煤層氣井注入_壓降試井測試中有關(guān)技術(shù)問題探討_陳志勝講解

1、文章編號：1001-1986(2003 04-0023-03煤層氣井注入/壓降試井測試中有關(guān)技術(shù)問題探討陳志勝1,廉有軒2(1.煤炭科學(xué)研究總院西安分院,陜西西安710054;2.鄭州經(jīng)濟管理干部學(xué)院環(huán)境工程系,河南鄭州 450053摘要:根據(jù)我國煤層氣勘探開發(fā)中注入/壓降試井測試技術(shù)的應(yīng)用情況，結(jié)合多 年從事煤層氣井試井工作的實踐經(jīng)驗，從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，對試井設(shè)計、施工工 藝及數(shù)據(jù)分析中所涉及的一些技術(shù)問題進行研究和探討，并提出相應(yīng)的改善措施和 建議，供以后的試井測試施工借鑒。關(guān)鍵 詞:煤層氣井；注入/壓降試井；技術(shù)冋題；探討中圖分類號:P618. 11文獻標(biāo)識碼:A 1引言目前試井測試

2、方法很多,主要有DST測試、段塞測試、注入/壓降測試、水罐 測試等。盡管這些試井方法可用于煤層氣試井測試，但由于我國煤層的儲層壓力和 滲透率普遍較低，注入/壓降測試方法因其試井原理相對簡單、適用范圍廣而在我國 的煤層氣勘探開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)作者多年從事煤層氣井注入/壓降試井測試的實踐經(jīng)驗，從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，對注入/壓降測試在試井設(shè)計、施工工藝及 數(shù)據(jù)分析中所涉及的一些技術(shù)問題進行研究和探討，力圖找出解決這些技術(shù)問題的 方法,為以后的試井工作提供借鑒。2注入/壓降試井原理及方法2. 1試井原理煤層氣井注入/壓降試井遵循不穩(wěn)定試井的基本原理：當(dāng)儲層中流體的流動處于 平衡狀態(tài)時，若改變井的

3、工作制度即改變壓力，則在井底將造成一個壓力擾動，此擾 動將隨著時間的推移不斷向井壁四周地層徑向擴展，最后達到一個新的平衡狀態(tài)。 這種壓力擾動的不穩(wěn)定過程與地層、流體的性質(zhì)有關(guān)。因此，用測試儀器將井底壓力隨時間的變化規(guī)律記錄下來，通過分析，可以判斷和確定地層的性質(zhì)。2. 2試井 方法注入/壓降試井是一種單井壓力瞬變測試，其基本方法是：將測試管柱、封隔器 及壓力計等測試工具下入井內(nèi)預(yù)定位置，采用小型注入泵以恒定的排量向煤層中注 水一段時間，在井筒周圍產(chǎn)生一個高于原始儲層的壓力分布區(qū)，然后并井,使得注水 壓力與原始儲層壓力逐漸趨于平衡。注入和關(guān)井階段采用壓力計記錄井底壓力隨時 間的變化，從而測得各階

4、段煤層的響應(yīng)參數(shù)。注入和壓降階段的數(shù)據(jù)都可用于分析、求取儲層參數(shù)，由于注入階段壓力波動相對較大以及煤層的應(yīng)力敏感性，因此關(guān)井壓降階段的數(shù)據(jù)最 具有代表性。3技術(shù)問題討論3. 1試井設(shè)計試井設(shè)計是正確指導(dǎo)測試施工的依據(jù)，其中測試時間、注入排量、地面最大注 入壓力的設(shè)計計算尤為關(guān)鍵。a .測試時間的選擇測試時間包括注入時間和關(guān)井時間，注入時間選擇與煤層滲透率密切相關(guān)。最佳注入時間可以通過下面計算公式求得：t inj =(69. 4 卩 C t r i 2/k ,(1式中 t inj注入時間,h ;煤層孔隙度；卩入流體粘度,mPa s；C t綜合壓縮系數(shù),MPa -1;r i設(shè)計調(diào)查半徑，m ; k

