煤层气试井讲解

煤层气试井考点
一、名词解释（30分/6题）
1.试井：是以渗流力学理论为基础，以各种测试仪表为手段，通过对油井、气井或水井生产动态的测试，来研究油、气、水层和测试井的各种物理参数、生产能力，以及油、气、水层之间的连通关系的方法。

2.产能试井：是改变若干次油井、气井或水井的工作制度，测量在各个不同工作制度下的稳定产量及与之相对应的井底压力，从而确定测试井的产能方程和无阻流量、井底流动曲线。

3.稳定试井：产量基本上不随时间变化的试井称为稳定试井。

4.不稳定试井：产量或压力随时间变化的试井称不稳定试井。

5.井筒储存效应：在测试过程中，由于井筒中的流体的可压缩性，关井后地层流体继续向井内聚集，开井后地层流体不能立刻流入井筒的现象。

6.井筒储存系数：描述井筒储存效应大小的物理量为井筒储存系数，定义为与地层相通的井筒内流体体积的改变量与井底压力改变量的比值。

7.质量守恒定律：单位时间内通过控制面净流入的流体质量等于单位时间控制体内流体质量的增量。

8.表皮系数：
9.表皮效应：钻井、完井、储层强化过程中，泥浆渗入、泥饼及水泥、储层自身细粒物质在井筒附近积聚，以及地层部分打开、射孔不足或井眼堵塞等，导致储层被污染→渗透率降低→污染带内产生附加压降△p s ，产生表皮效应。

10.折算半径：其含义就是将表皮效应用等效的井筒半径来代替，计算公式为： 11.叠加原理：油藏中任一点的总压降，等于油藏中每一口井的生产在该点所产生的压降的代数和。

12.导压系数：单位时间内压力波波及的面积，公式为： 13储层综合压缩系数：单位岩石体积在改变单位压力时，由于孔隙收缩和液体膨胀总共排挤出来的液体体积。

13.续流：当地面井口关闭后，地层流体继续流入井筒的现象。

14.达西定律：是指流体在多孔介质中遵循渗透速度与水力梯度呈线性关系的运动规律，即渗流量与圆筒断面积及水头损失成正比，与断面间距成反比。

15.等温压缩系数：等温条件下，单位体积的气体随压力变化的体积变化率。

16.地层压力系数：储层流体压力与该处静水柱压力的比值。

17.淌度：单位电场强度下，带电粒子的移动速率。

在油气藏中，该值的引入反映流体在储层中的流动能力。

18.压降试井：即压力降落试井，是将长期关闭的井，或井所处油气藏的压力达到平衡后，开井生产，并且连续测量产量和井底流动压力随时间的变化，然后将井底压力与生产时间作出曲线，以确定储层地质参数的试井方法。

19.变产量压降试井：测试过程中改变若干次产量的压降试井。

20.两产量试井：在均质无限大地层中，以恒定产量q1生产了t1时间后，减小产量为q2，并开始测试，由于产量下降，压力将上升，但若持续下去，压力又将下降。

21.拟稳定流动：如果油气藏中的每一点的压力随时间的变化率都相同，即各点的压力以
kh
B q S p μ3s 10842.1-⨯=∆S
w e r r -=we t
C K μϕη=
相同速度下降，这种流动就称为拟稳定流动。

22.多孔介质：以固相介质为骨架，含有大量并且至少有一部分是相互连通的微毛细管孔隙空间，流体可以在其中储集也可以在其中流动，这样的介质称为多孔介质。

23.绝对孔隙度：单位体积岩石中所有空隙的总体积。

24.有效孔隙度：岩石的有效孔隙体积和岩石体积之比。

25.绝对渗透率：岩石的孔隙中流体为单相时，岩石允许流体通过的能力叫做绝对渗透率。

它只与岩石的本身性质有关。

26.有效渗透率：当岩石中的流体存在有几相时，岩石对每种流体通过的能力叫做该相的有效渗透率。

27.相对渗透率：岩石的有效渗透率和绝对渗透率的比值叫做相对渗透率。

28.静水压力梯度：单位液柱高度的压力值。

29.物理吸附：不具选择性，在吸附过程中没有电子的转移，没有化学键的生成和破坏，没有原子的重排等反应，产生的吸附只是分子间的引力，吸附过程中吸附速率和解吸速率都很快，且不受温度的影响。

