煤层气井注入压降试井测试中有关技术问题探讨陈志胜讲解Word文档格式.docx
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当储层中流体的流动处于平衡状态时,若改变井的工作制度即改变压力,则在井底将造成一个压力扰动,此扰动将随着时间的推移不断向井壁四周地层径向扩展,最后达到一个新的平衡状态。
这种压力扰动的不稳定过程与地层、流体的性质有关。
因此,用测试仪器将井底压力随时间的变化规律记录下来,通过分析,可以判断和确定地层的性质。
2.2 试井方法
注入/压降试井是一种单井压力瞬变测试,其基本方法是:
将测试管柱、封隔器及压力计等测试工具下入井内预定位置,采用小型注入泵以恒定的排量向煤层中注水一段时间,在井筒周围产生一个高于原始储层的压力分布区,然后并井,使得注水压力与原始储层压力逐渐趋于平衡。
注入和关井阶段采用压力计记录井底压力随时间的变化,从而测得各阶
段煤层的响应参数。
注入和压降阶段的数据都可用于分析、求取储层参数,由于注入阶段压力波动相对较大以及煤层的应力敏感性,因此关井压降阶段的数据最具有代表性。
3 技术问题讨论3.1 试井设计
试井设计是正确指导测试施工的依据,其中测试时间、注入排量、地面最大注入压力的设计计算尤为关键。
a. 测试时间的选择 测试时间包括注入时间和关井时间,注入时间选择与煤层渗透率密切相关。
最佳注入时间可以通过下面计算公式求得:
tinj=（69.4φμCtri2
/k,
（1
式中 tinj———注入时间,h;
φ———煤层孔隙度;
μ———注入流体粘度,mPa·
s;
Ct———综合压缩系数,MPa-1
;
ri———设计调查半径,m;
k———煤层渗透率,10-3
μm2。
注入时间的设计计算原则应以大于井储畸变时间为前提。
结合以往大量测试施工的效果来看,对于渗透性好的煤层,可适当减少测试时间,关井时间选择注入时间的1～1.5倍,完全可以满足获取储层信息的要求;
而对于渗透性差的煤层,为确保获取足够的储层信息,应考虑适当延长测试时间,尤其是关井时间,应不低于注入时间的2～4倍。
b. 地面最大注入压力的选择 地面最大注入压力是注入阶段的一个重要参数,它是测试成败的关键,其设计应以不压破煤层为前提。
地面最大注入压力值可采用下面计算公式求得:
Pmax=σmin-0.0098ρWD,
（2
收稿日期:
2003-01-15
（,,河,,·
23·
第31卷第4期2003年8月
煤田地质与勘探
COALGEOLOGY&
EXPLORATION
式中 Pmax———地面最大注入压力,MPa;
σmin———煤层最小主应力,MPa;
ρW———流体密度,gcm3
D———煤层深度,m。
在我国许多勘探开发新区,由于煤层气勘探井非常少,储层参数资料有限,这给设计计算带来一定困难。
为提高设计计算的准确性和确保试井测试成功,可在试井测试前先进行一次微破裂试验,以获取储层的破裂压力,它是煤层气井最大注入压力设计的直接依据。
c. 注入排量选择 注入排量的选择应依据煤层的具体情况而定。
确定下限时,应使煤层中具有足够的压力变化值,以保证测量精度和压力计灵敏度的要求;
确定上限时,应使注入压力的上升幅度在设计注入时间内不超过煤层破裂压力。
注入过程中要求注入排量稳定,最大注入排量可通过下面计算公式求得:
qinjBμ[log8.085ktinj
φμctrW
+0.87S]
（3
式中 qinj———注入排量,m3
/d;
h———煤层厚度,m;
Δp———最大注入压力与原始储层压力差,
MPa;
B———流体体积系数;
rW———井筒半径,m;
S———表皮系数。
3.2 试井工艺
3.2.1 消除井壁污染
