煤层气勘探方法(测试).ppt

煤层气勘探方法与技术 吴建光中联煤层气有限责任公司2008年11月 大纲 1前言2煤层气勘探开发原则与阶段划分3煤层气主要储层参数测试4煤层气钻井技术5煤层气物探技术6煤层气固井技术7煤层气完井与增产技术8煤层气排采技术9煤层气田集输工程 3 1煤层气主要储层参数测定方法 1煤岩基质特性测定 2天然裂隙系统特性测定 3 1煤层气主要储层参数测定方法 3 2煤层气主要储层参数的测定 1储集能力测定一般采用兰格繆尔等温吸附线测定 其方程式 V VLP PL PV 吸附量 P 压力 VL 兰氏体积 PL 兰氏压力等温吸附线的应用以下四个方面 1 评价煤层的最大吸附能力 2 预测生产过程中煤层气的临界解吸压力 3 预测生产过程中压力降低时煤层气产出量和产出速率 吸附时间 4 确定储层初始含气饱和度 3 2煤层气主要储层参数的测定 1储集能力测定煤层等温吸附曲线 2煤层气含量测定直接法 直接测量从试验煤样中释放出的气体 间接法 利用实验室测定的等温吸附等参数计算获得 直接法测定煤层气含量 包括三个部分 损失量 实测解吸量 残余量 Q 32 0368 VLL Vm Vrd mQ 含气量 VLL 损失量 Vm 解吸量 Vrd 残余量 m 煤样重量换算成干燥无灰基 Qdaf 32 0368 VLL Vm Vrd mad 1 Aad Mad 3 2煤层气主要储层参数的测定 3 2煤层气主要储层参数的测定 煤层生气量与含气量 3渗透率测定控制煤层气产量的最重要的储层特征之一 通过试井估算ka p s等未知参数 试井数据是精确估算原地裂隙系统渗透率的唯一方法 应用于煤岩双孔隙度储层模型的方程如下 3 2煤层气主要储层参数的测定 qsi 流体的地表产量STB d Ka 绝对渗透率md Kri 想对渗透率 H 储层厚度ft p 探测区平均压力psi pwf 井底压力psi Bi 地层体积系数 re 外边界排水半径ft rw 井筒半径ft 4煤层气井常用试井方法1 钻杆测试 DST 2 段塞测试法3 注入 压降测试法4 水箱测试法5 多井干扰测试法 3 2煤层气主要储层参数的测定 煤层气试井基础理论 一 煤层气的产出机理赋存于煤层中的甲烷气有三种状态 即游离状态 吸附状态和溶解状态 煤层中绝大部分裂缝空间被水饱和 当煤层压力降低到煤层气临界解吸压力时 煤中被吸附的甲烷开始与微孔隙表面分离 叫做解吸 由于割理中的压力降低 解吸作用也可在煤层的割理 基质界面发生 解吸的气体通过基岩中微孔隙扩散进入裂缝网络中 再经裂缝网络流向井筒 二 煤层气产出三个阶段阶段 压力下降比较少 井附近只有单相水流动 属于单相流阶段 阶段 储层压力进一步下降 井筒附近有一定数量的甲烷从煤的表面解吸 开始形成气泡 阻碍水流动 水的相对渗透性下降 但气泡是孤立的 没有互相连接 这一阶段叫做非饱和单相流阶段 阶段 储层压力进一步下降 有更多的气解吸出来 则井筒附近水中含气已达到饱和 气泡互相连接形成连续的流线 气的相对渗透率大于零 随着压力下降和水饱和度降低 气的相对渗透率逐渐上升 气产量逐渐增加 这一阶段叫做两相流阶段 煤层气田大规模开发需要大量的初始投资 因此 在开发煤层气田之前首先要查清煤层气储层的特性 并对煤层气井的长期产能和最终采收率进行预测 渗透率是控制煤层甲烷开采的主要储层参数之一 煤层在水饱和条件下 渗透率对煤层气井排出水的初始速度起着控制作用 因此 渗透率控制着储层脱水速度和达到最大采气量所需的开采时间 准确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 三 试井机理 压力瞬变测试即可以提供包括渗透率和储层压力在内的 用于评价煤层甲烷气井生产潜能 采收率和经济可行性的重要资料 并可进行水力压裂井裂缝长度和裂缝导流能力的估算 所谓 试井 顾名思义 就是对油气井或水井进行测试 试井是一种以渗流力学理论为基础 以各种测试仪表为手段 通过对油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 三 试井机理 试井资料的测取和分析是试井工作的两个重要组成部分 