煤层气注入与压降测试方法分析及应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：郭瑞琴（1989），女，汉族，山西介休人，硕士研究生，地质工程师，研究方向为煤层气，页岩气测试与试井工作。-10-煤层气注入与压降测试方法分析及应用 郭瑞琴 山西省地质矿产研究院有限公司，山西 太原 030001 摘要：摘要：文章结合实例，重点研究煤层气注入与压降测试方法，阐述准备工作要点，可以用于反映煤层气藏的动态特征，在此基础上提出煤层气注入与压降测试的流程和具体方法，包含参数的选择，储层压力、渗透率、破裂压力等数据的处理与分析，总结测试的注意事项，以期给同仁提供参考，采用科学可行的方法进行煤层气生产潜能评价，提高煤层气开采水平。关键词：关键词：煤层气；注入/压降测试；数据分析；注意事项 中图分类号：中图分类号：TE353 煤层气开发的专业性突出，难点较多，全面了解储层特征是有效开发煤层气的重要前提，例如采用岩心分析、地球物理、测井、试井等方法获取煤储层参数，其中试井测试能够获取煤层气藏流体流动时的煤层气参数，可以用于反映煤层气藏的动态特征，属于煤储层参数采集领域较为主流的方法。试井方法细分为注入/压降测试、DST 测试等，结合我国储煤层压力和渗透率较低的基本现状，常采用的是注入/压降测试法，因此深入研究此方法具有重要意义，经过规范测试后，通过测试数据准确地反映煤储层的特征，给资源开发提供具有参考价值的资料。1 项目概况 某煤层勘探面积为 900km2，煤层气地质资源量为1765106m3，区内断层较少，构造简单。煤层埋藏深度为 480m1180m，最薄部位为 3m，普遍集中在 10m160m，煤层裂缝发育较好。根据多口探井的钻探情况可知，钻进过程中遇到煤层时有明显的漏失现象，漏失速度超过 3m3/min，漏失量为 800m31200m3，且压力传导情况复杂，在此条件下，难以有效进行煤层气注入压降测试，若盲目采用此方法，将导致测试难度加大、测试结果的可靠性差。因此调整为注入/压降试井的方法，能够高效地完成测试，获得可反映煤层气特征的关键参数。2 测试准备（1）根据已掌握的现场条件，采用裸眼-注入/压降测试方法，制定测试方案。（2）坐封位置：主要以顶板岩芯和测井曲线而定，优先在 1002.62m1004.62m 井段坐封，井径较规则，岩芯无垂直裂隙。（3）测试装置的配置：检查电机、水泵的运转情况，判断是否具有稳定性；连接地面注入系统；检查油管丝扣；封隔器地面试压；保养测试工具；配置井下测试管柱，具体的规格和数量控制要求，如表 1 所示。表 1 煤层下井测试管柱数据记录表 管柱名称 长度（m）下井管柱数据外径(mm)累计长度(m)校正孔深 底部 m 顶部 m 筛管 2.1 60.2 2.01 1007.1 1005.19 球座 0.57 60.2 2.57 1005.19 1004.61 封隔器 1.98 80.1 4.55 1004.61 1002.63 变径短节 2.1 73.1/73.1 6.55 1002.63 1000.63 座节 0.21 60.2 6.75 1000.63 1000.43 油管(108根)1000 60.2 1006.52 1000.43-0.33 3 煤层气注入与压降测试试验 3.1 试井参数 测试结果的可靠性和测试效率均与试井参数有关，因此需要合理选择试井参数，主要项目及具体取值，如下：（1）测试时间 中国科技期刊数据库 工业 A-11-若煤层的渗透性较差，需延长测试时间，反之缩短测试时间，具体包含注入时间和关井时间两部分，计算方式如下：注入时间：krCtitinj/)4.69(2（1）式中孔隙度；流体黏度，mPas；Ct综合压缩系数，MPa1；ri影响半径，m；k煤层渗透率，10-3m2。