用空气造穴完井数据探讨煤储层压力

在煤层气开采过程中，煤储层的原始压力是开采的重要参数，储层压力不仅是计算含气饱和度的重要参数，也是制定合理采排方案的重要依据[1]。

获得煤储层压力的常用方法是注入压降法，这种方法主要用于煤层气的勘探阶段，在开发时期，因时间和经济原因不可能做到每口井都进行注入压降试验，这样勘探阶段所获取的储层压力就成为开发阶段制定采排方案的主要依据。

由于煤层气地质条件的不均一性，储层压力也表现出不均一的特点[2]，采用勘探阶段所获得的储层压力制定的采排方案可能不尽合理，进而影响井的产气量和寿命。

近年来的煤层气空气造穴完井技术试验[3，4]发现，利用其取得的资料计算的储层压力，基本代表该井周地段的储层压力，这对制定该井的的更合理的采排方案有重要参考价值。

本文探讨采用空气造穴完井时注气阶段所得到的时间与井内压力资料来确定煤储层压力。

1基本原理在气井单井定流量开采时，气体单项介质在多孔介质中渗流，在以下假设条件下：a 气层无限、均质、水平、等厚，各向同性；b 单相气体流动，压力梯度很小，其渗流满足达西定律；c 忽略气层内温度变化与重力作用。

压力随开采时间的变化规律可用下面方程来描述[5]：1坠（坠p ）＝1坠p ，（1）初始条件：pt =0=p 0，边界条件：r 坠p 坠r r =r w ＝18.42q sc μp B Kh p r =∞=p 0，作者简介：傅在林（1957—），男，高级工程师，长期从事水文地质及煤层气勘探开发工作。

收稿日期：2011-01-10责任编辑：唐锦秀用空气造穴完井数据探讨煤储层压力傅在林，雷华友，王怀（河南省煤田地质局二队，河南洛阳471023）摘要：煤层气空气动力造穴完井技术在中国正处于探索和试验阶段，洞穴完井工艺可以获得丰富的煤储层数据。

通过空气动力造穴完井观测数据，结合实际地质情况，将注气压力时间曲线分为两个阶段：注气压力小于储层压力时满足气体状态方程，注气压力大于储层压力时满足气体渗流方程，说明在注气初期井内压力与注气时间近似为直线关系，利用两直线的交点确定储层压力在理论上是合理的，并结合静态条件估算了储层压力。

通过与注入压降试验结果对比，证明了计算结果的可信性。

这一方法为综合评价储层条件和制定更合理的采排制度提供了有益的参考。

关键词：煤层气；空气造穴；气体渗流方程；储层压力中图分类号：P634；P618.11文献标识码：ADiscussion on Coal Reservoir Pressure Based on Well Aerodynamic Caving Completion DataFu Zailin,Lei Huayou and Wang Huai(The Second Exploration Team,Henan Bureau of Coal Geological Exploration,Loyang,Henan 471023)Abstra ct:The CBM well aerodynamic caving completion technology is just under the exploring and testing stage in the country,abundant coal reservoir data can be obtained from the use of the technology.From the caving completion observed data,combined with actual geological condition,the air injection pressure-time curve can be divided into two stages:when the air injection pressure less than the reservoir pressure,it meets the equation of state;when larger meets the equation of seepage.It illuminates that during the initial injection stage,relation between pressure and time is near linear,using the intersection of two lines to determine reservoir pressure is reasonable theoretically,and then combined with static conditions estimates reservoir pressure.Through contrast of injection/drawdown test results,has verified the dependability of estimated results.The method can provide beneficial reference for comprehensive assessment of reservoir conditions and to establish a more reasonable production and drainage system.Keywords:CBM;aerodynamic caving;equation of gas seepage;reservoir pressure中国煤炭地质COAL GEOLOGY OF CHINAVol．23No．04Apr ．2011第23卷4期2011年4月文章编号：1674－1803（2011）04－0023－03doi ：10.3969/j.issn.1674-1803.2011.04.05第23卷中国煤炭地质P———距离井r处t时刻的压力，MPa；P0———储层的原始压力，MPa；η———导压系数，（μm2MPa2）/（MPa·s）；q sc———井的采气量，104m3/d；B———井内气体的体积系数；T———储层温度，K；h———储层厚度，m；t———时间，h；C p———平均压力和温度下的综合压力系数，MPa-1；μp———平均压力和温度下粘度，MPa·s；K———储层渗透率，μm2；φ———储层孔隙度，%；r w———井半径，m。