30.压力系数：即实测储层压力与同深度静水压力之比。

31.动力粘度：面积各为1㎡并相距1m的两平板，以1m/s的速度作相对运动时，因之间存在的流体互相作用所产生的内摩擦力。

32.运动粘度：是液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，其值为相同温度下液体的动力粘度与其密度之比。

32.储层压力：指作用在岩石孔隙内流体上的压力，储层压力全部由流体本身承担。

33.吸附等温线：在固定温度下，达到吸附平衡时，吸附量与气体压力之间的关系曲线。

34.补心：钻杆都是从钻井平台上开始下放的，而测井都是从地面为基准面开始测试的，这中间就会有个钻井平台本身高度的差异，是为补心。

35.补心高度：指钻井平台方补心至地面的距离，即补心的地面高度。

36.补心海拔：补心海拔=地面海拔＋钻机补心高度。

37.DST试井：钻杆测试也称中途测试或地层测试，是指在钻进过程中对已钻开的油气层进行裸眼测试，或在完井之后对油气层进行测试的总称。

38.滤失：在压力差的作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的孔隙或缝隙中渗透的现象，称为钻井液的滤失作用。

39.测试半径：在一口井中，若瞬间注入或采出某一体积流体引起压力反应，压力反应外边界距离井的距离，称为测试半径。

40.拟压力：是真实压力与气体偏差因子的比值，拟压力不是真实压力，不能实测，是为了工程计算方便而构造的一个虚拟压力，但它具有压力的单位，即MPa。

41.干扰试井：通过改变激动井的工作制度，使地层中压力发生变化，利用高精度和高灵敏度压力计记录观察井中的压力变化，根据记录的压力变化资料确定地层的连通情况，并求出井间地层的流动系数、导压系数和储能系数等地层参数。

这种试井方法称为井间干扰试井。

42.存干扰压力：它是在背景压力下，单存由于激动压力影响而产生的压力变化。

43.脉冲试井：实质上也是一种干扰试井，与一般试井不同的是，作为激动井，在测试期间多次改变工作制度：从开井生产到关井，再从关井到开井生产，且各个工作制度延续时间相同。

当改变三次以上工作制度时，就可以在观测井观测到一次压力脉冲。

44.脉冲周期形：激动井的一个关井和一次开井，其时间总长度，称为脉冲周期。

45.脉冲幅度：从切点下作垂线，交交于公切线的高度。

46.脉冲滞后时间：形成脉冲压力的关井激动结束后，到压力脉冲的峰点之间的时间差。

47.关井周期：脉冲周期中形成压力脉冲的关井部分，也叫关井激动周期。

48.段塞试井：指通过钻孔向储层段注入或抽取一定量的流体，根据实测压力曲线进行储层参数计算。

49.流体压缩系数：表征流体压缩程度的系数，公式为 。

50.孔隙体积压缩系数：表征孔隙体积压缩程度的系数，公式为 。

51.注入-压降试井：注入压降试井是一种单井压力瞬变测试，它以恒定排量向储层注水一段时间，然后关井进行压力恢复，分别记录注入和关井期间的井底压力数据，据此进行储层参数计算。

钻杆测试（DST ）：也称中途测试或地层测试，是指在钻进过程中对已钻开的油气层进行裸眼测试，或在完井之后对油气层进行测试的总称。

52.变井储效应：当井筒内流体性质发生变化的时候，流体压缩系数也发生了变化，因此引起的压力变化是不均匀的，此时井储系数就发生了变化，即出现变井储现象。

53.全层煤岩样：不包括顶板、底板和具有一定厚度的夹矸的煤层刻槽煤样。

54.煤样缩分：在煤样制备过程中，按照规定的方法，将混合均匀的煤样分割成为性质相同的几份，留下一份作为进一步制备所用的煤样或作为实验室煤样，舍弃其余部分的过程 。