5、煤層滲透率，10-3卩m 2注入時間的設(shè)計計算原則應(yīng)以大于井儲畸變時間為前提。結(jié)合以往大量測試施 工的效果來看，對于滲透性好的煤層，可適當(dāng)減少測試時間，關(guān)井時間選擇注入時間 的11.5倍,完全可以滿足獲取儲層信息的要求；而對于滲透性差的煤層，為確保獲 取足夠的儲層信息，應(yīng)考慮適當(dāng)延長測試時間，尤其是關(guān)井時間，應(yīng)不低于注入時間 的24倍。b.地面最大注入壓力的選擇 地面最大注入壓力是注入階段的一個重要參 數(shù),它是測試成敗的關(guān)鍵，其設(shè)計應(yīng)以不壓破煤層為前提。地面最大注入壓力值可采 用下面計算公式求得：P max =(T min0. 0098 p W D ,(2收稿日期:2003-01-15(,河,

6、23第31卷第4期2003年8月煤田地質(zhì)與勘探COAL GEOLOGY & EXPLOR ATION式中 P max地面最大注入壓力,MPa ;(T min層最小主應(yīng)力,MPa ; p W流體密度,g c m 3煤層深度，m在我國許多勘探開發(fā)新區(qū)，由于煤層氣勘探井非常少，儲層參數(shù)資料有限，這給 設(shè)計計算帶來一定困難。為提高設(shè)計計算的準(zhǔn)確性和確保試井測試成功，可在試井測試前先進行一次微破裂試驗，以獲取儲層的破裂壓力，它是煤層氣井最大注入壓力 設(shè)計的直接依據(jù)。c .注入排量選擇注入排量的選擇應(yīng)依據(jù)煤層的具體情況而定。確定下限時,應(yīng)使煤層中具有足夠的壓力變化值，以保證測量精度和壓力計靈敏度的要求；確

7、 定上限時,應(yīng)使注入壓力的上升幅度在設(shè)計注入時間內(nèi)不超過煤層破裂壓力。注入 過程中要求注入排量穩(wěn)定，最大注入排量可通過下面計算公式求得：q inj B 卩l(xiāng)og 8. 085kt inj卩 c t r W+0. 87S J(3式中 q inj注入排量,m 3/d ;h煤層厚度，m ; p大注入壓力與原始儲層壓力差，MPa ;B流體體積系數(shù)；r W井筒半徑,m ; S表皮系數(shù)。3.2試井工藝3. 2. 1消除井壁污染由于鉆井過程中，鉆井液在保護井壁的同時易造成井筒附近儲層污染 ，致使測試 結(jié)果只反映污染帶的情況而無法代表儲層的真實情況。解決這一問題比較有效的方 法是在注入/壓降試井前先進行一次微

8、破裂試驗，它可以有效的消除井壁污染。另外 由于微破裂試驗產(chǎn)生的裂縫小，關(guān)井后裂縫很快閉合，這對隨后進行的注入/壓降試 井測試不會產(chǎn)生太大影響。3. 2. 2注入流體的選擇實踐經(jīng)驗及國外研究資料表明，注入流體選擇不當(dāng)可能會對測試煤層造成一定 程度的傷害。注入流體對煤層的傷害包括物理和化學(xué)兩個方面：物理傷害指流體中 固相物質(zhì)對煤層孔隙的堵塞，導(dǎo)致煤層孔隙的連通性變差；化學(xué)傷害指流體中的化 學(xué)離子成分對煤孔隙中地層水化學(xué)性質(zhì)的影響。相對注入 /壓降試井而言，物理傷害 （即固體顆粒對煤層孔，體對煤層的傷害，對于含水煤層，原則上注入流體應(yīng)優(yōu)先選擇被測試煤層中的地層水。結(jié)合我國煤層氣勘探開發(fā)的現(xiàn)狀，多數(shù)情

9、況下尚不具備這樣的現(xiàn)場條件，在實際 的操作中，一般可以選擇潔凈淡水作為注入流體。另外，裸眼測試中如有粘土膨脹問 題,可考慮添加2%的氯化鉀溶液。3. 2. 3坐封位置選擇封隔器坐封位置原則上要求選擇在煤層直接頂板。鑒于現(xiàn)階段的試井施工多數(shù) 在裸眼井中進行，因此，在實際操作中應(yīng)結(jié)合測井和鉆井資料，首先坐封位置應(yīng)考慮 巖性好、致密、堅硬及井徑規(guī)則的井段；其次,為方便封隔器坐封，良好的坐封井段 最短不小于3m ;另外考慮到煤層松散、破碎、易坍塌的特點，為安全起見，裸眼井 中最好不要采用雙封隔器跨隔測試。3. 2. 4關(guān)井方式選擇關(guān)井方式是影響試井測試資料效果的一個關(guān)鍵因素。關(guān)井方式分為井下關(guān)井和 地

