累，從排水泵停機(jī)到地下水從新漲滿滲水空間的這段時間為排水泵的停機(jī)時間，當(dāng)滲水空間內(nèi)的地下水再次漲滿時，排水泵開始工作重新開始工作，從而形成排水泵的工作周期，以達(dá)到節(jié)約舉升系統(tǒng)能耗的目的。并且由于通過計算分別得到了排水泵的停機(jī)時間和排水泵的工作時間， 所以排水泵的工作周期十分準(zhǔn)確，井內(nèi)液位始終保持在煤層底端以下，從而避免了井內(nèi)液面波動影響煤層壓力，保證了煤層氣井內(nèi)的流壓和產(chǎn)氣量始終穩(wěn)定。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了另一種控制煤層氣井的排水泵工作周期的方法，該方法可以應(yīng)用于長治煤層氣勘探開發(fā)分公司所轄的h2-2井中，為了能夠更詳細(xì)的描述本發(fā)明所提供的方法，下面將通過實際的具體數(shù)值對該方法進(jìn)行進(jìn)一步地說明，參見圖4，該方法包括：

步驟201：獲取煤層氣井的生產(chǎn)套管的內(nèi)徑、抽油管的外徑、煤層底端至排水泵的吸入口所在平面的間距。

其中，煤層底端至排水泵的吸入口所在平面的間距，可以為煤層底端所在平面的高度與排水泵的吸入口所在平面的高度差，即786m-771.2m＝14.8m，生產(chǎn)套管的內(nèi)徑為124.26mm，抽油管的外徑為73mm。

步驟202：根據(jù)煤層氣井的生產(chǎn)套管的內(nèi)徑、抽油管的外徑、煤層底端至排水泵的吸入口所在平面的間距計算煤層氣井的滲水空間的體積。

其中，滲水空間為煤層底端、排水泵吸入口所在平面、生產(chǎn)套管的內(nèi)周壁以及抽油管的外周壁所圍成的環(huán)狀空間。在口袋空間(即前文描述的滲水空間)存儲效應(yīng)的作用下，煤層氣井的儲煤層內(nèi)的水會滲流至滲水空間，并在滲水空間內(nèi)逐漸積累，所以該環(huán)形空間為煤層氣井內(nèi)的主要積水區(qū)域，因此將該環(huán)形空間作為滲水空間可以較為準(zhǔn)確的得出煤層氣井內(nèi)的實際積水量。

實現(xiàn)時，采用公式計算出滲水空間的體積，其中d為生產(chǎn)套管的內(nèi)徑，d為抽油管的外徑，h為煤層底端至排水泵吸入口所在平面的間距。具體地，將d＝124.26mm、d＝73mm、h＝14.8m帶入上述公式中可得v＝0.15m³，從而得出滲水空間的體積，即當(dāng)煤層氣井內(nèi)的地下水漲滿時的積水量。

步驟203：獲取煤層氣井的每小時滲水量。

實現(xiàn)時，可以通過液量計量儀得到煤層氣井的每小時滲水量，從而能夠準(zhǔn)確的得到煤層氣井的每小時滲水量。在上述實現(xiàn)方式中，為了簡化操作，液量計量儀可以為量杯和計時器，通過量杯測量滲水量，與此同時，通過計時器記錄滲水時間，從而測量出單位時間內(nèi)煤層氣井的滲水量，具體地，該煤層氣井 的日滲水量為0.1m³，容易得到煤層氣井的每小時滲水量為0.0042m³。

步驟204：根據(jù)滲水空間的體積和煤層氣井的每小時滲水量計算排水泵的停機(jī)時間(詳見圖5中所示的每日滲水量和排水泵的停機(jī)時間的關(guān)系示意圖)。在上述實現(xiàn)方式中，通過滲水空間的體積和煤層氣井的每小時滲水量可以計算得出地下水積滿滲水空間所需要的時間，當(dāng)?shù)叵滤e滿滲水空間后，為了保證煤層氣井的正常工作，此時就需要啟動排水泵，以排出地下水，所以可以將地下水積滿滲水空間所需要的時間等同于排水泵的停機(jī)時間。需要說明的是，由于隨著時間的推移，滲水空間體積可能會出現(xiàn)一定的變化，其中最大滲水空間體積由l2表示，最小滲水空間體積由l1表示，由圖5可得，當(dāng)每日滲水量一定時，滲水空間體積越大，停機(jī)時間可以越長。

