煤層氣含量測(cè)試中有關(guān)損失氣量的誤差分析

武劍

摘 要：煤層氣含量是評(píng)價(jià)煤層氣富集程度的一個(gè)重要參數(shù)，是計(jì)算煤層氣資源量、產(chǎn)能預(yù)測(cè)和儲(chǔ)層模擬的重要儲(chǔ)層參數(shù)[1]，由于損失氣是煤層氣含量計(jì)算中誤差較大的部分，因此煤層氣損失氣的準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)于煤層氣含氣量的確定，煤層氣有利區(qū)塊的選擇具有重要意義。目前，關(guān)于煤層氣損失量的計(jì)算主要是基于美國(guó)礦業(yè)局直接法（USBM）的GB/T 28753-2012規(guī)范。通過對(duì)煤層氣損失量的影響因素分析，修正損失時(shí)間和損失氣的初始時(shí)刻，通過對(duì)貴州盤縣煤層氣參數(shù)井樣品實(shí)例分析，驗(yàn)證修正方法減少損失量計(jì)算誤差影響的可行性。

關(guān)鍵詞：煤層氣 損失氣 誤差影響

中圖分類號(hào)：TD84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）04（b）-0224-02

GB/T 28753-2012用于煤層氣勘探鉆井中獲取的煙煤和無煙煤煤心樣品的煤層氣含量測(cè)定，由于操作方法簡(jiǎn)單、測(cè)定精度較高，是現(xiàn)行地勘期間煤層氣含量測(cè)定的重要指導(dǎo)，損失氣的計(jì)算一般采用USBM直接法，根據(jù)解吸初期解吸量與時(shí)間平方根成正比，通過標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下累計(jì)解吸氣量為縱坐標(biāo)，以損失氣時(shí)間與解吸時(shí)間和的平方根為橫坐標(biāo)，將最初30 min測(cè)定的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)外推至零時(shí)起點(diǎn)，與縱坐標(biāo)負(fù)軸的截距即為損失氣量。影響損失量計(jì)算的主要因素有解吸溫度、損失時(shí)間，這些關(guān)鍵因素的誤差甚至錯(cuò)誤將直接影響煤層氣含量測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1 主要損失因素分析

1.1 解吸溫度的影響

解析罐中的煤心在水浴中不能立刻恢復(fù)到儲(chǔ)層溫度，開始提鉆時(shí)，煤心溫度為儲(chǔ)層溫度，提鉆過程中煤心溫度不斷降低，到達(dá)井口時(shí)很快恢復(fù)到周圍環(huán)境溫度。當(dāng)儲(chǔ)層溫度和環(huán)境溫度不一致時(shí)，根據(jù)熱力學(xué)原理，煤心溫度不能在短時(shí)間達(dá)到熱量平衡，因此計(jì)算損失氣時(shí)，前幾個(gè)測(cè)點(diǎn)不能準(zhǔn)確的反應(yīng)煤心的解吸規(guī)律，儲(chǔ)層溫度和周圍環(huán)境溫度溫差越大，損失氣計(jì)算產(chǎn)生的誤差也就越大[2]。例如冬季在貴州盤縣地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解吸，環(huán)境溫度和儲(chǔ)層溫度的溫差達(dá)到20 ℃以上。在計(jì)算損失氣時(shí)，按最初的測(cè)點(diǎn)計(jì)算，會(huì)造成損失氣結(jié)果偏小。由圖1直線A可知，只用解吸初期數(shù)據(jù)回歸（6個(gè)點(diǎn)），算的損失氣為0.368 L，直線B采用穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)回歸（6個(gè)點(diǎn)），算的損失氣為0.592 L，兩者相差較大，即計(jì)算得出的煤層氣損失量

