(一)煤层气的生产过程
煤层气的生产过程主要包括3个阶段，即气源勘探、矿山生产建设和气体排采。后两个阶段的开发技术流程主要为:确定井位、钻井、下套管固井(表层套管和生产套管)、射孔完井、压裂和排采等。
1.煤层气井钻井
煤层气井钻井与固井及完井同属煤层气地面开采的一个重要部分，它主要是提供能满足压裂和排采作业的优质井孔条件，其主要要求是防止或减少煤储层污染、保证井身质量、固井质量。煤层气钻井主要有采空区(洞穴)钻井、垂直钻井和水平钻井3种，其中垂直钻井是目前煤层气开采的主要钻井方式。
煤层气主要吸附在煤的内表面上，煤的割理与其他裂隙一般为水所充填，只有排水解吸，煤层气才能运移出来，所以煤层气的产能很低。另外，煤层气解吸首先是扩散运移，然后在割理和裂隙中实现达西流运移，这一过程比较缓慢，所以单井日产量低。煤层气井的最大井距一般为m，井眼显然十分密集。尽管煤层气井一般较浅，但是较低的单井日产气量和密集的钻井，造成整个开采区高的钻井费用。从固定资产投入上讲，这一阶段的投资较高。
美国在过去的研究中，在钻井方面已经解决了煤储层保护、煤层钻井和煤层取心等问题和关键技术。在规模煤层气生产中，这一阶段的主要任务是选择好钻井位置和井距排列，以及钻井设计、钻井类型与钻井方式。
2.测井
所谓测井是指一种井下测量，这种测量以深度为函数，通过测量随深度变化的物理性质，可以推断出岩石的各种性质，以及流体的流动情况、水泥胶结质量和套管腐蚀等。其主要工作是利用测井资料进行地层分析、岩性判断、构造研究;计算煤储层参数;测量钻井井径、斜度;检测固井质量;检测压裂效果等。利用测井资料和其他资料相结合，可获得潜在目标煤层的关键储层特性，确定开发方案。
3.完井
从地面钻井到达目标煤层后，要进行完井处理，使煤层气井与煤层的天然裂隙和割理系统建立有效联系。煤层气完井方法是指煤层气井与煤层的连通方式，以及为实现特定连通方式所采用的井身结构、井口装置和有关的技术措施。完井过程中有时可能会造成对煤层的损害，使渗透率降低。因此在选择煤层气井的完井方法时必须最大限度保护煤层，防止对目标煤层造成伤害，减少煤层气流入井筒的阻力。煤层气完井主要采用裸眼完井、套管完井、混合完井、裸眼洞穴完井和水平井完井等方式。
4.煤层压裂
虽然大多数煤层在自然状态下都存在原生裂隙，但为了达到工业性产气量，通常需要对煤层进行水力压裂，以产生裂缝使解吸的煤层气很容易地流向井筒。
完井和压裂是煤层气开采的关键环节，也是提高采收率的有效措施。对于煤层气的完井，可以分为不同类型，按完井的煤层数可以分为单煤层完井和多煤层完井;按完井的井型可以分为直井完井和水平完井。美国的有关研究表明，煤层气资源的%左右可用直井采出，但一些地区采用水平井可以获得更大的效益，采用水平井完井的优点在于提供与煤层的最大接触面，提高采收率。
进行煤层压裂的目的是使井筒与煤层的天然裂缝更有效连通，扩大煤层的连通性，提高产气量。在压裂中采用不同的压裂液对于提高采收率在时间和增量上是不同的。压裂技术和压裂液的选择主要是以煤层的特性为依据的。
5.排水采气
由于煤层气储层与天然气储层有很大差别，所以煤层气生产与天然气生产不同。煤层中天然裂隙或割理通常被水饱和，煤中甲烷吸附在煤上。要采出甲烷，首先要让它从煤中解吸出来。只有在抽出足够的水之后，煤层压力降至煤的解吸压力后解吸开始。煤层压力小于或等于解吸压力，气体从煤中解吸，顺割理流动到压裂裂缝，然后流到井筒中。因此，煤层气开始产气之前首先要排出大量的水。
图6－9是美国黑勇士盆地煤层气井典型的产水量和产气量曲线［］。从图中可看出，开采初期有大量的水被排出，随着储层压力的降低，产水量下降。何时开始产气，与煤层气含量、储层压力和吸附等温线三者密切相关。产气量对储层特性极其敏感。黑勇士盆地的开发经验显示，在许多井中，最大产气阶段在3年或3年以后。获得最大产量的时间长度随渗透率的降低和井间距离的增大而延长。
