跨隔作封在煤层气注入压降试验中的应用

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[摘 要]我国煤层气试井主要采用注入压降试验获取煤储层参数。随着煤层气开发力度的加大，根据工程条件或工程进度的要求，在注入压降试验中，增加一套封隔器，在煤层顶底板处分别作封，实现跨隔作封。尤其，在套管内使用跨隔作封方式，等同施工条件下能够有效提高数据准性。

[关键词]封隔器 跨隔作封 注入压降 煤层气

中图分类号：P618.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0008-02

在煤层气勘查过程中，注入压降试验是获取煤储层渗透率和储层压力主要方式，同时可以获取煤层破裂压力和闭合压力。渗透率是控制煤层气开采的主要储层参数之一，煤层在水饱和条件下，渗透率对煤层气井的排水降压起着控制作用，因此渗透率是控制煤层气井产量动态变化的主要因素。准确地测定煤储层渗透率在确定最优井距和增产设计，以及完井设计和优化储层动态管理方面十分重要[1]。跨隔作封与单封隔器作封相比，在一定程度内提高了渗透率和储层压力数据的准确性。

1 工作原理

国内采用的注入压降试井方法是一种常用的不稳定试井方法，是通过改变井以引起地层中的压力变化，同时测量井底井下设备压力与时间的变化，根据这一变化，并结合该井的地质条件，研究测试井和测试层在压力影响范围内力计的特定参数[2]。跨隔作封与传统单封隔器作封相比，增加一套封隔器，下封隔器连接死堵，封隔器之间的球座处的水槽作为地面水注入煤层气的通道，同时在作封时起着关键作用，跨隔作封示意图如图1所示。

2 注入压降试验特点

注入压降试验在实践过程中主要有一下几点优点：

（1）流体的注入提高了地层压力，保证了在测试过程中为单相流，它适用于负压、正常压力和超压等各种情况的煤悠井；

（2）不需要井下机械泵送设备，简化了操作步骤，降低了成本；

（3）可以用标准试井分析方法来分析，结果比较可靠；

（4）探测半径较大，时间相对较短。

同时，要预防以下两点：

（1）地层伤害。其原因之一，是由于注入的流体可能与地层的化学环境不相容，发生反应；之二，是由于有可能注入了会堵塞储层孔隙的微粒，因此把取自被测试层位的地层水回注到测试井中是最理想的，至少应当采用与地层和气藏流体相容的淡水。

（2）压开地层。如果注入过程中排量控制不好，使井底压力超过了测试层的破裂压力，就可能会压开地层，产生裂缝，这种裂缝的产生被认为是自然渗透率或井筒伤害的假象，使测试结果不可靠。因此在注入压降过程中一定要保证井底压力低于地层破裂压力[3]。

3 注入压降试验影响因素

通过分析以往施工的试井资料，主要从设备、钻井液成分及性质、封隔器坐封位置、围岩岩性及裂隙发育状况、煤层结构、井孔稳定性等方面分析影响注入压降试验影响因素。

3.1 工程因素

（1）钻井液的影响

钻井施工过程中或多或少存在井塌、井漏、憋条钻、井涌、卡钻等事故的现象，在煤层气钻井过程中多采用水基钻井液护壁钻取煤层。钻井液中的黏土颗粒大部分小于2μm，具有带电、吸附、水化膨胀以及分散、絮凝等特征，属胶体―悬浮体体系，其吸附的岩屑易堵塞煤层裂隙系统，同时钻井液与煤层的化学环境不相容，易发生化学反应而堵塞产层，从而导致煤储层严重伤害。煤层气试井的周期很短，一般测试在2～3d完成，探测半径有限；若钻井液污染煤储层，则导致测试结果只反映煤层污染带的情况，而并非煤储层的真实情况，使部分测试结果不可靠。

（2）封隔器坐封的影响。

封隔器坐封良好是试井成功的前提，目前采用的封隔方式大多为对煤层顶板封隔，未对底板进行封隔。封隔器坐封对试井的影响有以下3个方面：①坐封段井径不规整，导致封隔器坐封不牢靠，甚至可能损坏封隔器；②坐封段岩层裂隙发育，导致测试煤层与上部井筒连通，坐封不完全，测试结果不可靠；③坐封位置远离测试煤层，则测试段内围岩层较多（含未封隔的底板围岩） ，导致测试结果受围岩层性质影响较大，测试结果为封隔器密封段内岩层与测试煤层的综合效应，而非煤储层本身。

（3）人为控制因素的影响。

煤储层是应力敏感地层，压力波动将对测试结果造成一定的影响。以恒定的排量注入一定时间是进行试井解释的基本前提，而注入的恒定则主要取决于注入设备的稳定性和操作人员的控制经验。

