煤层气注入/压降测试方法分析及应用

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摘要: 煤层气开发过程中,试井测试作为求取地层参数及对煤层进行定量和定性的评价的手段,是不可或缺的重要环节。本文就注入/压降测试方法的工艺研究、试井解释方法的分析以及与常规油气井测试方法的对比分析,探讨注入/压降测试方法在煤层气勘探开发中的应用。

Abstract: During the process of CBM development, well testing, as the means for formation parameters and the quantitative and qualitative evaluation to coal bed, is an important link. Based on inject/pressure drop test method technology research, analysis of well testing interpretation methods and the contrast analysis with regular testing method ,this paper discusses the application of the injection/compression test method in the development and exploration of coal bed methane.

关键词: 注入/压降;试井;低渗透;测试方法;煤层气

Key words: inject / pressure drop;well testing;low permeability;test method;CBM

中图分类号:TE3文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)23-0132-02

1煤层气测试方法简介

目前试井测试方法很多,主要有DST测试、段塞测试、注入/压降测试、水罐测试等。尽管这些试井方法可用于煤层气试井测试,但由于我国煤层的储层压力和渗透率普遍较低,注入/压降测试方法因其试井原理相对简单、适用范围广而在我国的煤层气勘探开发中得到广泛应用。首先简单介绍一下几种常用的煤层气测试方法。

1.1 DST测试DST测试是利用油管或者钻杆连接地层测试工具,通过井下开关井和各种工作制度,求取地层参数的测试方法。该方法主要利用的是开井期间地层产出流体的流动和关井期间压力恢复作为原始资料进行分析,以获得温度、压力、渗透率等地层参数。

此种测试方法目前广泛应用于常规油气井测试。相对于煤层气井测试,由于煤层气的以吸附状态存在于煤层中,因此用DST测试方法对煤层气测试的过程中,容易产生气水两相流动,这给后期解释带来了困难。DST测试只能应用于渗透率及储存压力都比较高的储层,而对于低压低渗储层则不适用。

1.2 段塞测试段塞测试通过瞬时向井筒加入流体或从井筒抽出一定体积的流体.然后测量恢复过程中压力随时间的变化,直至地层初始压力,由此求取渗透率、井筒储集系数和表皮系数。该测试方法存在的问题是探测半径过小,且测试时间较长。对于渗透性较好的地层比较适用。

1.3 水罐测试水罐测试依靠罐内液面所产生的重力差,通过静水柱压力作用向煤层内持续注水,使之在井筒周围形成一种水饱和状态,产生向煤层注入的单相流体流动。运用储集层单相流理论对灌注和压降两个阶段的数据进行分析,以获取储层参数。这种测试方法操作简单,成本较低,但是只适用于高渗透储层,如地层渗透率非常低,则静水柱的压力不足以使流体注入地层,无法完成测试。

1.4 注入/压降测试

1.4.1 注入/压降测试的原理及方法煤层气井注入/压降试井遵循不稳定试井的基本原理: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。这种压力扰动的不稳定过程与地层、流体的性质有关。因此,用测试仪器将井底压力随时间的变化规律记录下来,通过分析,可以判断和确定地层的性质。

注入/压降测试基本方法是:将测试管柱、封隔器及压力计等测试工具下入井内预定位置,采用小型注入泵以恒定的排量向煤层中注水一段时间,在井筒周围产生一个高于原始储层的压力分布区,然后关井,使得注水压力与原始储层压力逐渐趋于平衡。注入和关井阶段采用压力计记录井底压力随时间的变化曲线,从而测得各阶段煤层的响应参数,由于注入阶段压力波动相对较大以及煤层的应力敏感性,因此关井压降阶段的数据一般作为求取地层参数的原始数据。