由于钻井过程中,钻井液在保护井壁的同时易造成井筒附近储层污染,致使测试结果只反映污染带的情况而无法代表储层的真实情况。
解决这一问题比较有效的方法是在注入/压降试井前先进行一次微破裂试验,它可以有效的消除井壁污染。
另外,由于微破裂试验产生的裂缝小,关井后裂缝很快闭合,这对随后进行的注入/压降试井测试不会产生太大影响。
3.2.2 注入流体的选择
实践经验及国外研究资料表明,注入流体选择不当可能会对测试煤层造成一定程度的伤害。
注入流体对煤层的伤害包括物理和化学两个方面:
物理伤害指流体中固相物质对煤层孔隙的堵塞,导致煤层孔隙的连通性变差;
化学伤害指流体中的化学离子成分对煤孔隙中地层水化学性质的影响。
相对注入/压降试井而言,物理伤害（即固体颗粒对煤层孔,体对煤层的伤害,对于含水煤层,原则上注入流体应
优先选择被测试煤层中的地层水。
结合我国煤层气勘探开发的现状,多数情况下尚不具备这样的现场条件,在实际的操作中,一般可以选择洁净淡水作为注入流体。
另外,裸眼测试中如有粘土膨胀问题,可考虑添加2%的氯化钾溶液。
3.2.3 坐封位置选择
封隔器坐封位置原则上要求选择在煤层直接顶板。
鉴于现阶段的试井施工多数在裸眼井中进行,因此,在实际操作中应结合测井和钻井资料,首先坐封位置应考虑岩性好、致密、坚硬及井径规则的井段;
其次,为方便封隔器坐封,良好的坐封井段最短不小于3m;
另外考虑到煤层松散、破碎、易坍塌的特点,为安全起见,裸眼井中最好不要采用双封隔器跨隔测试。
3.2.4 关井方式选择
关井方式是影响试井测试资料效果的一个关键因素。
关井方式分为井下关井和地面关井。
采用地面关井,井筒储集比较大,测试时间相对也要求较长,尤其对于低压储层,当关井压力降至井口压力平衡点以下时,容易产生井筒储集畸变,这对资料的分析解释将带来很大难度。
结合我国煤层储层压力普遍偏低的特点,在实际施工中,关井方式应采用井下关井。
而对于一些储层压力确实偏高的煤层,测试工作中可以考虑地面关井,但就测试效果而言,井下关井的工作效率会更高。
3.2.5 注入排量的调节和注入压力的控制
注入/压降试井过程中,注入排量的调节与注入压力的控制是关键。
由于煤层是应力敏感地层,压力波动对其有一定影响,因此,保持注入压力平稳和注入排量稳定非常重要。
在实际操作过程中,完全做到这一点是相当困难的。
根据长期实践的经验,注入测试时,选择较低的注入压力开始注入,这对保持注入压力的平稳有利,同时便于注入排量的调节。
调节排量过程中,密切观察注入压力的上升幅度,应确保在设计的注入时间tinj内,注入压力的升幅不超过设计的地面最大注入压力Pmax,然后可选择一个合适的注入排量持续稳定注入。
为保证能有一个较长时间的稳定注入过程,调节排量的用时不应超过设计注入时间的四分之一。
3.2.6 数据录取控制由于煤层埋藏浅,压力低,温度变化范围小,因此,在注入/压降试井中,对压力计的压力和温度量程范围要求不高,但对压力计的精度和分辨率要求很高,目的是确保能及时记录井底压力的变化。
在,·
24·
煤田地质与勘探 第31卷
活选择相应的录取速率:
对于注入阶段初期,由于调节注入排量的影响,压力波动范围相对比较大,数据录取可控制在每3～5s1个数据点;
对于注入阶段后期,注入排量比较稳定,相应的压力波动比较小,数据录取可控制在每10～15s1个数据点;
对于关井阶段初期,由于压力递降速率比较快,压力变化相对比较大,数据录取可控制在每5～10s1个数据;
对于关井阶段后期,压力恢复趋于平衡,相应的压力变化比较小,数据录取可控制在每20～30s1个数据点。
3.3 数据分析
试井目的是为了获得煤层的储层参数,结果的准确与否,不仅与测试方法、解释方法及所使用的储层模型有关,而且还与一些分析计算所需的地层及流体参数的选值有关,这些基础数据对煤层的储层参数计算有一定影响。
