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

1、煤層氣井注入_壓降試井測(cè)試中相關(guān)技術(shù)問題商議_陳志勝講解煤層氣井注入_壓降試井測(cè)試中相關(guān)技術(shù)問題商議_陳志勝講解煤層氣井注入_壓降試井測(cè)試中相關(guān)技術(shù)問題商議_陳志勝講解文章編號(hào):1001-1986(200304-0023-03煤層氣井注入/壓降試井測(cè)試中相關(guān)技術(shù)問題商議陳志勝1,廉有軒2(1.煤炭科學(xué)研究總院西安分院,陜西西安710054;鄭州經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院環(huán)境工程系,河南鄭州450053大綱:依照我國煤層氣勘探開發(fā)中注入/壓降試井測(cè)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從實(shí)質(zhì)應(yīng)用的角度出發(fā),對(duì)試井設(shè)計(jì)、施工工藝及數(shù)據(jù)解析中所涉及的一些技術(shù)問題進(jìn)行研究和商議,并提出相應(yīng)的

2、改進(jìn)措施和建議,供今后的試井測(cè)試施工借鑒。要點(diǎn)詞:煤層氣井;注入/壓降試井;技術(shù)問題;商議中圖分類號(hào):P618.11文件表記碼:A1序言目前試井測(cè)試方法好多,主要有DST測(cè)試、段塞測(cè)試、注入/壓降測(cè)試、水罐測(cè)試等。盡管這些試井方法可用于煤層氣試井測(cè)試,但由于我國煤層的儲(chǔ)層壓力和浸透率寬泛較低,注入/壓降測(cè)試方法因其試井原理相對(duì)簡單、適用范圍廣而在我國的煤層氣勘探開發(fā)中獲得寬泛應(yīng)用。依照作者多年從事煤層氣井注入/壓降試井測(cè)試的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從實(shí)質(zhì)應(yīng)用的角度出發(fā),對(duì)注入/壓降測(cè)試在試井設(shè)計(jì)、施工工藝及數(shù)據(jù)解析中所涉及的一些技術(shù)問題進(jìn)行研究和商議,力求找出解決這些技術(shù)問題的方法,為今后的試井工作供應(yīng)借鑒

3、。注入/壓降試井原理及方法2.1試井原理煤層氣井注入/壓降試井依照不牢固試井的基根源理:當(dāng)儲(chǔ)層中流體的流動(dòng)處于平衡狀態(tài)時(shí),若改變井的工作制度即改變壓力,則在井底將造成一個(gè)壓力擾動(dòng),此擾動(dòng)將隨著時(shí)間的推移不斷向井壁周圍地層徑向擴(kuò)展,最后達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)。這種壓力擾動(dòng)的不牢固過程與地層、流體的性質(zhì)相關(guān)。因此,用測(cè)試儀器將井底壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律記錄下來,經(jīng)過解析,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(cè)試,其基本方法是:將測(cè)試管柱、封隔器及壓力計(jì)等測(cè)試工具下入井內(nèi)預(yù)定地址,采用小型注入泵以恒定的排量向煤層中注水一段時(shí)間,在井筒周圍產(chǎn)生一個(gè)高于原始儲(chǔ)層的壓力分布

4、區(qū),爾后并井,使得注水壓力與原始儲(chǔ)層壓力逐漸趨于平衡。注入和關(guān)井階段采用壓力計(jì)記錄井底壓力隨時(shí)間的變化,進(jìn)而測(cè)得各階段煤層的響應(yīng)參數(shù)。注入和壓降階段的數(shù)據(jù)都可用于解析、求取儲(chǔ)層參數(shù),由于注入階段壓力顛簸相對(duì)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)最擁有代表性。3技術(shù)問題談?wù)?.1試井設(shè)計(jì)試井設(shè)計(jì)是正確指導(dǎo)測(cè)試施工的依照,其中測(cè)試時(shí)間、注入排量、地面最大注入壓力的設(shè)計(jì)計(jì)算特別要點(diǎn)。a.測(cè)試時(shí)間的選擇測(cè)試時(shí)間包括注入時(shí)間和關(guān)井時(shí)間,注入時(shí)間選擇與煤層浸透率親近相關(guān)。最正確注入時(shí)間可以經(jīng)過下面計(jì)算公式求得:tinj=(69.4Ctri2/k,(1式中tinj注入時(shí)間,h;煤層孔隙度;注入流體