（存在状态）
55.游离水：以物理状态赋存煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分。

（存在状态）
56.化合水：也叫结晶水，是以化合的方式同煤中矿物质结合的水，是矿物晶格的一部分。

（赋存状态）
57.外在水分：指附着在煤颗粒表面或非毛细孔中的水分，在实际测定中是煤样达到空气干燥状态所失去的那部分水。

（赋存状态）
58.内在水分：是指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中的水。

59.最高内在水分：当煤颗粒内部毛细孔内吸附的水分达到饱和状态时，内在水分达到最高值，称为最高内在水分。

60.灰分：煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。

（缓慢灰化法、快速灰化法）
61.挥发分：煤的挥发分不是煤中固有的物质，而是在特定条件下煤受热分解的产物。

（缓慢灰化法、快速灰化法）
62.煤岩学：把煤作为一种岩石，以物理方法为主研究煤的物质成分、结构、性质、成因及合理利用的学科。

63.镜质体反射率：油浸物镜条件下，镜质体的反射光强度对垂直入射光强度的百分比。

是反映煤变质程度的最佳指标。

64.基质孔隙度：基质孔隙体积与试样总体积的百分比。

65.割理孔隙度：割理孔隙体积与试样总体之百分比。

66.体积孔隙度：煤样薄片裂缝体积与媒体总体积之比。

67.开度孔隙度：煤样薄片裂缝开度与裂缝间距之比。

68.割理面孔率：割理在煤样薄片上的面积百分含量。

69.排驱压力：某一岩样中的湿润相流体被非湿润相流体开始排替所需的最低压力。

70.含气饱和度：指煤储层在原位温度、压力、水分含量等储层条件下，煤层含气总量与总容气能力的比值。

71.理论含气饱和度：实际含气量与兰氏体积的比值。

72.实际含气饱和度：实测含气量与实测储层压力投影到吸附等温线上所对应的理论含气量的比值。

p d d 1f ρρβ=p d d 1m φφβ=
73.临界解吸压力：煤储层降压过程中，气体开始解吸点所对应的压力值。

其值为指在等温曲线上煤样实测含气量所对应的压力。

74.采收率：指在一定的经济极限内，在现代工艺技术条件下，从煤层中中能采出的煤层气占煤层气储量的百分比。

75.平衡水：在进行吸附性测试中，常需对煤样进行预湿，使得煤样中的水分含量达到储层温度条件下的水分含量近于饱和，这部分水分称之为平衡水。

76.亲和系数：对于同一吸附剂，A，B两种吸附分子在距表面x处吸附势之比，称之为亲和系数，一般为常数。

77.吸附势：吸附是由势能引起的，在固体表面附近存在一个势能场，即吸附势，表示1mol 气体从无限远处吸附到某点所需的功。

78.孔隙率：煤体孔隙占煤体总体积的百分率。

79.无因次量：是指没有单位的物理量,这种物理量与单位制度无关。

80：上覆岩层压力：上覆岩石骨架和孔隙空间流体的总重量所引起的压力。

81.静水压力：液柱重量所产生的压力。

82.地层压力（储层压力）：指作用在岩石孔隙内流体上的压力。

83.压力系数：实测储层压力与同深度静水压力之比。

84.单相渗透率：单相渗透率系指单相流体通过煤岩体孔、裂隙时的渗透率。

二、填空题（20分/20空）
1.压降试井包括等产量压降试井、变产量压降试井、两产量试井和探边测试
2.发生滤失的两个基本条件：存在压差，存在孔隙或缝隙
3.油气试井经历的过程：①20世纪80年代以前的常规试井分析方法②1980-1990的现代试井分析方法③1990年以后复杂地质条件下的数值试井
4.试井作业的主要内容：试井测试和试井解释
5.储层压力压力系数：超压、正常压力、欠压
6.油气试井分析中，完整的数学模型组成部分：基本模型（均质油气藏、非均质油气藏）、初始条件、边界条件（内边界、外边界）
7.油气试井模型建立的理论依据：渗流理论
8.渗流理论将储层内流体的流动分为：稳态、准稳态和非稳态
9.常规试井分析方法的基础：分析各向同性的均质油藏
10.等产量压降曲线形态的影响因素：线性不渗透边界的影响、封闭边界的影响、恒压边界的影响
11.压降试井适用条件：（1）新井特别是探井最为适用（2）已经长期停产又重新恢复生产的井（3）从经济角度考虑，认为不利于关井测井的生产井
12.吸附的类型
（1）根据吸附力的本质: 吸附可分为物理吸附和化学吸附。

（2）根据吸附的界面不同：溶液表面吸附、固液界面吸附、固气界面吸附
13.煤层气开采过程中的三个阶段：（1）单相流的裂缝流动阶段（2）局部地区甲烷气解吸的过渡阶段（3）全层甲烷解吸时的气水两相总系统流动阶段
14.试井阶段：（1）早期阶段（2）过渡阶段（3）无限作用径向流动阶段（4）晚期阶段
15.段塞试井的类型：注入段塞测试、加压段塞测试、抽汲段塞测试
16.煤中矿物质来源：原生矿物质、次生矿物质、外来矿物质
17.根据吸附力的本质: 吸附可分为物理吸附和化学吸附。