为了能够降低储层压力，促使气体从煤体上解吸附，必须不间断地进行排水。因此，降低含水饱和度也可以提高储层的气相相对渗透率，从而提高煤层气通过天然裂缝(割理)流向井眼的能力。近井地带较高的含水饱和度可以影响产气量。据观测，当一口井在煤层截面处排水采气时，煤层中的水能积聚超过1m深，影响产气量。而降低泵挂深度使液面始终低于煤层，则产气量增加。因此，降低近井地带的含水饱和度，可以提高煤层气的产量。
(二)煤层气生产
煤层气与其他气藏相比具有3个方面的特点:①煤层气在煤中的储集是以吸附状态附着于煤的表面。②在进行大量开采之前，必须降低平均储层压力。③储层中一般都有水，在采气的同时，必须进行排水以及排水处理。由于煤层的这些特点，在从事煤层气的生产时，技术上涉及几个方面的问题:最大限度地降低井口压力;水、气的地面分离;采出气压缩到输送压力;采出水的处置或处理。因此，与常规天然气生产项目不同，煤层气开采项目需要增加一些特殊设备和相应的操作费用，如井下泵、分离器和水处理装置等。由于煤层气一般只能提供较低的煤层气产量，所以煤层气项目的特点是固定资产投资费用较低，而生产和维护费用较高。
煤层气的开采方法和开采设备主要包括地面设备的设计布局、井的设计、排水泵的类型、气水分离器、集输管线、流量测试的选择、气体的处理和压缩，以及水处理工艺方法等。
有效开采煤层气的关键是保持低成本和确定如何维持产气量。其经济上的好坏很大程度上取决于日常操作成本费用，包括维护保养、修理、材料费用、设备租金、井维修费用、药品与处理费用、泵送与野外技术监督费用、道路维护费用、电力费用、资本回收等。如果设计得当，初期生产设备选用合理，可以降低这些费用。
操作成本的大小因项目的不同有很大的差异，即使同一个项目，整个开采过程的费用也不一样。随着设备投入运行，成本会趋于更高。使用自动化数据库跟踪日操作成本，可以降低操作费用，提高操作效率。
当然，每口井都有其自己的运行规律，掌握这一规律对于确定采用何种措施来提高目前的产气量，维持或提高投资收益率，是十分必要的。因此，安装足够的计量设备和地面设施，对于良好的生产管理至关重要。如果生产经营者具有数据库，可将日生产数据和月生产数据按完井方式的不同、地理位置或操作区域进行分类，然后进行开采曲线分析和关联，随时掌握生产动态的变化。
图6－9 典型的煤层气井产水量和产气量开采曲线［］
(三)煤层气投资与生产成本分析
1.煤层气生产的固定资产投入
煤层气开采的主要投资包括:地质勘探量、地球物理测井量、矿业权使用费及价款、钻井量、完井量、实施增产措施量、产气设备及安装量、气体收集设施及安装量、水处理系统建设量。
(1)地质勘探、地球物理测井、矿业权使用费及价款。在煤层气开采之前，首先要对获得租地的位置、地质勘探和地球物理测井的费用和基础工程费用进行可行性研究。除此之外，还有租借权和许可证的支出。这些初期费用相差很大，对于一个具有商业性开发价值的项目来说，每口井在这方面的花费在万～万元之间。
(2)土地使用费。土地使用费主要是征地使用费。
(3)钻井、完井和增产措施费。煤层气井要比常规气井浅，因此其钻井和完井成本通常较低。通常采用泥浆基钻井液旋转钻开煤层气井，并且全井下套管。近年来，国外的裸眼洞穴完井得到普及，就是在煤层段不下套管，让其自然地形成洞穴。一般来讲，一口m深的井，其钻井和完井费用在万～万元之间。
(4)生产设备费用。煤层气开采需要专门的矿场和生产设备。大多数的煤层气开采都伴有大量的水产出，因此，地面设施应包括:人工举升、气水分离及水处理系统。每口井的地面装置成本在万～万元之间，其中包括井口设备和抽水采气设备费用。