5、粘度,mPas;Ct綜合壓縮系數(shù),MPa-1;ri設(shè)計(jì)檢查半徑,m;k煤層浸透率,10-3m。2注入時(shí)間的設(shè)計(jì)計(jì)算原則應(yīng)以大于井儲(chǔ)畸變時(shí)間為前提。結(jié)合過去大量測(cè)試施工的收效來看,對(duì)于浸透性好的煤層,可合適減少測(cè)試時(shí)間,關(guān)井時(shí)間選擇注入時(shí)間的11.5倍,完好可以滿足獲得儲(chǔ)層信息的要求;而對(duì)于浸透性差的煤層,為保證獲得足夠的儲(chǔ)層信息,應(yīng)試慮合適延長測(cè)試時(shí)間,特別是關(guān)井時(shí)間,應(yīng)不低于注入時(shí)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(gè)重要參數(shù),它是測(cè)試成敗的要點(diǎn),其設(shè)計(jì)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(jì)算公式求得:Pmax=min-0.0098WD,(2收稿

6、日期:2003-01-15(,河,23第31卷第4期2003年8月煤田地質(zhì)與勘探COALGEOLOGY&EXPLORATION式中Pmax地面最大注入壓力,MPa;min煤層最小主應(yīng)力,MPa;W流體密度,gcm3;D煤層深度,m。在我國好多勘探開發(fā)新區(qū),由于煤層氣勘探井特別少,儲(chǔ)層參數(shù)資料有限,這給設(shè)計(jì)計(jì)算帶來必然困難。為提高設(shè)計(jì)計(jì)算的正確性和保證試井測(cè)試成功,可在試井測(cè)試前先進(jìn)行一次微破碎試驗(yàn),以獲得儲(chǔ)層的破碎壓力,它是煤層氣井最大注入壓力設(shè)計(jì)的直接依照。c.注入排量選擇注入排量的選擇應(yīng)依照煤層的詳細(xì)情況而定。確定下限時(shí),應(yīng)使煤層中擁有足夠的壓力變化值,以保證測(cè)量精度和壓力計(jì)矯捷度的要求;

7、確定上限時(shí),應(yīng)使注入壓力的上升幅度在設(shè)計(jì)注入時(shí)間內(nèi)不高出煤層破碎壓力。注入過程中要求注入排量牢固,最大注入排量可經(jīng)過下面計(jì)算公式求得:qinjBlog8.085ktinjctrW+0.87S,(3式中qinj注入排量,m3/d;h煤層厚度,m;p最大注入壓力與原始儲(chǔ)層壓力差,MPa;B流體體積系數(shù);rW井筒半徑,m;S表皮系數(shù)。3.2試井工藝2.1除掉井壁污染由于鉆井過程中,鉆井液在保護(hù)井壁的同時(shí)易造成井筒周邊儲(chǔ)層污染,致使測(cè)試結(jié)果只反響污染帶的情況而無法代表儲(chǔ)層的真實(shí)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(jìn)行一次微破碎試驗(yàn),它可以有效的除掉井壁污染。別的,由于微破碎試驗(yàn)產(chǎn)生的

8、裂縫小,關(guān)井后裂縫很快閉合,這對(duì)隨后進(jìn)行的注入/壓降試井測(cè)試不會(huì)產(chǎn)生太大影響。注入流體的選擇實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及外國研究資料表示,注入流體選擇不當(dāng)可能會(huì)對(duì)測(cè)試煤層造成必然程度的損害。注入流體對(duì)煤層的損害包括物理和化學(xué)兩個(gè)方面:物理損害指流體中固相物質(zhì)對(duì)煤層孔隙的擁堵,致使煤層孔隙的連通性變差;化學(xué)損害指流體中的化學(xué)離子成分對(duì)煤孔隙中地層水化學(xué)性質(zhì)的影響。相對(duì)注入/壓降試井而言,物理損害(即固體顆粒對(duì)煤層孔,體對(duì)煤層的損害,對(duì)于含水煤層,原則上注入流體應(yīng)優(yōu)先選擇被測(cè)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)情況下尚不具備這樣的現(xiàn)場條件,在實(shí)質(zhì)的操作中,一般可以選擇潔凈淡水作為注入流體。別的,裸眼

