赫章縣煤層氣參數(shù)井試井分析

■岑明峰

（貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊(duì)貴州貴陽550081）

赫章縣煤層氣參數(shù)井試井分析

■岑明峰

（貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊(duì)貴州貴陽550081）

本文統(tǒng)計貴州省赫章縣煤層氣參數(shù)井，通過注入/壓降現(xiàn)場測試，其典型的特征曲線能反映區(qū)內(nèi)煤儲層基本地質(zhì)特征。使用EPS軟件和saphir軟件做了相關(guān)試井解釋分析，井的模型選用具有井筒儲集效應(yīng)+表皮效應(yīng)的模型，針對煤巖層特性，儲層模型選用均質(zhì)油藏模型，數(shù)值模擬了5個煤層氣參數(shù)井12煤層的試井曲線，并根據(jù)實(shí)測曲線特征，利用雙對數(shù)和半對數(shù)曲線分析了主要煤層參數(shù)。貴州煤層氣地質(zhì)條件具有儲層壓力和地應(yīng)力高的特點(diǎn)[1]，而研究發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)煤儲層壓降曲線下降至靜液柱壓力以下，儲層壓力較低，地應(yīng)力中等偏低，分析認(rèn)為可能與儲層屬陸相沉積與海陸交互相沉積[2]的過渡帶及其所屬的可樂向斜、野馬川向斜特殊性有關(guān)。

煤層氣赫章參數(shù)井地層特征注入/壓降

貴州省赫章縣5口煤層氣參數(shù)井12煤層次的試井測試，按設(shè)計要求對本勘查區(qū)七層煤層進(jìn)行注入/壓降及原地應(yīng)力測試，以獲取滲透率（k）、儲層壓力(Pi）、表皮系數(shù)（S）、儲層溫度（T）、破裂壓力（Pb）及閉合壓力（Pc)等煤儲層參數(shù)。測試采用裸眼測試。通過測試，分析赫章縣5口煤層氣參數(shù)井煤儲層物性特征。

1 試井原理及方法

1.1 試井原理

煤層氣試井測試是一種不穩(wěn)定試井[3]，它遵循不穩(wěn)定試井的基本原理。當(dāng)儲層中流體的流動處于平衡狀態(tài)時，若改變井的工作制度即改變壓力，則在井底將造成一個壓力擾動，此擾動隨著時間的推移不斷向井壁四周儲層徑向擴(kuò)展，最后達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)。這種壓力擾動的變化規(guī)律記錄下來，通過分析，可以判斷和確定儲層的性質(zhì)。

1.2 試井方法

煤作為儲層，具有天然裂隙發(fā)育、滲透率較低、吸附能力強(qiáng)等特征。煤層中割理的發(fā)育程度、面割理的走向、割理的寬度是控制煤層滲透率的主要因素。雖然基質(zhì)孔隙也有一定的滲透性，但因其孔徑較小，滲透率可視為零。因此，煤層的滲透率取決于割理系統(tǒng)的滲透率。由于煤層基質(zhì)滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煤層割理滲透率，流體只在割理中在流動，測試所反映的滲透率以割理滲透率為主。

基于煤儲層的特征，經(jīng)過多年的實(shí)踐，注入/壓降試井作為一種常用試井方法在煤層氣井測試中被廣泛采用。在注入/壓降測試中，地層壓力高于氣體解吸壓力，煤層割理孔隙始終被水飽和，流體呈單相流狀態(tài)，這就為后續(xù)分析帶來了很大的便利。

貴州赫章縣煤層氣參數(shù)井采用注入/壓降試井方法，它是一種單井壓力瞬變測試，適用于高、低壓儲層，是目前煤層氣測試中最常用的試井方法。它是以較穩(wěn)定的排量，低于煤層破裂壓力的注入壓力向井中注水一段時間，在井筒周圍產(chǎn)生一個高于原始儲層的壓力分布區(qū)，然后關(guān)井，使得壓力與原始儲層壓力逐漸趨于平衡。注入和關(guān)井階段采用壓力計記錄井底壓力隨時間的變化。通過分析數(shù)據(jù)，求取煤層的參數(shù)。由于注入階段控制排量難以達(dá)到非常穩(wěn)定，難免會造成井底壓力的波動，所以壓降階段的數(shù)據(jù)分析通常最具有代表性。

測試采用井下封隔器封隔井筒與測試層，減小井筒儲集，用錄井鋼絲實(shí)現(xiàn)地下多次開、關(guān)井的注入/壓降測試、微破裂測試及原地應(yīng)力測試。利用存儲式電子壓力計取得準(zhǔn)確的壓力資料。