(5)气体处理和压缩费用。煤层气的气体处理和压缩费用通常在总费用中要占很大的比例。由于煤层气井一般是在低于kPa的低回压条件下操作，故对大多数煤层气井来说，都需要进行压缩，把井口压力提高到4M～7MPa的管线压力。在气体处理中，需要脱除占总气体4%～6%的CO2(有时超过%)。气体的处理和压缩费用通常由管道或气体集输公司支付。
(6)其他费用。投资费用还要加上%的工程费、管理费和其他不可预见费用。
2.煤层气生产成本分析
煤层气井的开采和维修费用通常比常规气井高得多。除了正常的井维修和矿场维修外，煤层气井需要对产出气和产出水进行处理。开采和维修费用包括一些日常的活动经费，如现场人员费用、修井成本、设备维修和动力供给成本。通常，每口井每年的开采和维修费用约为.万元。如果将工程和维修费用划归到井上，根据煤层气井开采的难易程度和开采的规模，每口井每年又要花费3万～5万元。根据采用的水处理技术，产出水的处理费用在.元/m3。气体的处理和压缩费用是.元/m3。当然，这些费用根据现在应用装置的数量和类型有所变化。
关于超声波无损检测技术的应用研究
摘要：超声波无损检测技术是现代科学技术发展的产物，其检测的过程会很好的保护试件的质量和性能，从而获取物品的性质和特征对其进行检测。超声波无损检测技术通过结合高科技的技术来完成检测的过程，检测的结果真实可靠，可以体现出超声波无损检测技术的应用性，同时超声波无损检测技术在检测时，也存在一些缺点。
关键词：超声波无损检测;脉冲反射式技术;检测技术
中图分类号：P 文献标识码：A 文章编号：-()--
超声波无损检测技术在检测的过程中，会使用到很多的技术，这些技术既满足了检测的需要，又能有效的解决检测中出现的问题。经过技术人员的不断探索，通过人工神经网络的技术来减少检测的缺陷，并实现了降低噪音的效果，满足了超声波无损检测的更高要求。在检测的过程中，要合理科学的利用技术手法，来提高检测结果的准确性。
1 超声波无损检测技术的发展趋势和主要功能
1.1 超声波无损检测技术的发展趋势
在超声波无损检测技术应用的过程中，需要很多理论知识的支持，检测时也对检测的方法和工艺流程有严格的要求，这些规范的检测方式使超声波无损检测的结果可以更准确。发现检测缺陷时，技术人员应用非接触方式的检测技术，运用激光超声来提高检测的效果，所以未来超声波无损检测技术一定会向着自动化操作的水平去发展。自动化的检测方法可以简化检测工作，实现专业检测的目标，扩大超声波无损检测技术应用的范围，同时随着超声技术的应用，在检测的过程中，也会实现数字化检测的目标，利用超声信号来处理技术的应用，使检测技术可以实现统一使用的要求，同时数字化操作的检测过程也会提高检测的准确性，有利于检测技术的发展。所以超声波无损检测技术将会实现全面的现代化操作要求，利用现代化科学技术的发展，来规范超声波无损检测的检测行为，也具备了处理缺陷的功能，提高了检测的效率。
1.2 超声波无损检测技术系统的主要功能
目前，我国超声波无损检测主要应用的技术是脉冲反射式的检测方法，这种技术的应用可以准确的定位缺陷出现的位置和形式，具有非常高的灵敏度，简化了技术人员检查缺陷的工作，完善了技术标准。脉冲反射式的检测技术还具有非常高的灵活性和适用性，可以适应超声波无损检测的要求，并实现一台仪器检测多种波形的检测工作。根据脉冲反射式的检测技术要求，可以实现缺陷检查的功能、操作界面切换显示的功能、显示日历时钟的功能，在实际的检测过程中功能键的使用也非常方便，简化了技术人员的操作过程，并且脉冲反射式技术具有灵敏度高的功能，使其可以及时的发现检测过程中出现的缺陷，有利于技术人员进行检修的工作，提高了检测工作的工作效率。