1.4.2 注入/压降测试方法的主要步骤: ①微破裂测试:注入/压降测试要考虑的最关键的因素是地层破裂压力,如果在注入阶段超过了煤层的破裂压力,则注入压力数据没有多大价值。因此,新区一般都会进行微破裂实验。主要的过程就是在地面使用注水泵向煤层注水,产生一个压裂煤层的瞬时压力脉冲,通过注入流量及地面压力的变化判断煤层被压裂后井底关井。微破测试除为注入/压降测试提供注入压力参考值外,还可以在一定程度上消除在钻井过程中对井壁造成的污染。②注入阶段:连接地面泵注设备,向煤层注入清水,注入阶段最重要的是注水压力的控制。注水压力应该稳定,在开始注入的前1小时压力可以有些波动,进行必要的调整,但在注入2小时以后的过程中排量和压力应该保持稳定,否则将影响参数解释结果,注入最大压力可采用下面公式计算求得:Pmax=σmin-0.0098ρwD。式中Pmax――地面最大注入压力,MPa;σmin――煤层最小主应力,MPa;ρw――流体密度,g/cm3;D――煤层深度,m;理论最大注入压力仅供参考,更主要还要视实际情况而定,注入压力不可超过煤层的破裂压力,选择在60-80%之间为宜。持续注入8-12个小时,注入时间可以根据渗透率现场制定。③关井测压降:注入结束后在不停泵的情况下,关闭井下开关阀进行关井压降测试。关井时间一般选择在注入时间的2至3倍。④原地应力测试:注入/压降测试结束后进行原地应力测试,以求取煤层破裂后重张压力、闭合压力。原地应力测试的方法是以地面注入泵最大排量向地层注水将地层压开,反复进行2-4个循环周期的测试。

1.4.3 注入/压降测试方法的优缺点

(1)优点: ①探测半径大;②施工周期短;③测试成功率较高;④可对低压气藏和渗透率低引起的低产气藏进行测试;⑤避免了多相流动,简化了对压力数据的分析。

(2)缺点:①如注入压力控制不当则可能诱发裂缝,使得测试期间裂缝系统产生错误数据,人为地提高了自然裂缝的渗透率;②注入的液体可能伤害近井地带自然裂缝系统的渗透率。

2注入/压降测试资料解释分析

2.1 资料分析方法简述由于煤层气的储存方式为吸附气,只要储层压力保证在解析压力只上,那么储层中的流体即为单相流体。而注入/压降测试在向地层注入水的过程中,地层压力始终高于气体解析压力,煤层始终被水饱和,为单相状态。另外,煤基质渗透率非常小,注入煤层的水始终在裂缝中流动,因此压力响应反映的只是煤层中裂缝的特征,测试压力特征曲线并不能表现双重介质特征,而最常表现出的是均质储层特征。

对于一个煤层气测试资料,一般采用半对数(Horner)、双对数直线分析法、半对数(Horner)、双对数曲线拟合分析法,并辅以压力历史拟合对分析结果进行检验。

2.2 分析步骤

2.2.1 划分流动段煤层注入/压降测试的流动阶段划分,在注入阶段前期为调整排量阶段,中、后期为稳定注入阶段,排量基本稳定。关井阶段压力恢复正常,曲线光滑,关井压降后期压力基本稳定。一般关井阶段压力变化平稳,受注入期排量变化的干扰较小,因此压降曲线的分析最具代表性,这里选择关井压降阶段的压力数据进行分析。

2.2.2 拟合拟合为压降段双对数直线分析图,实测压力及压力导数曲线早期表现为单位斜率直线段,为早期井储段。后约2.7个对数周期出现斜率零直线段,为径向流段,依据双对数曲线所反映的特征,分析采用具有井筒储集效应及表皮系数的均质模型。求取表皮系数、渗透率、储层压力等地层参数。