关井时间：tfall（23）tinj（2）最大注入压力 根据微破裂试验结果确定最大注入压力 pmax，应保证在该压力条件下不出现煤层被压破的情况，计算方式为：pmaxmin0.0098wD（2）式中min煤层最小主应力，MPa；w流体密度，g/cm3；D煤层中部深度，m。（3）注入排量 根据设计注入时间内注入压力的增幅需小于煤层破裂压力的要求设计注入排量的上限，以确保地层中有足够的压力变化值为基本要求设计下限，最终确定注入排量的控制区间。在设计最大注入排量时，按如下公式计算：87.0)085.8log()(471.02maxSrwcktBppkhinjqtinji（3）式中 h煤层厚度，m；pi原始储层压力，MPa；B流体体积系数，m3/m3 rw井筒半径，m；S表皮系数。3.2 试井数据的处理与解释 采集到煤层气测试数据后，进行分析并进行半对数拟合和压力史拟合一致性检验，根据检验结果评价储层参数是否可靠。为高效进行数据处理与解释并获得可靠的结果，采用的是英国 EPS3.1 试井解析软件。在分析最小原地应力时，采用的是时间平方根法，即指的是裂缝的闭合压力，再用双对数法验证，保证检验结果的有效性。3.3 注入与压降测试的应用要点 以某井为例，试井层位为 K1，其中 K1 下、K1 上的煤层顶板深度分别为 530.45m、526.14m，底板深度分别为534.17m、526.90m，煤层厚分别为3.72m、0.76m，试井井深为 537.70m，测试方法为注入/压降及原地应力测试，具体的测试信息及结果，如表 2 所示。表 2 现场测试项目 测试项目 测试注入时间 关井时间 测试结果 注入/压降 累计注入时间为 7.72h 关井压降25.67h 地面最大注入压力 1.55MPa，累计注入量为0.029m3，平均排量 0.09m3/d 原地应力 用时3H25min 关井时间分别为 21min、31min、30min、40min 注入泵压最大值分别为 6.7MPa、6.5MPa、6.0MPa、5.7MPa （1）注入/压降资料分析 K1 煤层的关键参数，如表 3 所示。表 3 煤层分析所用参数选值 参数 数值 煤层有效厚度 h/m 2.42 煤层中部深度 D/m 532.30 孔隙度 0.04 流体密度 p/g.cm-3 1 流体地层体积系数 B 1.03 流体压缩系數 Cw/JMPa-1 3.26*10-4 综合压缩系数 Cw/MPa-1 2.51*10-2 井简半径 rw/m 0.048 注入时间 tinj/h 7.71 关井时间 tinj/h 25.66 地面最大注入压力 pmax/MPa 1.53 K1 煤层试井结果如表 4 所示，注入/压降测试曲线如图 1图 4 所示。表 4 K1 煤层注入/压降试井分析结果 储层压力 p/MPa 数值 储层压力梯度/MPa.m-1 3.16 渗透率 k/md 0.006 表皮系数 S 0.089 调查半径 R/m-0.51 内区半径/m 4.22 储层温度 T/C.0.363 储层压力 p/MPa 20.34 中国科技期刊数据库 工业 A-12-图 1 注入/压降的压力曲线 从图 1 可知，关井 0.13h，压力曲线发生波动，约9h 后趋于稳定。在 K1 煤层注入/压降测试期间，井下关井工具和隔封器均可维持稳定状态，推测煤储层非均质性是引起关井早期压力波动的关键因素，煤基质在径向各深度位置所具备的吸水性和渗透能力均有差异，注入水扩散时的导流能力不尽相同。图 2 试井双对数拟合曲线 从图 2 可知，初始续流段数据少，井表皮系数不高；后续曲线发生上翘和下掉两种变化，此类波动主要集中在井筒储集后，说明煤储层具有较明显的非均质性；测试进入后期时，导数曲线与双对数曲线部分交叉，结合现场情况，推测出现该测试结果的关键原因在于煤层位于破碎带处，受地质条件的影响较大，井筒周边有裂缝。图 3 试井半对数拟合曲线 图 4 试井压力历史拟合曲线 从图 3 可知，实测曲线与理论曲线良好拟合，测试结果有效，具有参考价值。