我国煤层气试井研究进展_张翼

收稿日期:2010-08-24作者简介:张　翼(1985-),女,新疆石河子人,在读硕士研究生,研究方向为非常规天然气。

d o i :10.3969/j .i s s n .1005-2798.2010.12.001

我国煤层气试井研究进展

张　翼,吴小庆,何吉祥,方俊伟,杨　芳

(西南石油大学,四川成都　610500)

摘　要:近几年,煤层气的开采越来越受到人们的重视,煤层气试井能够为煤层气的开采提供重要参考数据,对了解煤储层有着至关重要的作用。文章阐述了煤层气试井的意义,介绍了与常规油气田试井的不

同,对国内现有的煤层气试井方法与理论加以综述,并提出了现有煤层气试井方面所存在的一些问题。关键词:煤层气;试井;研究进展

中图分类号:T D 712 文献标识码:A 文章编号:1005-2798(2010)12-0001-02

P r o g r e s s i nC h i n a 's C o a l B e dMe t h a n e

Z H A N GY i ,WUX i a o -q i n g ,H EJ i -x i a n g ,F A N GJ u n -w e i ,Y A N GF a n g

(S o u t h w e s t P e t r o l e u mU n i v e r s i t y ,C h e n g d u 610500,C h i n a )

A b s t r a c t :I nr e c e n t y e a r s ,t h e e x p l o i t a t i o n o f c o a l b e dm e t h a n e h a s b e e np a i dm o r e a n dm o r e a t t e n t i o n .C o a l -b e dm e t h a n et e s t i n g w e l l c a np r o v i d e i m p o r t a n t r e f e r e n c e d a t a t o c o a l b e dm e t h a n e e x p l o i t a t i o n ,w h i c h h a s a v i t a l u n d e r s t a n d i n g o f t h e r o l e o f c o a l r e s e r v o i r .E x -p l a i n e d t h e s i g n i f i c a n c e o f C

B Mw e l l t e s t i n g ,i n t r o d u c e d w i t h t h e c o n v e n t i o n a l w e l l t e s t i n g d i f f e r e n t o i l a n d g a s f i e l d s ,c o a l b e d m e t h a n e o nt h e e x i s t i n g d o m e s t i c w e l l t e s t i n g m e t h o d a n d t h e o r y t o b e r e v i e w e d ,a n d p r o p o s e d t e r m s o f t h e e x i s t i n g

C B Mw e l l t e s t i n g s o m e p r o b -l e m s .

K e y w o r d s :c o a l b e dm e t h a n e ;w e l l t e s t i n g ;r e s e a r c h

煤层气是一种重要的非常规天然气资源。我国

拥有相当丰富的煤层气资源,但对煤层气的开发利用尚属初步阶段,落后最先开采利用煤层气的美国几十年。如果能合理的开发利用煤层气不但可以缓解常规油气供应压力,还可以保护大气环境,减少煤矿开采的意外事故发生。煤层气是一种新型能源,因此,对于煤层气的勘探开发将会是我国乃至世界能源的发展趋势。煤层气试井是了解煤储层情况的重要手段,只有清楚了煤的储层情况才能对煤层气进行合理的开采。

1　煤层气试井问题

煤层气试井不同于常规油气田试井。目前能够准确获取煤层参数的有效方法就是煤层气试井。我国在常规油气田试井方面已经达到了相对成熟的阶段,但对煤层气试井研究尚浅。然而煤层气的开采依赖于对煤储层的了解,煤储层的特性只有通过试井分析才能相对准确的反应。煤层气层有着特殊的渗流机理及复杂的构造。煤岩层具有裂缝孔隙和基

质孔隙组成的天然双重空隙结构。煤基质被裂缝网格所切割,通常称这种裂缝网格为割理系统。割理系统又分为面割理和端割理,主要渗流通道是面割理。煤层甲烷气被大量吸附在端面的微孔表面,当煤层内压力降低时,甲烷气开始解析,以游离气的形式顺着割理系统流向井筒。

煤储层与常规油气储层不同,表现在:1)　煤层孔隙系统分为基质孔隙和裂缝孔隙两种,构成了煤层的双重孔隙系统。且煤岩胶结性差,割理、裂隙发育,并形成复杂的割理裂隙系统,使煤储层强度弱,易碎、易坍塌。2)　煤储层孔隙小,孔隙比表面积主要与微孔有关,微孔的发育使煤的孔隙表面积增大(1g 煤的

表面积可达100～400m 2)[1]

,因此煤层中甲烷气主要吸附在煤层孔隙的外表面,游离态的气体较少,且多分布于节理缝和天然裂缝中。

3)　孔隙度和渗透率很低、孔隙半径小,迂曲度大,毛管作用明显,自吸作用强烈。因此钻井、完井、固井以及储层改造工作中易造成煤层污染。

试验研究

总第135期

4)　煤储层中,欠压、常压、超压的压力情况都存在,但是大多数的煤储层以欠压为主[2]。

5)　非均质性、应力敏感性强,同一地区储层特征和地质特征不同,同时由于煤储层的裂缝系统和割理发育很好,应力的较小变化会引起渗透率的强烈变化[3]。

煤储层的以上特征,给煤层气的开发带来了各种难题,也决定了煤层气开发中所采用的试井中所采取的方法和技术措施。同时由于煤岩的机械强度低、易破碎的特征,造成煤岩取芯难度大、伤害程度评价困难。

