淺埋煤層氣低低壓滲流測(cè)試管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)

淺埋煤層氣低低壓滲流測(cè)試管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)

0地質(zhì)及地質(zhì)條件沙爾湖構(gòu)造位于圖漢盆地東南部的海拔高架上，被克林泉高架和南湖海拔高度分為獨(dú)立沉降?？碧矫娣e900km2,其中主力煤層含煤面積420km2,煤層氣地質(zhì)資源量達(dá)到1880×108m3,屬盆地以高煤階為主的淺埋煤層氣資源。區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單,斷層稀少。煤層埋藏較淺,層薄,分布在10～170m,最薄層只有3m,埋藏深度480～1180m。煤層大多裂縫發(fā)育較好,滲透性和傳導(dǎo)能力較差。所鉆幾口探井在鉆遇煤層時(shí)都發(fā)生了大量漏失,漏失量達(dá)到800～1200m3,漏失速度達(dá)到3m3min以上。由于煤層漏失嚴(yán)重且壓力傳導(dǎo)情況復(fù)雜,造成了煤層氣注入壓降測(cè)試成功率低,難以測(cè)取用于評(píng)價(jià)煤層氣儲(chǔ)層的壓降資料。1管柱的討論空間(1)由于漏失嚴(yán)重,小排量微注入壓降測(cè)試時(shí)注入液全部漏失無法測(cè)取壓降資料及煤層的物性參數(shù);(2)常規(guī)測(cè)試管柱的封隔器需要加壓坐封,由于測(cè)試層段淺,管柱重量不夠,易造成封隔器坐不住、封不嚴(yán),導(dǎo)致測(cè)試失敗;(3)常規(guī)測(cè)試工具通徑小且與油管通徑不一致,大排量注入時(shí)由于摩阻和節(jié)流作用產(chǎn)生的注入假象壓力,容易造成測(cè)取的煤層特性參數(shù)資料失真;(4)低壓、低滲、漏失嚴(yán)重的煤層,由于滲流、導(dǎo)壓能力差,正常的關(guān)井時(shí)間內(nèi)無法測(cè)到穩(wěn)定的壓降資料。2應(yīng)力破裂率的設(shè)計(jì)測(cè)試設(shè)計(jì)是正確指導(dǎo)測(cè)試施工的依據(jù),注入壓降測(cè)試設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的參數(shù)是坐封位置、測(cè)試時(shí)間、注入排量和壓力。為了降低應(yīng)力敏感對(duì)滲透率的影響,盡可能低壓注入,最大注入壓力應(yīng)盡量低于破裂壓力,設(shè)計(jì)時(shí)不超過破裂壓力的75%。一般參考鄰井應(yīng)力測(cè)試資料、鉆井資料、測(cè)井資料和壓裂資料來設(shè)計(jì)破裂壓力。滲透率值最好進(jìn)行DST常規(guī)測(cè)試或段塞流試井先行求取,一般取最小值設(shè)計(jì)。2.1砂巖或泥巖夾層綜合鉆井、測(cè)井資料和測(cè)試要求,坐封位置一般設(shè)計(jì)選擇在合適的砂巖或泥巖夾層,盡可能接近煤層。坐封段井眼規(guī)則、無垂直串通裂縫,以避免封隔器坐不住、坐不嚴(yán)或上下串通,影響測(cè)試資料的品質(zhì)甚至造成測(cè)試作業(yè)失敗。2.2測(cè)試時(shí)間設(shè)計(jì)測(cè)試時(shí)間包括注入時(shí)間和關(guān)井時(shí)間,注入時(shí)間依據(jù)煤層滲透率并參考井筒儲(chǔ)集時(shí)間選擇2.2.1計(jì)算井儲(chǔ)存時(shí)間2.2.2分析方法的一般規(guī)律(1)根據(jù)雙對(duì)數(shù)法則選擇:為了充分獲取測(cè)試數(shù)據(jù),須使注入時(shí)間超過井筒控制期足夠長(zhǎng)。