實現(xiàn)時，采用公式計算出排水泵的停機(jī)時間，其中，q為煤層氣井的每小時滲水量。具體地，將v＝0.15m³，q＝0.0042m³/h帶入上述公式中可得t1＝35.7h，即排水泵的停機(jī)時間。需要說明的是，在其他實施例中，v的具體數(shù)值可以根據(jù)實際需求進(jìn)行改變，例如，限定當(dāng)積水容量到達(dá)滲水空間的體積的一半時，排水泵就開始工作，那么此時v的數(shù)值為滲水空間的體積的一半，即0.075m³，本發(fā)明對此不做限制。

步驟205：確定排水泵的每小時理論排水量和排水泵的實際排水效率。

具體地，采用公式v＝π×l²×n×s計算出排水泵的每小時理論排水量，其中，l為排水泵吸入口的內(nèi)壁半徑、s為排水泵的沖程、n為排水泵每小時的沖次。

更具體地，1.5m≤s≤1.8m、1次/min≤n≤3次/min，從而起到限定排水泵的電機(jī)扭矩，提高舉升系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。

優(yōu)選地，l＝38mm，s＝1.5m，n＝1。在上述實現(xiàn)方式中，考慮到煤層氣井的每小時滲水量較小，所以限定了排水泵的沖次和沖程，以起到降低電機(jī)的扭矩，提高舉升系統(tǒng)的穩(wěn)定性的作用。

優(yōu)選地，將排水泵的實際排水效率設(shè)定為50％，從而起到節(jié)約能源的作用。

步驟206：根據(jù)滲水空間的體積、排水泵的每小時理論排水量和排水泵的實際排水效率計算排水泵的工作時間(詳見圖6中所示的滲水空間的體積和工作時間的關(guān)系示意圖)。在上述實現(xiàn)方式中，可以通過滲水空間的體積、排水泵的每小時理論排水量和排水泵的實際排水效率計算出排盡滲水空間內(nèi)地下水的時 間，當(dāng)?shù)叵滤慌疟M后，排水泵停止工作，等待下一次的重新啟動，以降低能耗，所以可以將排盡滲水空間內(nèi)地下水所需的時間等同于排水泵的啟動時間。

在本實施例中，當(dāng)排水泵的沖程限定為1.5m，排水泵吸入口的內(nèi)壁半徑限定為38mm，此時工作時間與滲水空間體積的關(guān)系用l3表示；當(dāng)排水泵的沖程限定為1.8m，排水泵吸入口的內(nèi)壁半徑限定為44mm，此時工作時間與滲水空間體積的關(guān)系用l4表示，由此可見，當(dāng)滲水空間內(nèi)積水體積一定時，排水泵的沖程和內(nèi)壁半徑越小，其排光積水所需的時間越多。

實現(xiàn)時，采用公式計算出排水泵的工作時間，其中，v為排水泵的每小時理論排水量，η為排水泵的實際排水效率，且0＜η＜1。具體地，將v＝0.15m³，η＝50％帶入上述公式可得t2＝2h，即排水泵的工作時間。

步驟207：按照排水泵的停機(jī)時間和排水泵的工作時間得到排水泵的工作周期，通過工作周期設(shè)定排水泵的工作時間和停機(jī)時間，從而達(dá)到節(jié)約能源的作用。

將本實施例中說提供的方法應(yīng)用于長治煤層氣勘探開發(fā)分公司所轄的h2-2井中后，從2014年8月22日開始，排水泵嚴(yán)格執(zhí)行工作2小時、停機(jī)35.7小時的工作周期，截止2015年6月25日，該井依然正常工作，日產(chǎn)氣量由745-762m³提高到了1273m³，舉升系統(tǒng)較未使用該方法時節(jié)能94.69％。

實施例三

本發(fā)明實施例提供的一種控制煤層氣井的排水泵工作周期的裝置，該裝置包括：

計算單元，用于根據(jù)煤層氣井的生產(chǎn)套管的內(nèi)徑、抽油管的外徑、煤層底端至排水泵的吸入口所在平面的間距計算煤層氣井的滲水空間的體積，滲水空間為煤層底端、排水泵吸入口所在平面、生產(chǎn)套管的內(nèi)周壁以及抽油管的外周壁所圍成的環(huán)狀空間；根據(jù)滲水空間的體積和煤層氣井的每小時滲水量計算排水泵的停機(jī)時間；根據(jù)滲水空間的體積、排水泵的每小時理論排水量和排水泵的排水效率計算排水泵的工作時間；

控制單元，用于按照排水泵的停機(jī)時間和排水泵的工作時間控制排水泵工作。

由于本實施例所提供的控制煤層氣井的排水泵工作周期的裝置適用于上述 實施例一所述的控制煤層氣井的排水泵工作周期的方法，所以該裝置具有實施例一的所有有益效果，在此不再贅述。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。