2 煤層氣注入/壓降試井施工實(shí)例與數(shù)據(jù)分析

對研究區(qū)內(nèi)煤層氣參數(shù)井注入/壓降試井測試特征的曲線進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)參數(shù)建立模型，采用Saphir軟件對試井測試數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析，對一些特征鮮明的試井曲線進(jìn)行相關(guān)試井分析解釋，探索煤儲層特性。

圖1 區(qū)域構(gòu)造位置圖（012345km）

2.1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位于楊子準(zhǔn)地臺（Ⅰ）黔北隆起（Ⅱ1）畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)（Ⅳ）黔北斷拱的西端,屬陸相沉積與海陸交互相沉積[2]的過渡帶。構(gòu)造單元位于黔北煤田西部，其構(gòu)造走向有北東、北西及近東西，褶曲往往被斷層破壞而不完整。區(qū)域(圖1)內(nèi)含煤地層大部分保留下來，保留在可樂向斜、野馬川向斜、陰底向斜、金盆向斜等向斜構(gòu)造中，野馬川勘查區(qū)地處赫章背斜與姑開背斜的野馬川向斜中。研究區(qū)所含煤層主要為二疊系上統(tǒng)長興組、龍?zhí)督M和宣威組上部，含煤地層分布廣泛，發(fā)育完好，屬于海相和海陸過度相沉積。赫章野馬川1005和507孔含煤地層屬于二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，結(jié)構(gòu)勘查區(qū)204、905和J2孔測試煤層為二疊系上統(tǒng)宣威組煤層。煤層直接頂?shù)装宥酁槟鄮r，粉砂巖，細(xì)砂巖，細(xì)碎屑巖與煤互層，巖性致密，且?guī)r系內(nèi)無明顯間斷和剝蝕，煤層圍巖巖性致密，封蓋性好，導(dǎo)水性差，一般難以構(gòu)成水力聯(lián)系通道。

2.2 水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)地表水、地下水排泄條件好。上覆地層富水帶中地下水，正常情況下與煤系水無直接水力聯(lián)系。下腹茅口組富水帶與含煤地層之間，大部分地段有玄武巖相隔，對煤系充水影響甚微。含煤地層中斷裂帶導(dǎo)水性一般較弱，含煤地層富水性弱~中等。區(qū)內(nèi)地下水呈封閉狀態(tài)，對煤層氣有封隔作用，有利于煤層氣保存[4]。

2.3 施工過程

組織現(xiàn)場工作人員，收集鉆探資料，連接地面設(shè)備，丈量管柱，測試管柱下井，安裝和連接地面裝置，下放井下設(shè)備，測試管柱試壓，循環(huán)頂替泥漿，封隔器坐封，平衡壓力，微破裂測試，注入/壓降測試，原地應(yīng)力測試，提取壓力計，壓力計數(shù)據(jù)回放并備份，解封封隔器，起管柱，整個測試過程結(jié)束（圖2）

圖2 注入/壓降試井測試工藝流程圖

利用常規(guī)MFE測試工具對5口煤層氣參數(shù)井12層測試煤層進(jìn)行注入/壓降試井測試工作，井下工具選用加拿大進(jìn)口的DDI電子壓力計。測試主要包括三個過程:微破裂實(shí)驗(yàn)、注入/壓降試井和關(guān)井。在注入/壓降測試前，先進(jìn)行微破裂試驗(yàn)[5]，旨在確定煤層的最大注入壓力，依據(jù)微破裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果對注入/壓降設(shè)計進(jìn)行修改，確定最終注入/壓降施工設(shè)計。該井針對煤層進(jìn)行了微破裂實(shí)驗(yàn)、注入/壓降測試和原地應(yīng)力測試，設(shè)備、工具選擇合理，施工程序安排緊湊。井下工具采用華北油田公司加工的井下關(guān)井工具串測試工具，地面注入泵采用高壓小排量計量泵。施工過程中封隔器作封良好，井下開關(guān)較為靈活，井底關(guān)井效果良好，地面設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)基本正常，注入壓力上升幅度平穩(wěn)，注人排量相對比較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集符合要求（表1）。

表1 測試煤層注入/壓降數(shù)據(jù)表

2.4 施工實(shí)測曲線特征

通過對關(guān)井壓降測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，地層中部壓力普遍低于靜液柱壓力、煤巖層壓力系數(shù)極低，從壓力系數(shù)分析研究屬低壓力系統(tǒng)儲層（圖3）。研究區(qū)煤層試井解釋成果數(shù)據(jù)見表2。