10、面關(guān)井。采用地面關(guān)井，井筒儲集比較大，測試時間相對也要求較長，尤其對于低 壓儲層，當(dāng)關(guān)井壓力降至井口壓力平衡點以下時，容易產(chǎn)生井筒儲集畸變，這對資料 的分析解釋將帶來很大難度。結(jié)合我國煤層儲層壓力普遍偏低的特點，在實際施工中,關(guān)井方式應(yīng)采用井下關(guān)井。而對于一些儲層壓力確實偏高的煤層，測試工作中可 以考慮地面關(guān)井，但就測試效果而言，井下關(guān)井的工作效率會更高。3. 2. 5注入排量的調(diào)節(jié)和注入壓力的控制注入/壓降試井過程中，注入排量的調(diào)節(jié)與注入壓力的控制是關(guān)鍵。由于煤層是 應(yīng)力敏感地層，壓力波動對其有一定影響，因此，保持注入壓力平穩(wěn)和注入排量穩(wěn)定 非常重要。在實際操作過程中，完全做到這一點是相當(dāng)困

11、難的。根據(jù)長期實踐的經(jīng) 驗,注入測試時，選擇較低的注入壓力開始注入，這對保持注入壓力的平穩(wěn)有利，同時 便于注入排量的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)排量過程中，密切觀察注入壓力的上升幅度，應(yīng)確保在設(shè) 計的注入時間t inj內(nèi),注入壓力的升幅不超過設(shè)計的地面最大注入壓力 P max，然 后可選擇一個合適的注入排量持續(xù)穩(wěn)定注入。為保證能有一個較長時間的穩(wěn)定注入 過程,調(diào)節(jié)排量的用時不應(yīng)超過設(shè)計注入時間的四分之一。3. 2. 6數(shù)據(jù)錄取控制由于煤層埋藏淺，壓力低,溫度變化范圍小，因此，在注入/壓降試井中，對壓力計的壓力 和溫度量程范圍要求不高，但對壓力計的精度和分辨率要求很高，目的是確保能及時 記錄井底壓力的變化。在，第

12、31卷24煤田地質(zhì)與勘探活選擇相應(yīng)的錄取速率：對于注入階段初期，由于調(diào)節(jié)注入排量的影響，壓力波 動范圍相對比較大，數(shù)據(jù)錄取可控制在每35s 1個數(shù)據(jù)點；對于注入階段后期，注 入排量比較穩(wěn)定，相應(yīng)的壓力波動比較小，數(shù)據(jù)錄取可控制在每1015s 1個數(shù)據(jù)點; 對于關(guān)井階段初期，由于壓力遞降速率比較快，壓力變化相對比較大，數(shù)據(jù)錄取可控 制在每510s 1個數(shù)據(jù)；對于關(guān)井階段后期，壓力恢復(fù)趨于平衡，相應(yīng)的壓力變化比 較小，數(shù)據(jù)錄取可控制在每2030s 1個數(shù)據(jù)點。3. 3數(shù)據(jù)分析試井目的是為了獲得煤層的儲層參數(shù)，結(jié)果的準(zhǔn)確與否，不僅與測試方法、解釋 方法及所使用的儲層模型有關(guān)，而且還與一些分析計算所需

13、的地層及流體參數(shù)的選 值有關(guān),這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對煤層的儲層參數(shù)計算有一定影響。在試井分析解釋過程中 準(zhǔn)確地選取這些參數(shù)是非常必要的。3. 3. 1煤層有效厚度煤層的厚度與滲透率的計算有直接關(guān)系，一般采用測井資料數(shù)據(jù)給出，其誤差是 很小的。但是，在實際應(yīng)用中還應(yīng)結(jié)合鉆井資料，對于測試層段中包含其他具有一定 滲透性或沒有滲透性的巖性地層，此時,測試層的有效厚度相應(yīng)增大或減小了 ，如果 仍然采用煤層的厚度，將會使計算的滲透率值偏高或偏低。因此，對測試層段的巖性 進行觀察分析是非常必要的，同時,保證封隔器的坐封位置靠近煤層頂板也對準(zhǔn)確選 擇測試層段的有效厚度有利。3. 3. 2流體粘度流體的粘度值大小與溫