在半對(duì)數(shù)分析方法中,經(jīng)驗(yàn)法則是:直線段開始的時(shí)間是在雙對(duì)數(shù)曲線圖上數(shù)據(jù)偏離單位斜率直線時(shí)間后的1.5個(gè)對(duì)數(shù)周期。因此要獲得13～12對(duì)數(shù)周期的直線段,注入時(shí)間就要達(dá)到井儲(chǔ)結(jié)束時(shí)間的三倍以上,即:(2)根據(jù)設(shè)計(jì)測(cè)試半徑選擇:計(jì)算達(dá)到設(shè)計(jì)測(cè)試半徑所需的最優(yōu)注入時(shí)間可由式(3)求得:2.2.3縮短注入時(shí)間和關(guān)井時(shí)間從理論上講,要獲得最有代表性的參數(shù),需使恒量注入的時(shí)間盡可能地長(zhǎng)。但從經(jīng)濟(jì)和井筒安全角度來考慮,應(yīng)盡量縮短注入時(shí)間和關(guān)井時(shí)間。一般注入時(shí)間只要大于12h,關(guān)井時(shí)間達(dá)到24h,就可以獲得較為可靠的資料。對(duì)于沙爾湖構(gòu)造滲透性差、導(dǎo)流能力差的淺埋煤層氣藏,為確保測(cè)得足夠的儲(chǔ)層數(shù)據(jù),必須要延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間,尤其是關(guān)井時(shí)間最短不能低于注入時(shí)間的6倍,一般取6～10倍。特殊情況可適當(dāng)延長(zhǎng),但以確保井筒安全為前提。即:2.3鄰井、鉆井、壓裂計(jì)算設(shè)計(jì)原則是盡量低于煤層破裂壓力,一般不超過破裂壓力的75%?？蓞⒖监従?、鉆井、壓裂等資料進(jìn)行設(shè)計(jì)?；蛘咴O(shè)計(jì)測(cè)試中先進(jìn)行小排量微破裂注入,獲取儲(chǔ)層的破裂壓力作為最大注入壓力設(shè)計(jì)的依據(jù)?？捎墒?5)計(jì)算:2.4密度地層壓縮系數(shù)法注入排量的設(shè)計(jì)原則為:確定最低注入排量時(shí)應(yīng)保證在煤層中有明顯的壓力應(yīng)變,以滿足電子壓力計(jì)測(cè)量要求;確定最大注入排量時(shí),應(yīng)確保既要大于煤層漏失量,又要控制注入時(shí)間內(nèi)的注入壓力在煤層破裂壓力以內(nèi)。最大注入排量可由式(6)求得:式中:tinj———注入時(shí)間,h;twbs———井儲(chǔ)結(jié)束時(shí)間,h;twf———關(guān)井時(shí)間,h;CS———井筒儲(chǔ)集系數(shù),m3/MPa;φ———煤層孔隙度,無因次;μ———注入流體粘度,mPa·s;Ct—地層綜合壓縮系數(shù),MPa-1;ri———設(shè)計(jì)測(cè)試半徑,m;h———煤層厚度,m;K———煤層滲透率,μm2;Pmax———地面允許的最大注入壓力,MPa;σmin———煤層最小主應(yīng)力,MPa/m;H———煤層中部深度,m;ρw———注入流體密度,g/cm3;Pb———煤層破裂壓力,MPa;Pi———原始地層壓力,MPa;S———表皮系數(shù),無因次;rw———井筒半徑,m;B———流體體積系數(shù),無因次;qinj———最大注入排量,m3/h。3優(yōu)化設(shè)計(jì)和測(cè)試流程3.1后續(xù)下大排量注入法(1)自然注入法:以較小的排量向煤層注入單項(xiàng)液,然后關(guān)井測(cè)壓降,優(yōu)點(diǎn)是可以求得煤層的微破裂壓力,為后續(xù)低于破裂壓力大排量注入提供設(shè)計(jì)依據(jù)。(2)大排量注入法:以較大排量(注入壓力須小于煤層破裂壓力)向煤層注入單項(xiàng)液,后關(guān)井測(cè)壓降,一般不單獨(dú)采用。