1.3 系统主要功能的技术指标
脉冲反射式技术在使用的过程中有很多的要求，其中要满足功能使用的技术指标，从而实现规范化的操作标准。反射电压的电量要控制在伏，实现半波或者射频的检波方式，检测的范围要在-毫米之间，只有满足了这些技术标准才能合理的设置出技术应用的框架。同时在超声波无损检测技术应用的过程中有严格要求的电路设计，如果不能满足技术的指标要求，那么在实际检测的过程中，会存在很大的风险，会对技术人员造成严重的生命安全威胁。所以在检测工作实施之前，必须要按照相关的技术指标来合理的构建检测的环境，提高检测工作的安全性，保障检测工作可以顺利的进行。
2 超声波无损检测技术检测的方法和缺陷的显示
2.1 超声波无损检测技术检测的主要应用方法
超声波无损检测技术的检测方法按照具体的分类可以分为很多种，从检测的原理进行分析，超声波无损检测技术应用的主要方法是穿透法、脉冲反射法、共振法，按照检测探头来分类，检测的主要方法有单探头法、双探头法、多探头法，按照检测试件的耦合类型来分类，检测的主要方法有液浸法、直接接触法。这些具体的方法可以满足很多情况下的检测工作，并且提高了检测结果的准确性，完善了超声波无损检测技术的检测要求，所以技术人员要根据具体的检测环境和试件的类型来选择正确的检测方法，通过方法的应用要提高检测工作的效率，降低缺陷出现的可能。随着我国现代化科学技术的不断发展，人们对检测技术的应用也提出了更高的要求，检测工作的检测范围也越来越广，同时要求在对试件检测的过程中，不可以损坏试件的质量和性能，同时还要保准检测结果的准确性，所以技术人员要严格的按照检测标准，完成检测的工作，要对检测的方法进行改善，使其可以满足时代发展的要求。
2.2 缺陷的显示
在超声波无损检测技术检测的过程中，会出现不同类型的缺陷，主要分为A、B、C三种类型的显示，在工业检测的过程中，A类显示是应用最广泛的一种类型，在显示器上以脉冲的形式显示出来，对显示器上的长度和宽度进行标记，从而当超声波返回缺陷信号时，可以在屏幕上明确的显示出缺陷出现的位置。B类显示是通过回波信号来完成显示的过程，回波信号发出时会点亮提示灯，通过显示器的显示可以观察到缺陷出现的水平位置，这种类型的显示比较直观，有利于技术人员的观察和分析。C类显示是通过反射的回波信号来调制显示的内容，通过亮灯和暗灯来显示接收的结果，检测到缺陷时会出现亮灯，因此技术人员只需要观察灯的变化，就可以判断缺陷出现的情况。所以在实际检测的过程中，技术人员一定要认真观察缺陷出现的位置和内容，从而制定出科学合理的改善方案，来降低缺陷出现的可能，提高超声波无损检测技术检测的效果。
2.3 缺陷的定位
对于脉冲反射式超声检测技术来说，显示器的水平数值变化就是缺陷出现的位置，这时技术人员要对缺陷出现的位置进行定位，从而可以分析在检测过程中出现缺陷的环节。根据反映出的缺陷声波，经过计算，得出准确的缺陷产生的位置。
3 结语
科学技术的发展会带动我国的生产力水平的提高，同时也会促进技术的研发，超声波无损检测技术就是因为科学技术的不断发展，才实现了检测的目标，在检测的过程中，可以结合现代化的技术来提高检测的效率和结果的准确性。超声波无损检测技术实现了无损试件的检测要求，提高了检测的质量和水平，应该得到社会各界的关注，扩大检测的范围。
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作者简介：李新明(―)，男，湖北人，大连理工大学学生。
超声波检测技术论文篇二长输管道超声波内检测技术现状
摘要超声波内检测技术是长输管道的主要检测技术。本文介绍了长输管道超声波内检测的技术优势、国内外的发展现状，以供参考。
关键词长输管道 超声波 内检测 优势 现状
