煤层气是存在于煤层中的一种伴生矿产,以大量吸附气的形式附着于煤基质颗粒表面、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中。煤层气是近一二十年在国际上崛起的一种优质清洁能源,其主要成分是CH₄。煤矿中的煤层气因极易引起爆炸等安全事故,是安全生产的重要威胁,将煤矿中的煤层气合理开采具有很重要的实际意义,不仅可以提高煤矿安全指数、保护开采员工的人身财产安全,采出的煤层气还可以作为天然气消费结构中重要的支撑,保证我国能源供应安全,改善目前部分地区不合理的能源结构。虽然我国拥有十分丰富的煤层气资源,埋深2000m以浅煤层气地质资源量为29.82×10¹²m³,可采资源量12.5×10¹²m³,但目前部分区域煤层气勘探开发利用是非常滞后的,需要引入和开发相关先进的配套技术来促进煤层气的低成本高效开发。多煤层在我国许多地区含煤地层中普遍发育。对多煤层发育地区实施合层排采工艺技术是降低煤层气开发成本、提高产能的重要举措之一,协调好多煤层的共采对高效开发煤层气井十分重要,对于煤层气井多煤层共采时,井下参数的获取是十分重要的,然而现在并没有通用的煤层气排采设备供选择来完成相关参数的获取。研制和改进出一套适合多煤层合采的安装于垂直井段的井下排采参数监测系统,利用所采参数获得合采中各气层生产情况及产能贡献,及时了解煤层气井的生产层位状态,对于实现煤层气井的高效开发具有重要的现实意义。本选题根据生产需要立项研制和改进出了“煤层气井下排采监测系统”。该监测系统可以采集井下不同深度煤层处的生产参数,采集到的数据通过长距离的线缆在地面发出指令后上传至地面工控机内,利用所采参数计算获得各气层生产情况及产能贡献,通过获得的情况及时了解煤层气井的生产层位状态,可以发现煤层气井潜在的问题,从而给排采方案的调整提供参考意见,对实现煤层气井的高效开发具有重要的现实意义。论文撰写主要围绕研发优化煤层气井下排采监测系统展开工作。主要内容如下:第一章首先说明了开发煤层气的目的和意义,同时分析国内外多煤层合层开发及利用相关监测仪器录取参数提高开发效率的内容,提出了本文的研究内容。第二章介绍了煤储层开采机理,研究煤储层的微观结构,分析储层内流体的流动及开采时产出机理。分析了煤储层的孔隙结构特征,介绍了煤层气藏的赋存特征,和煤层气井的生产特征,主要从解吸机理、扩散机理、渗流机理三方面进行说明。分析气体在井筒中的两相流的流型,后续介绍煤层气在井筒中流动的影响因素。第三章从煤层气排采监测系统各部分组成进行分析和讲解,首先从监测系统构架进行介绍,后面介绍了井底气泡监测装置组成部分,重点对气泡传感器的组成设计和检测电路进行介绍,接着对选取的压力传感器及相关参数进行介绍,并对压力传感器进行标定;后续也对温度传感器进行选型和标定;最后介绍数据采集系统部分,在该部分讲解了数据的采集、传输、存储系统。对煤层气排采监测系统井下的采集板和线缆进行防水抗压密封实验。在第四章中为了较为清楚的掌握气泡在井筒内的运动情况,当气泡经过气泡传感器时,用探针记录下数据情况,通过软件绘制成相关图谱,观察井筒内产生的气泡流型;本章对煤层气井下排采监测系统的试验数据进行分析,分析出气泡的速度和体积,同时根据相关公式推导,得到合采情况下单层的产气量公式。第五章首先选取准噶尔盆地阜康矿区的一口典型煤层气排采井FS-4井,完整记录排采监测系统组配到下井全过程;然后列举了沁水盆地晋城矿区的JS-064井的,完整记录仪器组配到下井全过程。根据两口井井下监测探头获得的相关参数,将参数代入进行模拟,模拟井筒内情况,从而便于了解储层情况。第六章对煤层气排采监测系统的应用前景进行相关的展望。第七章得出本文结论,指出本次研究的创新点,并对后续将要进行的深入研究进行展望。本文所取得的创新点如下:(1)改变在煤层气井中多短节多点多线独立上传为单一总线上传煤层气井下排采监测系统由前期设计的每个井下主体短节都要通过线缆向地面控制装置上传数据,改为目前多线汇聚至一起通过一根总线上传,通过每个井下主体短节,把井下多个主体短节检测到的数据进行有序的上传。(2)完成模拟井筒气液两相流流型图谱的识别在模拟井筒中当气泡经过气泡传感器时,气泡探针记录下数据情况,通过软件绘制成相关图谱,可以较为清楚的了解目前煤层气井筒中的气液两相流形态,识别井筒中的流型,为后续判别流型提供一定的参考。(3)利用采集的多煤层储层参数对各层产气贡献进行区分将现场采集到井筒环空中不同煤层处的气泡、压力及温度数据进行演算,推导出相关的温度、压力和气泡数据,利用产能公式计算各层位的产气量,从而推导各层的产气贡献率,运用多相流稳态模拟计算软件,模拟井筒内情况。综上所述,煤层气井下排采监测系统的研发,综合利用了多学科的理论及技术,较好的完成了煤层气井多储层排采中生产层位状态的判断。该排采监测系统研发过程中,主要研究了煤储层特征、排采机理、传感器的组成设计、气泡传感器的检测电路、监测系统的水下密封等内容,相关的研究及试验结果证明该探测技术基本达到了预期目的,但仍有较多的相关研究亟待在后续的工作中进行进一步深入研究。