9、測(cè)試中如有粘土膨脹問題,可考慮增加2%的氯化鉀溶液。坐封地址選擇封隔器坐封地址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(jìn)行,因此,在實(shí)質(zhì)操作中應(yīng)結(jié)合測(cè)井和鉆井資料,第一坐封地址應(yīng)試慮巖性好、致密、堅(jiān)硬及井徑規(guī)則的井段;其次,為方便封隔器坐封,優(yōu)異的坐封井段最短不小于3m;別的考慮到煤層松弛、破碎、易坍塌的特點(diǎn),為安全起見,裸眼井中最好不要采用雙封隔器跨隔測(cè)試。關(guān)井方式選擇關(guān)井方式是影響試井測(cè)試資料收效的一個(gè)要點(diǎn)因素。關(guān)井方式分為井下關(guān)井和地面關(guān)井。采用地面關(guān)井,井筒儲(chǔ)集比較大,測(cè)試時(shí)間相對(duì)也要求較長,特別對(duì)于低壓儲(chǔ)層,當(dāng)關(guān)井壓力降至井口壓力平衡點(diǎn)以下時(shí),簡單產(chǎn)生井筒儲(chǔ)集

10、畸變,這對(duì)資料的解析講解將帶來很大難度。結(jié)合我國煤層儲(chǔ)層壓力寬泛偏低的特點(diǎn),在實(shí)質(zhì)施工中,關(guān)井方式應(yīng)采用井下關(guān)井。而對(duì)于一些儲(chǔ)層壓力確實(shí)偏高的煤層,測(cè)試工作中可以考慮地面關(guān)井,但就測(cè)試收效而言,井下關(guān)井的工作效率會(huì)更高。2.5注入排量的調(diào)治和注入壓力的控制注入/壓降試井過程中,注入排量的調(diào)治與注入壓力的控制是要點(diǎn)。由于煤層是應(yīng)力敏感地層,壓力顛簸對(duì)其有必然影響,因此,保持注入壓力平穩(wěn)和注入排量牢固特別重要。在實(shí)質(zhì)操作過程中,完好做到這一點(diǎn)是相當(dāng)困難的。依照長遠(yuǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn),注入測(cè)試時(shí),選擇較低的注入壓力開始注入,這對(duì)保持注入壓力的平穩(wěn)有益,同時(shí)便于注入排量的調(diào)治。調(diào)治排量過程中,親近觀察注入壓力

11、的上升幅度,應(yīng)保證在設(shè)計(jì)的注入時(shí)間tinj內(nèi),注入壓力的升幅不高出設(shè)計(jì)的地面最大注入壓力Pmax,然后可選擇一個(gè)合適的注入排量連續(xù)牢固注入。為保證能有一個(gè)較長時(shí)間的牢固注入過程,調(diào)治排量的用時(shí)不應(yīng)高出設(shè)計(jì)注入時(shí)間的四分之一。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(duì)壓力計(jì)的壓力和溫胸襟程范圍要求不高,但對(duì)壓力計(jì)的精度和分辨率要求很高,目的是保證能及時(shí)記錄井底壓力的變化。在,24煤田地質(zhì)與勘探第31卷活選擇相應(yīng)的錄取速率:對(duì)于注入階段初期,由于調(diào)治注入排量的影響,壓力顛簸范圍相比較較大,數(shù)據(jù)錄取可控制在每35s1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn);對(duì)于注入階段后期,注入排量比較牢固,

12、相應(yīng)的壓力顛簸比較小,數(shù)據(jù)錄取可控制在每1015s1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn);對(duì)于關(guān)井階段初期,由于壓力遞降速率比較快,壓力變化相比較較大,數(shù)據(jù)錄取可控制在每510s1個(gè)數(shù)據(jù);對(duì)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2030s1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。3.3數(shù)據(jù)解析試井目的是為了獲得煤層的儲(chǔ)層參數(shù),結(jié)果的正確與否,不但與測(cè)試方法、講解方法及所使用的儲(chǔ)層模型相關(guān),而且還與一些解析計(jì)算所需的地層及流體參數(shù)的選值相關(guān),這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)煤層的儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算有必然影響。在試井解析講解過程中,正確地采用這些參數(shù)是特別必要的。煤層有效厚度煤層的厚度與浸透率的計(jì)算有直接關(guān)系,一般采用測(cè)井資料數(shù)據(jù)給出,其誤差