(3)自然注入法+大排量注入法:兩種注入方式分段交替進(jìn)行,主要是為對(duì)沙爾湖構(gòu)造淺埋煤層氣藏井況比較復(fù)雜、測(cè)試前漏失比較嚴(yán)重的煤層測(cè)試設(shè)計(jì)。3.2靜接合閥的調(diào)節(jié)主要設(shè)備:儲(chǔ)水罐、0～360Lh可調(diào)節(jié)注水泵、大排量撬裝泵、流量計(jì)、節(jié)流閥、單流閥、球閥、壓力傳感器、地面管匯流程等。在測(cè)試中用注入泵將流體通過節(jié)流閥以穩(wěn)定流量注入井內(nèi)(見圖1)。配備大排量撬裝泵配合大排量注入工藝,壓力傳感器監(jiān)測(cè)注入系統(tǒng)的壓力變化。3.3p-t封隔器LPR-N閥是新型由壓力控制進(jìn)行開關(guān)井的測(cè)試閥,只需在環(huán)空加壓、泄壓即可實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱多次開關(guān)井作業(yè)。LPR-N閥、RD循環(huán)閥、電子壓力計(jì)托筒和P-T封隔器皆為大通徑工具,可確保測(cè)試中低摩阻、大排量注入,最大限度降低摩阻、節(jié)流和嚴(yán)重漏失的影響。P-T封隔器依靠打壓坐封、上提解封,不受管柱重量的影響,可在最接近煤層的位置坐封。經(jīng)過優(yōu)化配置后,測(cè)試管柱組合見圖2。4淺埋煤地層沉積相沙試1、沙試2井是吐哈盆地了墩隆起沙爾湖構(gòu)造帶上的2口預(yù)探井,層位:J2x。沙試1井測(cè)試層段為490.0～600.0m,沙試2井測(cè)試層段為:628.60～820.08m,為典型的淺埋煤層氣藏。兩口井在鉆井過程中漏失嚴(yán)重。根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果,選配大通徑LPR-N測(cè)試閥+RD循環(huán)閥+P-T封隔器測(cè)試工具組合進(jìn)行自然注入法+大排量注入法測(cè)試,降低注入流體摩阻和管柱節(jié)流影響,提高注入效率。4.1測(cè)試管柱組合4.2次關(guān)井測(cè)壓降效果(1)測(cè)試過程:第一階段,采用自然注入液面自然降落法。注入時(shí)間52min,因地層漏失嚴(yán)重?zé)o法灌滿油管。第二階段,采用大排量注入壓降測(cè)試法。用地面撬裝泵大排量注入:泵壓1.5MPa,排量500L/min,注入時(shí)間34min。由于煤層吸水好,注入時(shí)間較短,選擇關(guān)井測(cè)壓降345min,達(dá)到開井注入時(shí)間的10倍。第三階段,繼續(xù)用地面泵增大排量注入:泵壓5MPa,排量1200L/min,注入時(shí)間35min。由于第二階段壓力擴(kuò)散不正常,選擇延長(zhǎng)關(guān)井測(cè)壓降時(shí)間至1506min,達(dá)到了開井注入時(shí)間的43倍。(2)資料分析評(píng)價(jià):從實(shí)測(cè)壓力曲線看,第一次關(guān)井測(cè)壓降時(shí),因流道不暢通,壓力擴(kuò)散不正常;第二次關(guān)井測(cè)壓降正常,曲線光滑,反映了真實(shí)的壓力擴(kuò)散過程(見圖3)。從雙對(duì)數(shù)曲線看,早期續(xù)流段數(shù)據(jù)較少,過渡段峰值不高,說明表皮系數(shù)不大;導(dǎo)數(shù)曲線進(jìn)入中期徑向流之后不久就開始緩慢上翹,說明平面上存在一定非均質(zhì)性;后段導(dǎo)數(shù)曲線急劇上翹與雙對(duì)數(shù)曲線相交叉,分析原因是煤層處于破碎帶上,井筒附近裂縫較發(fā)育,但距井較遠(yuǎn)處縫洞連通性變差或尖滅。