前者即现场测试 为的是取得足够的可靠的资料 后者即试井解释 要求通过分析测得的资料 得到尽可能多的关于地层和测试井的可靠信息 煤层甲烷储层动态预测的两个最重要性质是渗透率和储层压力 是从试井中得到的这些参数 三 试井机理 四 注入 压降试井方法注入压降试井是以恒定排量将水注入储层 在井筒周围形成水饱和状态后关井 注入和关井阶段都用井下压力计记录井底压力 根据注水排量和压力数据可以求得渗透率 储层压力等参数 进行注入 压降试井最关健的考虑因素是地层破裂压力 如果在注入阶段超过了破裂压力 则计算出的渗透率偏高 注入 压降试井的主要优点是 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层气井 不需要井下机械泵送设备 简化了操作步骤 降低了成本 可以用标准试井分析方法来分析 结果比较可靠 探测半径较大 时间相对较短 注入压降方法主要缺点 第一 地层伤害 其一 由于注入的流体可能与地层的化学环境不相容 发生反应 产生伤害 其二 有可能注入了会堵塞产层的微粒 产生伤害 因此 把取自被测试层位的地层水回注到测试井中是很理想的 至少应当采用与地层和气藏流体相容的淡水 第二 压开地层 由于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 这种裂缝会产生认为是自然渗透率或井筒伤害的假象 使测试不可靠 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 四 试井有关概念在试井过程中 我们提供一个脉冲输入 即流量的变化 然后监测储层的响应 即压力的变化 储层的响应由如下这些参数进行描述 表皮效应 井筒储集效应 到边界的距离 裂隙的特征 多孔效应等等 1 表皮效应压力的传递并不是在整个储层中均匀地发生的 特别是 经常有这样一个围绕井筒的带 由于有钻井泥浆的泥皮或完井时水泥的影响 造成这一带的渗透率比储层的其它部分的渗透率降低 就好象一层表皮围绕着井筒 导致过高的压降 这就是表皮效应 表皮 造成的压降 PS 是钻井中实际测得的压力与不受伤害时钻井中应有的压力之差 裸眼井 压裂井 2 井筒储集效应对于注入压降试井来说 最重要的就是保持流量的恒定 但是如果采用井口关井 当井一关闭 地面产量立即变为0 但在井底 液体仍然源源不断地由管柱流入地层 直到最后井筒与周围的地层压力达到平衡 此时的井底流量才变为0 这就是所谓的井筒 续流效应 由于井筒储集的影响 井下记录的压力响应一部分是井筒储集效应造成的 而不是储层特征的响应 因此试井时间必须足够长 使得井筒储集效应结束 减小井筒储集效应的最好办法是采用井底关井工具 3 无限作用径向流一旦井筒储集效应结束 井底记录的压力变化则反映了从储层传递出的压力 随着时间的推移 压力响应反映了距井筒越来越远的储层条件 最终 压力响应会受到储层边界作用的影响 但是在到达边界之前 从压力响应中所反映的好象是无限大储层一样 这个中间时间段的压力响应 即在早期井筒储集为主的响应与晚期边界为主的响应之间的一段 称为无限作用阶段 在无限作用阶段 最易识别和最重要的流动类型之一是径向流 无限作用径向流是试井解释技术的基础 在半对数座标中 无限作用径向流的压力响应为一条直线 除早期响应以外 径向流的压力响应与时间的对数呈比例关系 4 储层边界响应实际上 储层并不真正是无限大的 因此 无限作用径向流阶段不可能一直持续下去 最终在测试的井中将会感觉到储层边界的作用 闭合边界 断层边界 常压边界 5 调查半径由于压力响应符合扩散原理 对于无限大储层 那么钻井中的压力改变应当在整个储层中的每一处都能感觉到 但是 从实际情况看 总是存在一定距离外的某一点 在这一点上的压力响应十分微弱 根本监测不到 该点确定了在测试过程中被测试的储层的范围 我们把钻井到该点的距离称为调查半径 6 试井分析模型由于试井时间很短 所以在分析时 可以简化为两种模型 描述径向流的模型和描述水力压裂井的模型 径向流模型描述的是裸眼井或未经水力压裂激化的套管井中的水流 线性流模型用来描述水力压裂井中的流动状态 