14、度、壓力和含鹽量有關(guān)，粘度值的大小受溫度影響較大， 隨著溫度的升高粘度值大大降低。壓力和含鹽量對粘度影響不大。由于煤層埋藏比 較淺（煤層氣井一般不超過1500m ,煤層溫度低且變化范圍不大，因此，粘度的變化 范圍也比較小，一般在0. 71.0mPa s之間。粘度值可以根據(jù)經(jīng)驗公式求取，其數(shù) 值大小對表皮系數(shù)、影響半徑、斷層距離及裂縫半長的計算無任何影響，只對滲透率值的計算有影響。3. 3. 3流體體積系數(shù)流體體積系數(shù)是指，流體在地下溫度壓力條件下的體積與在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件下的 體積之比。流體體積系數(shù)與溫度壓力有關(guān)，隨著溫度增高而增加，隨著壓力增大而減 小。對于煤層氣井而言，由于煤層較淺，地層溫度變

15、化不大。所以，B值的變化范圍 很小，一般為0. 971.01。雖然體積系數(shù)對滲透率值的計算有一定影響，但因其變 化范圍很小,實際應(yīng)用中,一般近似認(rèn)為B =1。3. 3. 4孔隙度雖然煤儲層是典型的雙孔隙介質(zhì)，但因其基質(zhì)孔隙比較小，滲透率值可視為零， 因此，在煤層氣井的注入壓降試井分析中，煤層被看作是一種單孔隙介質(zhì)。這里的孔 隙度指的是煤層割理孔隙度，即有效孔隙度?？紫抖鹊臄?shù)值一般采用巖心分析測定 或測井解釋分析數(shù)據(jù)，它們給出的結(jié)果比較接近儲層的有效孔隙度。由于煤儲層自 身的結(jié)構(gòu)特點，與常規(guī)儲氣層相比，其有效孔隙度較低，國內(nèi)外大量研究資料表明，煤 層的有效孔隙度一般為13%?？紫抖葘B透率值的計

16、算無影響，但對表皮系數(shù)、 影響半徑、斷層距離及裂縫半長的影響很大，因此切實做好巖心實驗分析工作是很 有必要的。3. 3. 5綜合壓縮系數(shù)綜合壓縮系數(shù)C t對于煤層氣井注入/壓降試井而言只是流體的壓縮系數(shù) CW 和煤的孔隙壓縮系數(shù)Cf之和。流體的壓縮系數(shù) C W與溫度壓力有關(guān)，在綜合壓縮 系數(shù)C t中,其影響非常小,C W數(shù)值大小一般為34. 5 K0-4MPa -1。對于煤層而言,孔隙壓縮系數(shù)C f大于流體壓縮系數(shù)C W 12數(shù)量級,因此， 煤的孔隙壓縮系數(shù)Ct值決定著綜合壓縮系數(shù)。Cf值是一個非常難確定的參數(shù)，從 實驗室中獲得有一定困難，且實驗室數(shù)據(jù)往往偏低。但通過干擾試井可以獲得準(zhǔn)確 的C

17、 t值。在煤層氣井的試井分析中，綜合壓縮系數(shù)對滲透率值的計算結(jié)果無影響， 而對表皮系數(shù)、影響半徑、斷層距離及裂縫半長的計算結(jié)果影響很大。實際應(yīng)用表 明,若Ct值的選擇相差一個數(shù)量級，計算結(jié)果將相差幾倍，可見其影響程度。目前 國內(nèi)外對C t值的選擇尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以致于在試井分析過程中很難對 Ct準(zhǔn)確 選值。4結(jié)語注入/壓降試井方法是我國現(xiàn)階段煤層氣勘探開發(fā)中廣泛應(yīng)用的一種試井測試技術(shù),以上就試井設(shè)計、試井工藝和數(shù)據(jù)分析等一些技術(shù)問題進行了有益的研究和 探索。從理論和實踐的角度，雖然提出了一些改善措施和合理化建議，但作者認(rèn)為仍 有不足之處，尤其是數(shù)據(jù)分析中地層及流體參數(shù)的選值，目前國內(nèi)外尚沒有