從壓降半對(duì)數(shù)曲線擬合檢驗(yàn)圖看實(shí)測(cè)曲線與典型曲線擬合比較好,說明測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠(見圖4)。儲(chǔ)層參數(shù):壓力P:4.27MPa,溫度T:25.57℃,壓力梯度:0.784MPa100m,表皮系數(shù)S:-1.72,滲透率K:179.5mD。(3)測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià):通過兩次關(guān)井測(cè)壓降,獲得了儲(chǔ)層壓力、產(chǎn)量、滲透率等參數(shù)。井筒儲(chǔ)集系數(shù)C值為0.41m3/MPa,遠(yuǎn)超過正常井筒儲(chǔ)集系數(shù)(C<0.01m3/MPa)取值范圍,說明與井筒連通的測(cè)試層有較大的縫或洞。儲(chǔ)層處于一個(gè)較大的破碎帶上,基質(zhì)致密,存在輕度污染,在平面上存在一定的非均質(zhì)性。儲(chǔ)集空間為大的洞、孔、縫,滲流通道為裂縫。從儲(chǔ)層壓力和梯度值看,為一欠壓儲(chǔ)層,這與其它地區(qū)煤層壓力系統(tǒng)普遍較低的特點(diǎn)相一致。4.3開井注入測(cè)試結(jié)果(1)測(cè)試過程:第一階段,采用自然注入液面自然降落法。注入時(shí)間120min,排量為120L/min,之后關(guān)井測(cè)壓降360min。第二階段,采用大排量注入/關(guān)井測(cè)壓降法。用地面撬裝泵大排量注入:泵壓3MPa,注入時(shí)間30min,排量800L/min。由于煤層吸水好,注入時(shí)間短,選擇關(guān)井測(cè)壓降時(shí)間300min,達(dá)到開井注入時(shí)間的10倍。(2)資料分析評(píng)價(jià):第一次和第二次關(guān)井測(cè)壓降,壓力均擴(kuò)散正常,關(guān)井測(cè)得壓降曲線平滑,反映了真實(shí)的壓力擴(kuò)散過程(見圖5)。一關(guān)井壓降雙對(duì)數(shù)及壓力導(dǎo)數(shù)曲線中,經(jīng)過短暫的井筒儲(chǔ)集效應(yīng)后,雙對(duì)數(shù)及壓力導(dǎo)數(shù)曲線呈1/2斜率(即:裂縫線性流)平行上升,之后進(jìn)入徑向流。說明地層裂隙發(fā)育,但是傳導(dǎo)性較差,分析為基巖巖性致密所致。儲(chǔ)層參數(shù):壓力P:5.985MPa,溫度T:27.321℃,壓力梯度為0.800MPa/100m,表皮系數(shù)S:-0.1,滲透率K:3.94mD。(3)測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià):通過注入測(cè)試,取得了儲(chǔ)層產(chǎn)量、溫度、壓力等參數(shù)。表明儲(chǔ)層具有一定的導(dǎo)流能力,且顯示出雙孔特征,表現(xiàn)出非均質(zhì)性,符合煤層氣儲(chǔ)層特征。5測(cè)壓降時(shí)間選擇通過關(guān)鍵測(cè)試參數(shù)設(shè)計(jì)和測(cè)試工藝優(yōu)化設(shè)計(jì),改進(jìn)了注入壓降測(cè)試方法,解決了沙爾湖構(gòu)造淺埋煤層氣儲(chǔ)層用常規(guī)測(cè)試方法難以測(cè)取正常壓力恢復(fù)資料的難題。與常規(guī)注入/壓降測(cè)試方法相比,改進(jìn)后的注入/壓降測(cè)試方法注入排量高、摩阻和節(jié)流效應(yīng)小、坐封可靠,應(yīng)用壓力控制LPR-N閥在井下開關(guān)井更容易操作并縮短了測(cè)試時(shí)間,提高了測(cè)試成功率