根据吸附的界面不同：溶液表面吸附、固液界面吸附、固气界面吸附
三、论述题（40分/4题）
1.简述试井作业的分类有哪些？
依据不同标准，试井分类如下：
（1）从流体类型分为：油井试井、气井试井、水井试井、多相试井
（2）根据生产条件分为：压降试井、压恢试井
（3）按照地层类型分类：均质油、气藏类型，复合油藏试井，双孔介质类型，双渗介质试井
（4）按照井别分类：垂直井、水平井、压裂井、分支井
（5）据测试参数随时间的变化分为：产能试井、不稳定试井
2.关于煤储层与常规油气储层物性差异
（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，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。

（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。

（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.简述注入压降试丼的原理与特点
（1）原理
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。

（2）基本方法
将测试管柱及封隔器、压力计等测试工具下入井内预定位置后联接地面设备、管线及测试流程，启动地面注入泵，以恒定排量将水注入井中(煤层)一段时间后关井，进行压力恢复。

（3）特点
①优点
I 避免了多相流动，保证了测试过程中为单向流，因而不必求相对渗透率，简化了对压力数据的分析，计算结果的K为水的有效渗透率。

II 不需要井下泵送设备，简化了操作步骤。

III 可以用试井软件分析，结果可靠，测试成功率高。

IV 施工周期短，测试半径大。

V可用于指导压裂设计、压裂施工及压裂后综合分析。

VI注入测试可对低压气藏和渗透率低引起的低产气藏进行测试。

②缺点
I 测试期间裂缝系统可能产生错误数据，人为地提高自然裂缝的渗透率。

II 注入的液体可伤害近井地区自然裂缝系统的渗透率，且产气井注水后，可减少气产量，延伸排水更长时间。

III 稳定的注入量不易控制。

IV 费用高。

V 要求高精度的存储或直读式电子压力计。

4.钻杆测试（DST）的测试原则
（1）及时的原则
钻探过程，若有油气显示，要立即进行DST测试，以便及时对油气资源评价。

（2）测试时间的确定
裸眼井测试时间主要是根据裸眼井的类别、井深、井身质量、钻井液性能来确定。

（3）开关井时间的分配
合理的分配开关井时间是录取高质量资料的关键。

5.吸附理论
吸附：由物理化学可知，物体表面吸收周围介质中其他物质的分子的性能。

吸附属于一种界面现象，是物质从体相浓集到界面上的一种性质：当气体分子运动到固体表面时，由于气体分子与固体表面分子之间的相互作用力，气体分子便会在固体表面上停留一定的时间，形成气体分子在固体表面的上的浓度增大，这种现象称为气体在固体表面的吸附。

6、论述钻杆测试试丼，注入压降试丼，段塞测试原理及异同点
（1）原理
钻杆测试原理：通过钻杆柱或油管柱将地层测试器下到待测层，进行不稳定试井，取得产层的产量、温度和井底开关井时间-压力曲线卡片，并取得流体样品。

通过分析解释获得动态条件下地层和流体的各种特性参数。

注入压降试丼原理：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。

段塞测试原理：通过钻孔向储层段注入或抽取一定量的流体，根据实测压力曲线进行储层参数计算。

（2）异同点：
7.油气试丼分析中无因次量成立的假设条件
（1）储层的孔隙度为常数（2）厚度为常数（3）渗透率为常数，且各项同性（4）流体粘度为常数（5）压缩系数为常数，且较小（6）流体的流动属于径向层流，并且为单相流（7）整个过程等温，不考虑重力影响
8.一般的试井曲线划分的几个阶段，每个阶段参数分析
（1）早期阶段：刚刚开井或刚刚关井的一段时间，在此阶段可以得到井筒储集系数。