在试井分析解释过程中,准确地选取这些参数是非常必要的。
3.3.1 煤层有效厚度
煤层的厚度与渗透率的计算有直接关系,一般采用测井资料数据给出,其误差是很小的。
但是,在实际应用中还应结合钻井资料,对于测试层段中包含其他具有一定渗透性或没有渗透性的岩性地层,此时,测试层的有效厚度相应增大或减小了,如果仍然采用煤层的厚度,将会使计算的渗透率值偏高或偏低。
因此,对测试层段的岩性进行观察分析是非常必要的,同时,保证封隔器的坐封位置靠近煤层顶板也对准确选择测试层段的有效厚度有利。
3.3.2 流体粘度
流体的粘度值大小与温度、压力和含盐量有关,粘度值的大小受温度影响较大,随着温度的升高粘度值大大降低。
压力和含盐量对粘度影响不大。
由于煤层埋藏比较浅（煤层气井一般不超过1500m,煤层温度低且变化范围不大,因此,粘度的变化范围也比较小,一般在0.7～1.0mPa·
s之间。
粘度值可以根据经验公式求取,其数值大小对表皮系数、影响半径、断层距离及裂缝半长的计算无任何影响,只对渗透率值的计算有影响。
3.3.3 流体体积系数
流体体积系数是指,流体在地下温度压力条件下的体积与在标准状态条件下的体积之比。
流体体积系数与温度压力有关,随着温度增高而增加,随着压力增大而减小。
对于煤层气井而言,由于煤层较浅,地层温度变化不大。
所以,B值的变化范围很小,一般为0.97～1.01。
虽然体积系数对渗透率值的计算有一定影响,但因其变化范围很小,实际应用中,一般近似认为B=1。
3.3.4 孔隙度
虽然煤储层是典型的双孔隙介质,但因其基质孔隙比较小,渗透率值可视为零,因此,在煤层气井的注入压降试井分析中,煤层被看作是一种单孔隙介质。
这里的孔隙度指的是煤层割理孔隙度,即有效孔隙度。
孔隙度的数值一般采用岩心分析测定或测井解释分析数据,它们给出的结果比较接近储层的有效孔隙度。
由于煤储层自身的结构特点,与常规储气层相比,其有效孔隙度较低,国内外大量研究资料表明,煤层的有效孔隙度一般为1～3%。
孔隙度对渗透率值的计算无影响,但对表皮系数、影响半径、断层距离及裂缝半长的影响很大,因此切实做好岩心实验分析工作是很有必要的。
3.3.5 综合压缩系数
综合压缩系数Ct对于煤层气井注入/压降试井而言只是流体的压缩系数CW和煤的孔隙压缩系数Cf之和。
流体的压缩系数CW与温度压力有关,在综合压缩系数Ct中,其影响非常小,CW数值大小一般为3～4.5×
10-4
MPa-1
。
对于煤层而言,孔隙压缩系数Cf大于流体压缩系数CW1～2数量级,因此,煤的孔隙压缩系数Ct值决定着综合压缩系数。
Cf值是一个非常难确定的参数,从实验室中获得有一定困难,且实验室数据往往偏低。
但通过干扰试井可以获得准确的Ct值。
在煤层气井的试井分析中,综合压缩系数对渗透率值的计算结果无影响,而对表皮系数、影响半径、断层距离及裂缝半长的计算结果影响很大。
实际应用表明,若Ct值的选择相差一个数量级,计算结果将相差几倍,可见其影响程度。
目前国内外对Ct值的选择尚未有统一的标准,以致于在试井分析过程中很难对Ct准确选值。
4 结语
注入/压降试井方法是我国现阶段煤层气勘探开发中广泛应用的一种试井测试技术,以上就试井设计、试井工艺和数据分析等一些技术问题进行了有益的研究和探索。
从理论和实践的角度,虽然提出了一些改善措施和合理化建议,但作者认为仍有不足之处,尤其是数据分析中地层及流体参数的选值,目前国内外尚没有成熟的经验公式,这有待于今后进一步加强这方面的研究工作。
参考文献
[1] 孙茂远,黄盛初等.煤层气开发利用手册[M].北京:
煤炭工业
出版社,1996,88-92.