圖3 8煤層注入/壓降測試壓力、溫度實(shí)測歷史曲線

從圖4統(tǒng)計點(diǎn)數(shù)看出，赫章可樂向斜儲層壓力極低，壓力系數(shù)為0.36~0.73，野馬川向斜儲層壓力極低，壓力系數(shù)為0.43~0.70，均屬異常低壓力儲層。

2.5 儲層解釋曲線及儲層物性特征

表2 測試煤層基本參數(shù)

圖4 8測試煤層壓力系數(shù)范圍統(tǒng)計

通過對關(guān)井壓降曲線雙對數(shù)－導(dǎo)數(shù)曲線圖形特征 [6]（圖5）診斷分析，初期雙對數(shù)－導(dǎo)數(shù)曲線井筒儲集階段持續(xù)時間長，雙對數(shù)－導(dǎo)數(shù)曲線沿斜率為1上升，約3個對數(shù)周期，表明煤巖層物性很差；在導(dǎo)數(shù)曲線后期有明顯徑向流反應(yīng)，導(dǎo)數(shù)曲線形態(tài)反應(yīng)在探測范圍內(nèi)儲層呈均質(zhì)特征；從疊加函數(shù)曲線（或霍納曲線）圖（圖6）可看出，半對數(shù)曲線形態(tài)與雙對數(shù)－導(dǎo)數(shù)曲線形態(tài)一致反映為均質(zhì)儲層特征煤巖特征。整個曲線形態(tài)反應(yīng)煤巖層為低滲透特征。

圖5 905孔4#煤層注入/壓降試井雙對數(shù)分析圖

依據(jù)曲線診斷分析結(jié)果，試井解釋中選用具有井筒儲集效應(yīng)+表皮效應(yīng)+均質(zhì)油藏的模型；針對煤巖層特性，儲層模型選用均質(zhì)油藏理論模型，通過現(xiàn)代試井理論擬合分析，取得了分析成果（表4）。本次試井解釋結(jié)果說明，煤層滲透性很差，屬于低滲透性儲層，注入量很低；井筒儲集系數(shù)很小，說明采用井下關(guān)井方式工藝合理，有效降低了井筒儲集效應(yīng)對測試數(shù)據(jù)分析的影響；表皮系數(shù)為小，表明井筒附近煤巖層完善程度較好。

表3 煤層原地應(yīng)力測試取得破裂壓力、閉合壓力數(shù)據(jù)表

表4 試井成果數(shù)據(jù)表

圖6 905孔4#煤層注入/壓降試井半對數(shù)分析圖

圖7 507孔7#煤原地應(yīng)力測試第二循環(huán)壓力實(shí)測歷史曲線

圖8 507孔7#第二時間平方根曲線：P(MPa)-dt(hr)0.5

研究區(qū)破裂壓力（表3）梯度為0.145~0.02178 MPa/m，閉合壓力梯度為0.0097~0.0168 MPa/m，屬中等偏低的破裂壓力梯度和閉合壓力梯度。

研究區(qū)煤層屬薄至中厚，滲透性差至滲透性儲層、導(dǎo)流能力一般，流動系數(shù)為 0.0123× 10-3μm2?m/MPa?s~0.45μm2? m/MPa?s。 表 皮 系 數(shù) 為 -0. 923~-7.90，表面井筒附近煤巖層受泥漿的影響較低程度酸化和受微破裂測試的影響有很低的壓裂。溫度梯度為 2.27~4.87℃/100m。

3 結(jié)論（The summary）

（1）含煤地層為富水性弱的龍?zhí)督M和宣威組地層，頂?shù)装鍨榱己玫母羲畬?，相互間無直接的水力聯(lián)系，對注入壓降測試的影響較小。

（2）從實(shí)測壓力溫度曲線圖看出，注入段前兩小時調(diào)整期壓力上升至預(yù)設(shè)壓力，后期注入排量穩(wěn)定，測試曲線滿足測試要求。

（3）使用saphir軟件，選用具有井筒儲集效應(yīng)+表皮效應(yīng)+均質(zhì)油藏的模型分析煤儲層，煤巖層物性較差，曲線后期有明顯徑向流反應(yīng)，導(dǎo)數(shù)曲線形態(tài)反應(yīng)在探測范圍內(nèi)儲層呈均質(zhì)特征。

（4）從壓力、溫度實(shí)測曲線壓降段分析，研究區(qū)煤儲層壓降曲線下降至靜液柱壓力以下，儲層壓力較低，地應(yīng)力中等偏低。

（5）表皮系數(shù)結(jié)果表面表面井筒附近煤巖層受泥漿的影響較低程度酸化和受微破裂測試的影響有很低的壓裂。

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TD82[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-90-3

岑明峰（），男，工程師，研究方向?yàn)槊簩託庠嚲?/p>