2.2.3 Horner曲线直线分析Horner曲线直线分析,与双对数直线分析结果一致。通过与压力历史拟合检验曲线,进一步检验了解释结果的准确性。

2.3 资料分析主要注意的问题

2.3.1 初始条件必须已知某一时刻整个油藏范围内的整个压力分布。在解析模型中,通常假设0时刻油藏各点压力均为iP。

2.3.2 内边界条件内边界条件包括一口井(多口井)采出或者注入流量条件。这些流量条件就是将达西定律应用于具体的井身结构。典型情况是,在0时刻的地面流量为常数而井底岩面流量产生瞬间变化称为井筒存储,而且若井底岩面上存在压力不连续九称为表皮效应。因此,内边界条件将包括达西定律、瞬态效应(井筒储存)和井底岩面压力不连续(表皮效应)

2.3.3 外边界条件这些条件描述的是油藏区域的外部约束条件。不管油藏几何形状如何,解析模型中使用的外边界条件主要有3种:封闭边界、定压边界或者无限大油藏。

3注入/压降测试方法应用实例分析

Y1井为某煤层气勘探区块使用注入/压降测试工艺较为成功的一口煤层气探井,下面对该井某煤层的测试过程做个简单的介绍。

3.1 测试施工简介

3.1.1 微破裂试验微破裂试验总共持续1小时8分钟,地面最大注入压力5.40 MPa,累积注入量0.304m3,关井压降1hr。提出井下压力计,压力卡片显示破裂压力为13.02MPa,认为13.02 MPa为该煤层破裂压力。

3.1.2 注入/压降试井阶段注入/压降试井注入12.50hr,关井49.00hr,累计注入量0.8705m3,平均排量1.67m3/d,最高地面注入压力为2.35MPa。测试期间环空未返出水,封隔器坐封正常。

注入从较低的地面注入压力开始,以减小应力对煤层渗透率的影响(因为煤层是应力敏感地层),同时确保在设计的注入时间内注入压力低于煤层破裂压力。经过调节注入压力,在维持排量相对稳定的情况下,持续注入12.5hr后,井底关井测压力恢复。

3.1.3 原地应力测试阶段原地应力测试共进行了四个循环,用时3hr12min。

第一循环地面最大注入压力5.50MPa,注入0.190m3,回流0.040m3,关井20min;

第二循环地面最大注入压力6.20MPa,注入0.260m3,回流0.065m3,关井30min;

第三循环地面最大注入压力6.80MPa,注入0.593m3,回流0.140m3,关井30min;

第四循环地面最大注入压力7.10MPa,注入1.085m3,回流0.360m3,关井40min。

3.2 测试工艺评价与效果分析

3.2.1 施工工艺评价该井针对煤层进行了微破裂实验和注入/压降测试,设备、工具选择合理,施工程序安排紧凑。施工过程中封隔器作封良好,井下开关灵活,井底关井效果良好,地面设备运转基本正常,注入压力上升幅度平稳,注入排量相对比较稳定,达到了设计要求。

3.2.2 资料录取质量评价井下压力计采用MPS2000E系列电子压力计,技术参数指标精度高,录取数据准确可靠。数据点采集问隔:微破裂实验每1秒1个数据点,注入阶段前期每l0秒1个数据点,后期每1秒一个数据点;关井初期每l秒1个数据点,关井后期每2秒1个数据点。采集数据完全能满足资料分析需要。

3.2.3 储层参数结果评价资料解释采用英国PanSystem V3.4.0试井分析专用软件,对测试煤层采用半对数(Horner)、双对数曲线拟合分析。并对分析结果作一致性检验,以确保分析的储层参数结果真实可靠。

①煤层渗透率:Y1井煤层测试层段渗透率为0.1735md,渗透率较低。②煤层储层压力:Y1井煤层储层压力4.3797MPa,储层压力梯度4.67×10-3 MPa/m,属低压储层。③闭合压力:Y1井煤层闭合压力为13.02MPa,闭合压力梯度为1.39×10-2 MPa/m,煤层应力场较高。

参考文献:

[1]孙茂远,黄盛初.煤层气卡发利用手册[M].北京;煤炭工业出版社,1996:223-227.

[2]秦玉英,陈为龙,何青.煤层气原地应力测试方法及其应用[J].1996,(2):129-132.