一、前言
长输管道是石油、天然气重要的运输手段，要保证管道的稳定运行，就要加强日常的检测和维护，及时发现问题，防止重大事故发生。
二、管道内检测主要技术及优势
管道内检测是涵盖检测方案决策、管道检测、检测数据解释分析和管道安全评价等过程的系统工程。利用智能检测器进行管线内检测是目前较为普遍的方式，该方法是通过运行在管道内的智能检测器收集、处理、存储管道检测数据，包括管道壁厚、管道腐蚀区域位置、管道腐蚀程度、管道裂纹和焊接缺陷，再将处理数据与显示技术结合描绘管道真实状况的三维图像，为管道维护方案的制定提供决策依据。超声波内检测技术和漏磁检测技术是现在最常用的海管内检测技术。
超声波内检测技术是在检测器中心安放一个水平放置的超声波传感器，传感器沿着平行于管壁的方向发射声波，声波沿着平行于管壁的方向行进直至被一个旋转镜面反射后，垂直穿透管道壁，声波触碰管道外壁后按照原路径反射回传感器，计算机计算声波发射及反射回传感器的时间，该时间就被转换为距离及管道壁厚的测量值。声波反射镜面每秒旋转2周，检测器每米可以采集3万个左右的测量值。超声波内检测技术可以原理简单，数据准确可靠，该方法可以精确测量管道的壁厚，不仅可以测量金属管线，对于非金属管线，如高密度聚乙烯管也能够有效测量，并且可测管道管径的尺寸范围较大，甚至能够测量壁厚等级以上的大壁厚管道，对于变径管道同样适用。
管道漏磁检测技术利用磁铁在管壁上产生的纵向回路磁场来探测管道内外壁的金属损失以及裂纹等缺陷，确定上述缺陷的准确位置，检测器所带磁铁将检测器经过的管壁饱磁化，使管壁周圈形成磁回路。若管道的内壁或外壁有缺陷，围绕着管道缺陷，管道壁的磁力线将会重新进行分布，部分磁力线会在这个过程中泄露从而进入到周围的介质中去，这就是所谓的漏磁场。磁极之间紧贴管壁的探头检测到泄漏的磁场，检测到的信号经过滤波、放大、转换等处理过程后会被记录到存储器中，通过数据分析系统的处理对信号进行判断和识别。管道的漏磁检测技术具有准确性高的优点，通过在气管线中低阻力和低磨损的设计取得较高质量的数据，可以在没有收球和发球装置的情况下完成检测，对于路径超过公里的长输管道能够以每分钟米左右的速度进行检测。
三、长输管道建设工艺技术发展现状
1、管道焊接
管道焊接是管道建设的最重要的一个方面，现场焊接的效率高，安全性和可靠性在每个管道的建设是重要的角色。从国内长途管道工程在年的第一条运输管道建设以来，管道现场焊接施工在我国发展的半个世纪里主要经历了有四个发展过程，分别是：手工电弧焊上向焊、手工电弧焊下向焊、半自动焊和自动焊。
(1)手工电弧焊上向焊和手工电弧焊下向焊。年代初手工电弧焊下向焊和手工电弧焊下向焊作为当时国内传输管道的一种焊接方法，得到了广泛的应用，突出的优点是高电流、焊接速度高，根焊接速度可达到厘米/分钟，焊接效率高。目前在进行焊接位置相对困难的位置和焊接设备难进入的位置时采用手工电弧焊焊接。
(2)半自动焊。电焊工通过半自动焊枪进行焊接，由连续送丝装置送丝焊接的一种方式叫做半自动焊。半自动焊是长输管道焊接的主要方式，因为在焊接送丝比较连续，就省了换焊条和其他辅助工作时间，同时熔敷率高、减少焊接接头，减少焊接电弧，电弧焊接缺陷、焊接合格率提高，
(3)自动焊。自动焊方法使整个焊接过程自动化，人工主要从事监控操作。国内开始从西到东的天然气管道项目，就是大面积的自动焊接的应用程序。自动焊接技术在新疆，戈壁等地区比较适合。
2、非开挖穿越施工技术