煤层气试井与常规油气田试井不同[4]:

1)　初始打开煤层气藏时,甲烷气还没有发生大量的解析,在割理系统中几乎全部充满了水,因此被测井通常是水井,所谓煤层气试井常常是按水井试井的方法进行地层参数分析。

2)　煤层气试井过程只有短短的几天时间,但是从抽水降压使煤层气解析变成游离气进入割理系统再流入井筒往往需要几年甚至几十年的时间,因此,虽然煤岩具有双重结构但试井时并不表现为双孔介质流动特性,不能涵盖抽采煤层气的所有阶段。

3)　由于煤层气的特殊渗流机理,在不同的开采阶段,试井的对象也不同。比如如上所述开采初期时试井的对象往往是水,开采期,关井压力恢复时被测试对象实际上是气水两相流,因此,不同阶段要用不同的试井分析方法。

4)　基于煤层与普通油气层的物理性质不同,试井分析中应具体分析,比如在普通岩层中渗透率可以通过取岩芯实验测得,但是对于煤层在取煤芯的过程中,煤芯极易被破坏,通过实验测得往往很难成功,只有通过试井测得。

煤层气作为一种清洁能源亟待开发,试井分析是煤层气开发必不可少的阶段,为此必须加快煤层气试井的研究,找出适合于煤层气藏的试井分析方法。

2　煤层气试井的研究进展

目前,煤层甲烷气试井常用的方法有段塞流测试方法、压降测试方法、变产量试井方法、D S T测试、水罐测试和注入压降测试方法[5]。

段塞测试操作简单,只需在测试前向井筒内注入一定量的水,使之形成一个段塞,当水开始流入地层时进行压力监测。优点是简单、省时、所需费用小,但同时也存在测试半径小,不适用于所有井,由于井筒储集效应的作用,所得的渗透率误差比较大。

压降测试方法适合于饱和水的煤层气井,关于煤层特性的精确数据是在井筒储存到气体解吸和非饱和流的开始阶段测得的,但是这个时间段往往比较短,因此需要延长此时间段。煤层气井单项压降测试数据可以用常规的油井压降测试分析方法来分析。

变产量试井方法是在测试过程中不断改变水和气的产量,同时监测井底压力变化。一般用在第一口井。

D S T测试也叫钻杆测试,常用于渗透率比较好和储层压力较高的储层中。煤层气是吸附在煤基质的微孔中的,与常规油气不同,因此D S T测试的目的也不同,在煤层中主要是为了了解割理中水的能量与割理的渗透能力,储层压力以及判定原始游离气是否存在[6]。

水罐测试与注入压降测试相比成本较低,测试成功率高,对有效渗透率测试准确,避免了将地层压裂,但是测试时间长。适用于低压,渗透性较好的地层。

注入压降测试方法是煤层气开采中最常用的试井方法。此方法是以一定排量将水注入地层一段时间,然后关井进行压力恢复测试。注入流体提高了地层压力,确保了测试过程中为单向流,可以用标准的试井分析方法分析,结果可靠,操作简单。2001年王庆红等人指出了一些注入压降测试中应注意的问题,测试与压裂应保持相隔一定的时间,防止测试受到干扰[7]。由于煤层具有低压低渗的储层特征,因此要选用高精度的存储或直读式电子压力计,对于压力计的使用2009年高利民在《M R O在煤层气试井中的应用及常见问题的探讨》中做了详细介绍。目前在注入压降试井中最常用的是P A N E X型电子压力计[8]。

煤层中割理渗透率随有效应力的增加而降低,而孔隙压力又影响着有效应力的改变,因此煤层割理渗透率与孔隙压力有着密不可分的关系。张公社等人首次考虑了试井过程中渗透率随压力变化而变化这一因素,主要运用P u r i和S e i d l e试验相关式导出了分析压力衰减资料的新试井解释方法。此方法不仅确定了渗透率还确定了煤层的原始压力[9]。

2007年梁志军等人综合考虑了表皮效应和井筒效应并建立了煤层气不稳定试井的数学模型,并对煤层气藏不稳定试井测试资料的分析方法进行了讨论,为气井产能预测和压裂设计提供了基础数据[10-12]。

R e e v e s首次建立了一种新的三孔双渗模型[13],张先敏与同登科在此基础上建立了考虑井筒储集与表皮系数影响的低煤阶煤层气单项流动的三孔双渗试井模型,通过L a p l a c e变换及S t e f e s t数值反演方法求得模型的数值解。(下转第6页)

2010年12月 张　翼等:我国煤层气试井研究进展 第19卷第12期