要小于實(shí)際損失量。采用接近煤層儲(chǔ)層溫度的測(cè)點(diǎn)回歸分析，得出的結(jié)果更接近實(shí)際損失量。

1.2 初始時(shí)刻的修訂

GB/T 28753-2012規(guī)范中損失氣時(shí)間與鉆井循環(huán)介質(zhì)有關(guān)，當(dāng)鉆井液為空氣或泡沫時(shí)，鉆遇煤層時(shí)間為零時(shí)間；當(dāng)鉆井液為清水和泥漿時(shí)，取芯筒提升至地面一半的時(shí)間作為零起點(diǎn)。但使用的清水或泥漿密度較小時(shí)，取芯筒未到井深一半時(shí)就開始解吸，最終估算的損失氣含量小于實(shí)際損失量。煤層氣現(xiàn)場(chǎng)解析過程按照時(shí)間劃分為提升取芯筒、地面暴露和水浴加熱3個(gè)階段，鉆井循環(huán)介質(zhì)壓力和煤芯壓力是隨著這3個(gè)過程變化的。假設(shè)取芯筒為勻速提升，鉆井循環(huán)介質(zhì)在煤芯提升過程中線性遞減，開始提鉆時(shí)的鉆井循環(huán)介質(zhì)壓力大于煤芯壓力；當(dāng)與鉆井液循環(huán)介質(zhì)壓力平衡時(shí)，煤芯開始解吸，即是損失氣時(shí)間計(jì)算的零時(shí)刻。合理的確定零時(shí)刻位置，可以有效的減小損失氣含量估算誤差[3]。

式中：t1為取芯時(shí)間，min；t2為取芯過程的損失時(shí)間，min；h1為煤芯埋深，m；h2為壓力平衡時(shí)刻深度，m；ρ1為地層水密度，kg/m3；ρ2為鉆井循環(huán)介質(zhì)密度，kg/m3；s為地層壓力系數(shù)。例如在計(jì)算損失氣時(shí)間時(shí)，按照公式（1）計(jì)算，鉆井循環(huán)介質(zhì)密度為1.15 kg/m3，地層壓力系數(shù)為0.9，地層水密度為1.04 kg/m3，計(jì)算提芯損失時(shí)間為12.3 min，大于USBM法損失時(shí)間，計(jì)算的損失氣大于USBM法損失氣含量（如圖2）。

2 損失氣計(jì)算實(shí)例分析

貴州盤縣地區(qū)具有較大的煤層氣勘探潛力。對(duì)該區(qū)參數(shù)井煤樣品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解吸的基礎(chǔ)上，利用修正的USBM法對(duì)損失氣進(jìn)行估量。盤縣煤層氣參數(shù)井，按照USBM法計(jì)算損失時(shí)間為8 min，利用修正的損失時(shí)間為12.3 min，去掉解吸初期影響較大的、未到到煤層儲(chǔ)層溫度的數(shù)據(jù)點(diǎn)，用穩(wěn)定的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行回歸計(jì)算，得出的損失量為1.19 L，接近實(shí)際損失氣量。

3 結(jié)語

（1）初始時(shí)刻的確定受地層水密度、鉆井循環(huán)介質(zhì)類型和地層壓力系數(shù)影響，合理的確定初始時(shí)刻，可以有效的減少損失量計(jì)算誤差。

（2）溫度對(duì)煤芯解吸影響較大，應(yīng)快速加熱使煤芯樣本溫度提升到儲(chǔ)層溫度，并嚴(yán)格控制水浴加熱過程中的溫度。對(duì)于采用USBM法計(jì)算煤層氣損失量，應(yīng)采用穩(wěn)定的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析，從而得到較為準(zhǔn)確的煤層氣含量。

（3）損失氣時(shí)間增加或煤芯溫度低于儲(chǔ)層溫度均會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏小。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫齊，李陳，李維. 高階煤煤層氣現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)試影響因素分析[J].油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā)，2011，5（4）：76-80.

[2] 孔慶虎，宋洪柱.煤層氣含量測(cè)試技術(shù)及測(cè)試質(zhì)量影響因素分析[J].中國(guó)煤層氣，2012，9（5）：16-19.

[3] 郝進(jìn)，姜振學(xué)，邢金艷，等.一種改進(jìn)的頁巖氣損失氣含量估算方法[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2015，29（6）：1475-1482.