（1）式在上述初始条件和边界条件时可以得到如下解：即储层中任一时刻、任一点的压力可由下式计算：p（r，t）＝p i+92.104q scμp B Ei（-r2），Ei———井函数；Ei(x)=-∞x乙e-μdμ，此式可以用级数展开，当x<0.01时，存在：Ei(-x)=ln(1.781x)，利用近似式得到井底流压公式：p w f（t）＝p0-21.21q scμp BKh lg8.0853ηtr2w乙乙，（2）对于上述简化，t不小于2.5s时近似误差小于0.25%[5]。

空气造穴注气过程，实质上是以注气流量q sc向储层注入气体过程，仅将（2）式中的开采量换为-q sc 即为描述注气量与时间的关系方程：p w f（t）＝p0+21.21q scμp B lg8.0853ηtr2w乙乙。

（3）理论上（3）式在压力时间单对数曲线上是一条截距为P0的直线，但由于煤储层的渗透率较低，单对数曲线上会产生明显的压力延迟效应，造成（3）式不能在压力轴上产生截距，但在曲线上产生拐点，根据渗透方程结合产生拐点的地质原因，利用拐点就可以确定储层的原始压力。

2应用实例在黑龙江鹤岗地区施工的空气造穴完井试验中，当稳定注气量分别为28.12和27.33m3/min时，观测了时间与井压力变化资料，利用所测数据绘制的压力时间单对数曲线见图1，从图中可以看出，注气压力与时间在前期不满足（3）式所描述的规律，这种现象主要是由于储层的渗透率较低，井内初始压力不能达到储层初始压力而引起的，在注气开始阶段，注入气体产生的压力主要用于平衡井内储层压力而产生了压力延迟效应。

从上看并结合实际情况，注气过程实质上是由两个阶段组成，一个阶段是注气平衡储层压力阶段，另一个阶段是注气压力在渗透率作用下向储层渗透的阶段。

后一阶段满足（3）式所描述的规律，前一阶段则满足气体状态变化规律。

设井内初始平均压力为P i，在P i小于P0时注气量和井内压力可以用下式来表示：d P（t）＝dρRT=ρsc RT d q sc=ρsc RTq sc d t=Ad t，（4）式中：A＝ρsc RTq sc；ρ———为井内气体密度，kg/m3；ρsc———为标准状态下气体密度，kg/m3；R———普适气体常数，其值为8.31Jmol-1K-1；其他参数意义同前。

因为t=0时，井内压力为P i，对（4）积分后简写为：P=P i+At，两边取对数得：ln P=ln(P i+At)，整理得：p=e ln（p i+At）=e ln p i（1+At/p i）=p i e ln（1+At），(5)A=ρsc RTq sc/P i，图1空气造穴压力时间单对数曲线Figure1Aerodynamic caving pressure-timesemi-logarithmicgraph244期也就是说在注气初期压力与时间的关系为一指数曲线，由e x的台劳展开式可得：e x=1+x+x2x …+x nn!，当x很小时e x＝1+x，因注气初期，因注气时间t 很小，所以ln(1+At)也很小，在注气速度为28.12m3/ min也就是4.0493×104m3/d，注气时间t为10min，井内初始压力为P i=0.5MPa时，lg（1+At）=0.0096，所以台劳展开式的高次项可以舍去。

令t'=1+At所以可近似有e ln At＝1+ln t'，所以上式可以近似表示为：P＝p i e ln（1+At）=p i e ln t'=P i(1+ln t')，(6)将自然对数换为常用对数，令C=2.3P i，上式变为：P＝P i+C lg t'。

井筒效应：从（4）可知，P和t在普通坐标系中和双对数坐标系中为一直线，（6）式则说明当lg（1+ At）很小时，P和t也可以近似表示为直线形式。

当P 大于P0时满足（3）式，这样储层压力就应该为（3）式和（6）式所形成的两直线的交点所对应的压力，也就是单对数曲线上的拐点所对应的压力。

图上两直线的交点b所对应压力轴上a点的压力为3.2MPa，这一压力即为拐点所对应的压力。

因为在空气造穴过程中很难观测到井底气体压力，只能观测到井口压力，所以必需进行井底压力校正。