从图4可知，实测曲线与压力历史曲线良好拟合，本次研究采用的模型具有可行性。（2）原地应力测试结果 测试结果，如图 5 所示。图 5 原地应力测试的压力曲线图（3）测试参数的评价 关井 实 测储 层 压力 实 测 值和 模 拟值 分 别为3.26MPa、3.08MPa，换算成煤层中部储层压力为3.17MPa。在对比分析实测值和模拟值后可以发现，两者存在一定的差异，说明储层压力将随着关井时间的延长而逐步降低，但经过下降的变化趋势后将逐步趋于平稳，最终与地层压力基本相当，且两者的接近程度将由于关井时间的延长而愈发明显。根据典型曲线拟合结果，直观分析关井压降数据。拟合 K1 煤层的表皮系数为-0.52，渗透率为 0.0893md，储层为打开完善性地层；根据井筒储集常数（2.57910-5m3/MPa）可以得知，地层关井压力受井筒储集效应的影响相对较小。在井筒储集后，拟合的双对数、导数曲线呈现出上翘、下掉的变化规律，从整个曲线的变化情况来看，具有较强的波动性，此结果说明被测试的煤储层有明显的非均质性，吸水能力并非稳定不变，而是在开始注入至结束的整个过程中有所波动，导流能力也有差中国科技期刊数据库 工业 A-13-异，且在渗滤阶段，注入水出现“时堵时解”的情况。综合典型曲线拟合结果可知，该层为低渗透层，常压注水时吸水性差。对 K1 煤层进行原地应力测试，基于实测数据进行计算，确定平均破裂压力梯度为 2.2010-2MPa/m；根据原地应力测试数据计算平均闭合压力梯度，采用的方法包含时间平方根法和时间双对数法，两种方法的计算结果分别为 1.4810-2MPa/m、1.4410-2MPa/m。4 注入/压降测试的注意事项（1）油管丝扣拧紧，涂密封脂。精准控制测试管柱的下井姿态，顺畅地将其下放至指定位置，若下放过程中存在阻力，不可强制性下放，应分析实际情况，采取处理措施，再恢复下放，防止测试管柱受损、偏位。（2）顶替期间，管柱中不可存在空气。（3）封隔器坐封后，关井 2h，做好此项细节工作的意义在于使储层压力趋于稳定，以免因异常波动而影响注入/压降测试。（4）对于资料较少的新区，由于对现场情况的掌握不够全面，需要先进行微破裂试验，再合理地开展注入/压降测试工作，制定测试流程，控制测试参数，尤其要保证地面最大注入压力的合理性。（5）煤层属于应力敏感地层，在注入/压降测试过程中需要精准控制注入压力，前期保持低压的状态，再循序渐进地提高压力，测试过程中的排量也需保持稳定。（6）井下关井一次到位，试验人员需要以试验方案为准，严格控制关井阀下放高度及速度，平稳地进行测试。若储层的渗透率较低，为了进一步保障此地质条件下的关井效果，在完成关井操作后，还需增压1MPa4MPa。（7）裸眼井壁的稳定性有限，注入/压降测试过程中存在安全隐患，需要以实际情况为准合理控制注入时间和关井时间，优化各项测试参数，确保管柱在井中的安全性，最终顺利完成注入/压降测试。5 结语 综上所述，本次研究的试井 K1 煤层具有低渗地层特征，采用注入/压降测试方法进行测试和分析，评价了煤层的特性，给煤层气资源开发方案的制定提供了参考，在一定程度上提高煤层气资源开发水平，增加经济效益。参考文献 1蒋艳芳.通许深部煤层气测试压裂技术探索及应用J.油气井测试,2023,32(02):24-28.2 李 红 柱,韩 立 强,刘 新,王 博.跨 隔 式 双 封 隔 器 在 煤 层 气 试 井 中 的 应 用 研 究 J.中 国 煤 炭 地质,2018,30(2):45-47.3曹运兴,石玢,刘同吉,周丹,程相振,曹永恒.煤层气套管井大时长注入/压降试井技术及应用J.煤炭科学技术,2018,46(10):168-173.4李东,金军,汪凌霞,白丽娜,周呈艳,易旺.贵州煤层气新井压降测试分析J.天然气技术与经济,2016,10(03):35-38.