13、是很小的。但是,在實(shí)質(zhì)應(yīng)用中還應(yīng)結(jié)合鉆井資料,對(duì)于測(cè)試層段中包括其他擁有必然浸透性或沒有浸透性的巖性地層,此時(shí),測(cè)試層的有效厚度相應(yīng)增大或減小了,若是依舊采用煤層的厚度,將會(huì)使計(jì)算的浸透率值偏高或偏低。因此,對(duì)測(cè)試層段的巖性進(jìn)行觀察解析是特別必要的,同時(shí),保證封隔器的坐封地址湊近煤層頂板也瞄正確選擇測(cè)試層段的有效厚度有益。流體粘度流體的粘度值大小與溫度、壓力和含鹽量相關(guān),粘度值的大小受溫度影響較大,隨著溫度的高升粘度值大大降低。壓力和含鹽量對(duì)粘度影響不大。由于煤層埋藏比較淺(煤層氣井一般不高出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0.71.0mPas之間。粘

14、度值可以依照經(jīng)驗(yàn)公式求取,其數(shù)值大小對(duì)表皮系數(shù)、影響半徑、斷層距離及裂縫半長的計(jì)算無任何影響,只對(duì)浸透率值的計(jì)算有影響。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)與溫度壓力相關(guān),隨著溫度增高而增加,隨著壓力增大而減小。對(duì)于煤層氣井而言,由于煤層較淺,地層溫度變化不大。因此,B值的變化范圍很小,一般為0.971.01。誠然體積系數(shù)對(duì)浸透率值的計(jì)算有必然影響,但因其變化范圍很小,實(shí)質(zhì)應(yīng)用中,一般近似認(rèn)為B=1?？紫抖日\然煤儲(chǔ)層是典型的雙孔隙介質(zhì),但因其基質(zhì)孔隙比較小,浸透率值可視為零,因此,在煤層氣井的注入壓降試井解析中,煤層被看作

15、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。孔隙度的數(shù)值一般采用巖心解析測(cè)定或測(cè)井講解解析數(shù)據(jù),它們給出的結(jié)果比較湊近儲(chǔ)層的有效孔隙度。由于煤儲(chǔ)層自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),與老例儲(chǔ)氣層對(duì)照,其有效孔隙度較低,國內(nèi)外大量研究資料表示,煤層的有效孔隙度一般為13%?？紫抖葘?duì)浸透率值的計(jì)算無影響,但對(duì)表皮系數(shù)、影響半徑、斷層距離及裂縫半長的影響很大,因此確實(shí)做好巖心實(shí)驗(yàn)解析工作是很有必要的。綜合壓縮系數(shù)綜合壓縮系數(shù)Ct對(duì)于煤層氣井注入/壓降試井而言可是流體的壓縮系數(shù)CW和煤的孔隙壓縮系數(shù)Cf之和。流體的壓縮系數(shù)CW與溫度壓力相關(guān),在綜合壓縮系數(shù)Ct中,其影響特別小,CW數(shù)值大小一般為34

16、.510-4MPa-1。對(duì)于煤層而言,孔隙壓縮系數(shù)Cf大于流體壓縮系數(shù)CW12數(shù)量級(jí),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(gè)特別難確定的參數(shù),從實(shí)驗(yàn)室中獲得有必然困難,且實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)經(jīng)常偏低。但經(jīng)過攪亂試井可以獲得正確的Ct值。在煤層氣井的試井解析中,綜合壓縮系數(shù)對(duì)浸透率值的計(jì)算結(jié)果無影響,而對(duì)表皮系數(shù)、影響半徑、斷層距離及裂縫半長的計(jì)算結(jié)果影響很大。實(shí)質(zhì)應(yīng)用表明,若Ct值的選擇相差一個(gè)數(shù)量級(jí),計(jì)算結(jié)果將相差幾倍,可見其影響程度。目前國內(nèi)外對(duì)Ct值的選擇還沒有有一致的標(biāo)準(zhǔn),致使于在試井解析過程中很難對(duì)Ct正確選值。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)中寬泛應(yīng)用