3.2 地质因素

（1）围岩的影响。

含煤地层主要由泥岩、细碎屑岩、灰岩、粉砂岩、泥灰岩等组成，煤层围岩对试井的影响主要表现在以下3方面：①围岩稳定性对封隔器坐封的影响。封隔器坐封要求坐封段岩致密，且井径规则。如围岩不稳定，井孔不规则，则封隔器不能完全坐封，甚至围岩垮落导致封隔器卡在试井中产生工程事故，不仅设备损坏无法测试，甚至导致钻井工程失败，造成巨大的经济损失。②围岩渗透对煤层渗透性测试的影响。在注入/压降试井过程中，测试段并非只是煤层，封隔器密封层段还包括煤储层的部分顶板和底板，即测试时井底压力是煤层和这部分围岩的综合反映。岩性致密、孔隙度及渗透性很小的围岩，对测试结果的影响较小。若测试段被封隔的围岩越多，对试井结果的负面影响就越大。鉴于煤储层低渗的特点，若围岩的孔隙度及渗透性比较大，则对测试结果的负面影响也更大，对裂隙发育的围岩来说尤其如此。③围岩漏失对试井测试结果的影响。海陆交替的沉积环境导致贵州含煤地层煤层层数多，后期构造演化使得煤层出露较多，从浅部到深部均有煤层分布。对测试煤层，尤其是受构造影响裂隙发育地区和围岩以灰岩为主的煤层，容易发生围岩漏失。漏失地层试井测试时，一方面注入流体并非完全流入煤层，另一方面其压力响应也受围岩漏失严重影响，从而导致测试结果失真。

（2）煤层结构的影响。

在煤层夹矸发育的情况下，使煤储层的性质表现多样化，对试井产生某些影响。煤层结构对煤层厚度的影响。试井解释中用于求解储层参数的煤层厚度为煤层有效厚度。对于复杂结构煤层，在实际解释中采用的煤层有效厚度均为扣除夹矸后的有效厚度。如果测试煤层中夹矸均匀稳定分布，则有效厚度计算较准确，影响较小。若夹矸厚度不均且分布不稳定，则会导致煤层有效厚度计算偏差大，从而影响解释结果[4]。

4 跨隔作封特点

（1）根据工程条件或工程要求不同，跨隔作封相对于单封隔器作封，施工更灵活。即可以揭穿测试层后立即进行测试，也可以整口井完钻后进行测试。例如，整口井完钻后，存在多个测试目的层，可以将各个测试分割开，分别进行测试。在煤层赋存不稳定地区，如揭穿煤层底板过深，无需水泥封孔至底板以下2米。另外完钻后，只需测井一次，避免中途测井，进而避免了工期耽误，又减少了工程款。

（2）套管内存在多射孔段情况下，无需测试层下部填砂，同时控制注入水避免从底部射孔段进入其他煤层。由于注入水，只会从射孔孔眼进入煤层，从而避免单封隔器作封情况下，注入水从煤层顶板、底板进入，此情况下，更有利于获取准确的煤储层参数。

（3）跨隔作封在裸眼试井中风险较大，尤其是粉煤发育的钻孔中。裸眼测试中，煤层经过至少12h的注入，至少24h压降，后经原地应力测试，井筒附近的煤釉獾搅艘欢ǖ钠苹担煤层容易发生垮塌。因此，垮塌的煤块或煤粉容易埋下封隔器，从而上提油管易发生事故，风险较大。

（4）下封隔器作封效果检验效果较差。下封隔器作封采用类似于投掷式作封，一般下封隔器膨胀压力达到12Mpa后，地面泄压，凡尔推回到原位，达到膨胀状态。检验作封是否成功的过程，相当于再次进行膨胀封隔器，所以无法有效检验是否作封成功。

（5）封隔器反复作封使用次数一般为5次左右，由于下双封隔器作封，存在封隔器使用成本增加现象。

5 结论

跨隔作封是基于单封隔器作封基础之上的作封方式。在现场使用过程中，其主要特点为在套管内试井同等条件下，可更准确获取储层参数，另外有效的缩减工期，减少工程材料；同时是一把双刃剑，裸眼试井中，风险较大，容易发生埋封隔器的事故，下封隔器检验作封效果无有效途径。

参考文献

[1] 唐书恒.煤层气试井设计方法[J].煤田地质与勘探，1994，2（27）：28-31.

[2] 张裕虎，曲鹏程.注入压降试验方法在煤层气井中的应用及其结果分析[J]. 中国煤层气，2013，10（5）：34-39.

[3] 陈彦丽，刘启国，张烈辉，等. 浅析煤层气井与常规油气井在试井方面的差别[J].中国煤层气，2006，3（4）：44-46.

[4] 赵福平.贵州省煤层气试井质量影响因素分析[J].煤炭科学技术，2014，42（6）：126-129.