18、成熟的經(jīng) 驗公式,這有待于今后進一步加強這方面的研究工作。參考文獻1孫茂遠,黃盛初等煤層氣開發(fā)利用手冊M .北京:煤炭工業(yè)25第4期問題探討出版社,1996, 88-92.陳志勝,廉有軒:煤層氣井注入/壓降試井測試中有關(guān)技術(shù)文章編號:1001-1986(2003 04-0026-03煤層甲烷解吸一擴散一滲流過程的影響因素分析李前貴,康毅力，羅平亞(西南石油學(xué)院油井完井技術(shù)中心，四川南充 637001摘要:從煤層甲烷產(chǎn)出機理入手，分析了影響煤層甲烷解吸、擴散和滲流過程的 因素。結(jié)果表明：影響解吸的因素主要是壓力、含氣量、煤的水分含量、基塊尺 寸、溫度等；影響甲烷擴散的因素主要是甲烷濃度、擴散距離

19、、平均自由程和煤巖孔隙分布；而影響滲流的因素有滲透率、裂隙發(fā)育狀況、壓差、儲層損害等。進而指出，解吸、擴散和滲流3個環(huán)節(jié)緊 密相連,相互影響，相互制約，三者的最佳匹配將是煤層氣經(jīng)濟開發(fā)的必要條件。關(guān) 鍵 詞:煤層甲烷；解吸；擴散；滲流；影響因素中圖分類號：P618. 11文獻標(biāo)識碼:A1引言煤層甲烷是一種新型潔凈能源，其開發(fā)利用不僅可彌補常規(guī)能源的不足，對改善 煤礦生產(chǎn)安全和保護大氣環(huán)境也有重要意義1。煤層甲烷主要以吸附狀態(tài)賦存于煤基塊的微孔隙中，在一定壓力下處于動平 衡狀態(tài),其產(chǎn)出機理遵循 解吸一擴散一滲流”的過程,即:從煤基塊孔隙表面解吸，通 過基塊和微孔隙擴散到裂隙中，以達西流方式經(jīng)裂隙

20、流向井筒3個過程2, 3。Zuber , M . D 等4,Reid , G . W .等5,羅山強等采用數(shù)值模擬方法分析了影響煤層氣井產(chǎn)能的因素 ，主要包括儲層壓力、滲透 率、解吸等溫線、擴散作用、流體性質(zhì)以及合理井距等。他們均是從產(chǎn)出的宏觀和 整體角度出發(fā)，但對于具體的產(chǎn)出過程受哪些因素影響、如何作用沒有給出詳細的 闡述。本文試圖從煤層甲烷的產(chǎn)出機理入手，分析控制甲烷產(chǎn)出3個過程的因素，以 便采用合理措施，提高煤層氣單井產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。2解吸過程的影響因素煤層甲烷在煤層中的解吸是吸附的完全可逆過程，可用等溫吸附曲線描述。當(dāng) 儲層壓力降低時，被吸附的甲烷分子就從煤的內(nèi)表面脫離，解吸出來進入游

21、離相。解 吸是煤層氣開發(fā)的先決條件，弄清解吸過程中所受的影響因素意義重大。影響解吸過程的因素很多，主要包括壓力、含氣量、煤的水分含量、基塊尺 寸、溫度等因素。2. 1壓力壓力降低是煤層甲烷解吸的基礎(chǔ)。煤層氣井開采時，只有儲層壓力降低到臨界 解吸壓力以下后，煤層甲烷才能大量解吸，所以煤層氣開發(fā)時，要求最大程度地降低 儲層壓力，以增大解吸氣量。甲烷解吸量取決于呈高度非線性的吸附等溫線，如地層壓力下降50%,解吸的吸 附甲烷量通常不到20%,一般情況下，只有將煤層壓力降到接近大氣壓時，煤層中的 吸附甲烷才能全部解吸、擴散出來。收稿日期:2002-12-11作者簡介:李前貴（1979,男,土家族,湖南桑植人,西南石油學(xué)院在讀博士研究 生,研究方向為油氣層損害與保護技術(shù)Discussion on technical problems for injection /fall -off well test in thecoalbed metha ne wellC HE N Zhi -she ng 1,LIAN You -xuan 2(1. Xi an Branch , CC