（2）过渡阶段：人工压裂、天然裂隙、射孔不完善。

此阶段反应井筒附近储层情况。

在此阶段可以得到的参数有：裂缝半长。

（3）无限作用径向流动阶段：根据压力降低或压力恢复曲线可以计算地层系数，表皮系数，储层压力。

（4）晚期阶段：关闭生产井，下入压力计测压，获取地层平均压力。

用物质平衡法可以估算油藏的储量，计算钻井到储层边界的距离，排泄半径以及地层的平均压力。

9.煤样采取的一般方法与原则
（1）采样前的准备
①采样点的选择
应根据需要选择有代表性的采样点。

煤层煤岩样采样前应清理煤壁，使表面新鲜、平整采样点附近的地面应清扫干净，并铺上防水布。

②记录和描述内容
I 采样点的记录
采样点的编号、位置、地层时代、煤层名称、煤层厚度、煤层产状要素等。

II 煤层剖面的描述
根据采样目的分层和选择描述内容，一般要绘制采样点煤层素描图。

（2）煤样的采取
①煤层煤岩样采取的顺序
在采样点同时采取全层煤样、分层煤样和煤层柱状样或块状煤岩样时，应用板尺和粉笔按样品宽度垂直煤层层理要求画4条平行线，在第1，2条线内先采取全层煤样，在第3,4条线内采取分层煤样，在第2,3条线内采取煤层柱状样或块状煤岩样。

②样品的编号和包装
样品袋可用为布袋、或纸袋，一般不用塑料袋。

10.煤的显微组分的识别
（1）镜质组
透光色为橙-橙红色。

反射光下灰色，无突起，油浸反射光下呈深灰色。

煤级越高，反射色越浅，高煤级烟煤和无烟煤中呈白色。

具弱荧光或不具荧光，其中基质镜质体的荧光性最为明显。

（2）壳质组
透射光下透明，黄-红橙色，大多轮廓清楚。

反射光下呈深灰色、正突起，随反射率增加，突起降低。

油浸反射光下呈黑色到很暗的灰色。

反射率在三大类中最低。

具明显的荧光效应，荧光强度大于同一煤的镜质组。

（3）惰质组
透射光下呈棕色、深棕色至黑色。

三个组分中的反射率最大，反射色由浅灰、灰白、白色到黄白色，具正突起。

无荧光或弱荧光。

11.煤层气等温吸附的主要理论模型，以及各模型的假设条件和适用性
（1）Henry方程
在气体吸附中，气体的吸附量与压力成正比。

对于压力很低的气相吸附，多数情况下，服从该定律。

但只限于吸附量占形成单分子吸附量的10%以下。

（2）Freundlich方程
该模型把固体表面上的吸附中心按不同吸附热分成若干种，每一种吸附中心具有一定的吸附热，假定吸附热是以指数形式随表面覆盖度增大而减小。

适用于中压。

（3）Langmuir模型
根据汽化和凝聚的动力条件平衡原理建立的，广泛用于煤和其它吸附剂对气体的吸附，是研究煤层吸附等温的主要模型。

其基本假设为：①固体表面存在一定数量的吸附中心；②固体表面是均匀的，各处的吸附能力是相同的；③每个吸附中心的吸附和解吸行为是独立的；
④固体对气体的吸附是单分子层。

（4）BET模型
根据汽化和凝聚的动力条件平衡原理建立的，广泛用于煤和其它吸附剂对气体的吸附，是研究煤层吸附等温的主要模型，除了Langmuir假设的前2个条件外，另有假设：①被吸附分子和碰撞到其上面的气体分子之间也存在范德华力；②第一层的吸附热和以后各层的吸附热不同，第二层以上的吸附被视为凝聚。

（5）吸附势理论模型
吸附势理论的要点是：①不对吸附图像给予某些假设的限制；②不涉及固体表面的均匀性③离表面越近，引力越大；④吸附空间内各处都存在吸附势；⑤吸附势相等的点构成吸附面。

12.煤的等温吸附曲线的意义
（1）判断吸附现象的本质，如属于物理吸附还是化学吸附，吸附是线性还是非线性。

（2）求得吸附剂对特定吸附质的吸附容量。

（3）用于计算吸附剂的孔径、比表面等重要物理参数。

（4）对于煤吸附而言，可以估算含气饱和度、含气量乃至最大可采量，确定煤层的临界解吸压力等。

（5）可以根据估算的含气量与实际含气量的关系，对煤层气藏的含气饱和程度进行判别。

13.煤的孔隙成因类型及在气体运移中的意义
（1）煤的孔隙按成因类型
分为原生孔、变质孔、外生孔和矿物质孔。

（2）在气体运移中的意义。