17、的一種試井測(cè)試技術(shù),以上就試井設(shè)計(jì)、試井工藝和數(shù)據(jù)解析等一些技術(shù)問題進(jìn)行了有益的研究和研究。從理論和實(shí)踐的角度,誠然提出了一些改進(jìn)措施和合理化建議,但作者認(rèn)為仍有不足之處,特別是數(shù)據(jù)解析中地層及流體參數(shù)的選值,目前國內(nèi)外尚沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)公式,這有待于今后進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究工作。參照文件孫茂遠(yuǎn),黃盛初等.煤層氣開發(fā)利用手冊(cè)M.北京:煤炭工業(yè)初版社,1996,88-92.25第4期陳志勝,廉有軒:煤層氣井注入/壓降試井測(cè)試中相關(guān)技術(shù)問題商議文章編號(hào):1001-1986(200304-0026-03煤層甲烷解吸擴(kuò)散滲流過程的影響因素解析李前貴,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

18、充637001大綱:從煤層甲烷產(chǎn)出機(jī)理下手,解析了影響煤層甲烷解吸、擴(kuò)散和滲流過程的因素。結(jié)果表示:影響解吸的因素主若是壓力、含襟懷、煤的水分含量、基塊尺寸、溫度等;影響甲烷擴(kuò)散的因素主若是甲烷濃度、擴(kuò)散距離、平均自由程和煤巖孔隙分布;而影響滲流的因素有浸透率、裂隙發(fā)育情況、壓差、儲(chǔ)層損害等。進(jìn)而指出,解吸、擴(kuò)散和滲流3個(gè)環(huán)節(jié)親近相連,相互影響,相互限制,三者的最正確般配將是煤層氣經(jīng)濟(jì)開發(fā)的必要條件。關(guān)鍵詞:煤層甲烷;解吸;擴(kuò)散;滲流;影響因素中圖分類號(hào):P618.11文件表記碼:A序言煤層甲烷是一種新式潔凈能源,其開發(fā)利用不但可填充老例能源的不足,對(duì)改進(jìn)煤礦生產(chǎn)安全和保護(hù)大氣環(huán)境也有重要意義

19、1。煤層甲烷主要以吸附狀態(tài)賦存于煤基塊的微孔隙中,在必然壓力下處于動(dòng)平衡狀態(tài),其產(chǎn)出機(jī)理依照“解吸擴(kuò)散滲流”的過程,即:從煤基塊孔隙表面解吸,經(jīng)過基塊和微孔隙擴(kuò)散到裂隙中,以達(dá)西流方式經(jīng)裂隙流向井筒3個(gè)過程2,3。Zuber,M.D等4,Reid,G.W.等5羅山強(qiáng)等6采用數(shù)值模擬方法解析了影響煤層氣井產(chǎn)能的因素,主要包括儲(chǔ)層壓力、浸透率、解吸等溫線、擴(kuò)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(duì)于詳細(xì)的產(chǎn)出過程受哪些因素影響、如何作用沒有給出詳細(xì)的闡述。本文試圖從煤層甲烷的產(chǎn)出機(jī)理下手,解析控制甲烷產(chǎn)出3個(gè)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(jì)效益

20、。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好可逆過程,可用等溫吸附曲線描述。當(dāng)儲(chǔ)層壓力降低時(shí),被吸附的甲烷分子就從煤的內(nèi)表面走開,解吸出來進(jìn)入游離相。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要。影響解吸過程的因素好多,主要包括壓力、含襟懷、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(shí),只有儲(chǔ)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,因此煤層氣開發(fā)時(shí),要求最大程度地降低儲(chǔ)層壓力,以增大解吸襟懷。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%,解吸的吸附甲烷量平時(shí)不到20%,一般情況下,只有將煤層壓力降到湊近大氣壓時(shí),煤層中的吸附甲烷才能全部解吸、擴(kuò)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?yàn)橛蜌鈱訐p害與保護(hù)技術(shù).Discussionontec