遇到埋管道的建设，跨越河流，道路，铁路等障碍时，有许多问题如果使用传统开挖方法则会比较难实施，而非开挖铺设地下管道是当前国际管道项目进行了先进的施工方法，已广泛应用于这个国家。我国近年来建设大量的长输管道采用了盾穿越技术，有许多大河流使用了盾构穿越。顶管穿越通过短距离管道穿越技术在年代后期开始得到使用。传统意义上的顶管施工是以人工开采为主。后来当使用螺旋钻开采和输送管顶土，后来又派生出了土压力平衡方法，泥水平衡方法，通过顶管技术，可以达到超过1千米以上的距离。通过液压以控制管切割前方的覆土，以保证顶管的方向正确，和顶采用继电器，激光测距，头部方位校正方法顶推的施工工作，长距离顶管的问题和方向问题得到了解决。
3、定向穿越技术
我国从美国引进的定向钻是在年首次应用于黄河的长输管道建设。在过去的年里，非开挖定向穿越管道技术在我国得到了迅速的发展。定向钻井在非开挖管道穿越技术已广泛应用于管道业。定向钻用于铺设管道取得了巨大的成就。我国在年2月以米和米直径的长度穿越了钱塘江，是世界上最长的穿越长度，被载入吉尼斯世界纪录。定向穿越管道施工技术是一个多学科，多技术，根据于一体的系统工程，任何部分在施工过程中存在的问题的设备集成，并可能导致整个项目的失败，造成了巨大的损失。而被广泛使用，由于定向钻井，通过建设，使技术已经取得了长足的进步和发展的方向。硬石国际各种施工方法，如泥浆马达，震荡的顶部，双管钻进的建设。广泛采用PLC控制，电液比例控制技术，负荷传感系统，具有特殊的结构设计软件的使用。
四、管道超声内检测技术现状
1、相控阵超声波检测器
美国GE公司研制的超声波相控阵管道内检测器于年开始应用于油气管道内检测，目前已检测管道长度km，该检测器包括两种不同的检测模式：超声波壁厚测量模式和超声腐蚀检测模式，适用于管径～mm的成品油管道。该检测器有别于传统检测器的单探头入射管道表面检测的方法，采用探头组的形式来布置探头环，几个相邻并非常靠近(间距0.4mm左右)的探头组成一个探头组，一个探头组内的探头按照一定的时间顺序来激发并产生超声波脉冲，而该激发顺序决定了产生的超声波脉冲的方向和角度，因此控制一个探头组内不同探头的激发顺序就可以产生聚焦的超声波脉冲。检测器包括3个探头环、个探头组，每个探头环提供一种检测模式，可根据不同的管道检测需求来确定探头环。
该检测器与其他内检测器相同，包括清管器、电源、相控阵传感器、数据处理和储存模块4部分。清管器位于整个检测器的头部并装有聚氨酯皮碗，一方面负责清管以确保检测精度，另一方面起密封作用，使得检测器可以在前后压力差的作用下驱动前进。探头仓由3个独立的探头环组成，每个探头环的探头布置都能实现超声波信号周向全覆盖。检测器能够实现长mm、深1mm的裂纹检测，检测准确率超过%;最小检测腐蚀面积mm ，检测精度大于%。
2、弹性波管道检测器
安桥管道公司管理着世界上最长和最复杂的石油管道网络。其研发的内检测器已经在超过km的管道中开展检测。其中基于声波原理的检测器主要有弹性波检测器和超声波管道腐蚀检测器。弹性波检测器的弹性波信号可以在气体管道中传播，主要用于检测管道的焊缝特征，尤其是对长焊缝和应力腐蚀裂纹有较好的检测效果。最新的MKIII弹性波检测器最多可以装备个超声波传感器，用于在液体祸合条件下发射接收超声波信号，进行管道检测。MKIII弹性波检测器的最大运行距离为km，相对于二代产品的km有了很大程度的提高。
五、结束语
综上所述，随着科技水平的快速发展和进步，超声波内检测技术也将更加完善，对于长输管道的检测也将更加准确，为管道的正常使用和安全运行发挥更大的作用。
参考文献
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无阻流量 open-flow capacity
在测定生产井产能时，采取敞开井口的放喷方法得到的产量。
绝对无阻流量 absolute open-flow capacity
假设生产井井底流压为0. MPa时的产量。