·
25·
第4期 陈志胜,廉有轩:
1001-1986（200304-0026-03
煤层甲烷解吸—扩散—渗流过程的影响因素分析
李前贵,康毅力,罗平亚
（西南石油学院油井完井技术中心,四川南充 637001
从煤层甲烷产出机理入手,分析了影响煤层甲烷解吸、扩散和渗流过程的因素。
结果表明:
影响解吸的因素主要是压力、含气量、煤的水分含量、基块尺寸、温度等;
影响甲烷扩散的因素主要是
甲烷浓度、扩散距离、平均自由程和煤岩孔隙分布;
而影响渗流的因素有渗透率、裂隙发育状况、压差、储层损害等。
进而指出,解吸、扩散和渗流3个环节紧密相连,相互影响,相互制约,三者的最佳匹配将是煤层气经济开发的必要条件。
煤层甲烷;
解吸;
扩散;
渗流;
影响因素中图分类号:
A
1 引言
煤层甲烷是一种新型洁净能源,其开发利用不仅可弥补常规能源的不足,对改善煤矿生产安全和保护大气环境也有重要意义[1]
煤层甲烷主要以吸附状态赋存于煤基块的微孔隙中,在一定压力下处于动平衡状态,其产出机理遵循“解吸—扩散—渗流”的过程,即:
从煤基块孔隙表面解吸,通过基块和微孔隙扩散到裂隙中,以达西流方式经裂隙流向井筒3个过程
[2,3]
Zuber,M.D等[4]
Reid,G.W.等
[5]
罗山强等
[6]
采用数值模拟方法分析了影响煤层气井产能的因素,主要包括储层压力、渗透率、解吸等温线、扩散作用、流体性质以及合理井距等。
他们均是从产出的宏观和整体角度出发,但对于具体的产出过程受哪些因素影响、如何作用没有给出详细的阐述。
本文试图从煤层甲烷的产出机理入手,分析控制甲烷产出3个过程的因素,以便采用合理措施,提高煤层气单井产量和经济效益。
2 解吸过程的影响因素
煤层甲烷在煤层中的解吸是吸附的完全可逆过程,可用等温吸附曲线描述。
当储层压力降低时,被吸附的甲烷分子就从煤的内表面脱离,解吸出来进入游离相。
解吸是煤层气开发的先决条件,弄清解吸过程中所受的影响因素意义重大。
影响解吸过程的因素很多,主要包括压力、含气量、煤的水分含量、基块尺寸、温度等因素。
2.1 压力
压力降低是煤层甲烷解吸的基础。
煤层气井开采时,只有储层压力降低到临界解吸压力以下后,煤层甲烷才能大量解吸,所以煤层气开发时,要求最大程度地降低储层压力,以增大解吸气量。
甲烷解吸量取决于呈高度非线性的吸附等温线,如地层压力下降50%,解吸的吸附甲烷量通常不到20%,一般情况下,只有将煤层压力降到接近大气压时,煤层中的吸附甲烷才能全部解吸、扩散出来。
2002-12-11
作者简介:
李前贵（1979—,男,土家族,湖南桑植人,西南石油学院在读博士研究生,研究方向为油气层损害与保护技术.
Discussionontechnicalproblemsforinjection/fall-offwelltestinthe
coalbedmethanewell
CHENZhi-sheng1
LIANYou-xuan2
（1.Xi′anBranch,CCRI,Xi′an710054,China;
2.EnvironmentEngineeringDepartment,ZhengzhouEconomicManagementInstitute,Zhengzhou450053,China
Abstract:
Basedontheactualapplicationofinjection/fall-offwelltestforthecoalbedmethaneexplorationanddevelopmentinChina,combinedwithpracticalexperienceformanyyears,fromtheviewpointofapplication,sometechnicalproblemsforwell-testdesign,processofconstructionanddataanalysisarestudiedanddiscussedinthispaper,itispresentedthatsomesuggestionsandmeasuresofimprovement,andprovidedimpor-tantbasisforconstructionofwelltestinfuture.·
26·
煤田地质与勘探COALGEOLOGY&
EXPLORATION
Vol.31No.4
Aug.2003
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