因为水力压裂改变了近井地带的水流状态 形成了较强的线性水流 径向流储层模型为了减小描述方程的复杂性 径向流模型模型假定 在地表以恒定的流量进行生产 在上下不渗透边界之间的所有流体 均由井筒沿直径方向流向储层 假定储层的外边界无限大 在边界上有时有水流的流动 导水边界 有时没有水流 不导水边界 对于其内边界 井筒完全穿透了储层 并且完全开放允许水流进入 通常假定储层是水平的 储层模型的岩石性质 渗透率 孔隙度和压缩性都与其所在位置和压力无关 假定流体的饱和度在整个储层中是一致的 流体的性质 粘度 地层体积系数和压缩性都与压力无关 水力压裂井模型水力压裂激化的目的 是将井筒与自然裂隙系统连通 以减小近井地带渗透率遭破坏造成的影响 水力压裂形成了高导水性的通道 这些通道降低了流体进入井筒所需的压降 激化后的试井分析就是用来评价这些高导水性通道的性质的 水力压裂井的模型与径向流储层模型使用相同的假定 假定储层是单一的水平径流层 具有不变的岩石及流体性质和均匀的初始压力 井筒被高度等于储层厚度的独立裂逢所切割 假定裂逢是垂直的 裂逢半长在井的各个方向都一样 裂逢中的水流全部流向井筒 水流形态是片状的 水流呈线性地进入裂逢表面并线性地通过裂逢流向井筒 7 流动阶段的识别在双对数曲线 lg p lgt 上 各种不同类型的储层 在各个不同的流动阶段 均有各不相同的形状 因此 可以通过双对数曲线分析来判别某些储层类型 并且区分各个不同的流动阶段 由于这个缘故 双对数曲线被称为 诊断曲线 实践证明 压力导数比压力本身更加敏感 对于一般压力分析不明显而常常被忽略的微小变化 压力导数却把它们放大而有了明显的反映 从而可以加以判别和解释 压力导数曲线的这些内在的优越性 使得它成了试井解释最重要的诊断工具 将压力解释图版与压力导数图版迭加在一起 得到一个新的复合解释图版 用复合图版同时进行两种图版的拟合 可以互为补充 互相验证 早期井筒储集阶段在纯井筒储集阶段 lg P和lgt成线性关系 在直角坐标系中 lg P与lgt成直线 在双对数坐标系中 P与t成直线 且其斜率为1 因此 在纯井筒储集阶段 双对数曲线呈斜率为1的直线 为简便起见 称它为45 线 早期资料斜率为1的双对数曲线 即45 线 就是井筒储集的 诊断曲线 而在压力导数解释图版上 在早期纯井筒储集阶段同样为斜率为1的直线 45 线 无限作用径向流动阶段即是半对数曲线 MDH曲线或Horner曲线 呈直线的阶段 压降试验中 压降漏斗 径向地向外扩大 在边界的影响可以忽略时 流动状态类似无限大地层径向流动 所以称作 无限作用径向流动阶段 径向流动阶段的识别曲线就是井底关井压力PWS t 与关井时间 t或其函数 tP t t的半对数曲线 在径向流动阶段 它们呈现一条直线 其斜率为m 2 121x10 3q B Kh 量出这个斜率后 很容易根据公式求出渗透率K 在压力导数解释图版上 径向流动阶段表现为一条水平直线段 即所谓的 0 5线 实例1 实例2 五 原地应力测试及分析方法1 曲线特征原地应力测试 一般采用微型压裂法 测试时用注入泵以大排量向煤层注水 迅速使煤层产生裂缝 对压降曲线进行分析 获得裂缝的闭合压力 微型压裂一般需要进行三至四个周期的注入压降测试 在第1周期注入时 地层开始破裂 其最高点为破裂压力 而后压力突然下降并延伸 延伸段为裂缝的延伸压力 关井以后 由于流体流动 摩擦压力梯度迅速降低 随着流体渗入地层 当井底压力等于最小原地应力时 裂缝闭合 反映裂缝闭合时的压力即瞬时关井压力 其后 当流体继续渗入到测试地层时 井底压力不均衡地降低到原始地层压力 在第2周期时 当压力超过最小原地应力时 裂缝重新张开 第2 周期的最高压力为重张压力 破裂压力与重张压力之差为抗张强度 对于煤层的原地应力测试 很难获得特征明显的压裂曲线 当煤层被压开时 压力不是突然下降 而是缓慢上升 上升速度逐渐减小 曲线弯曲 且随注入时间增加而上升 无明显的破裂等特征 亦无明显的瞬时关井压力 这是由于煤层是非弹性的 且自然裂隙发育 破裂时压力下降的情况可能不出现 而关井时 裂缝闭合前 后的压力下降也是逐渐过渡的 2 裂隙闭合压力的分析裂缝的 开启 和 闭合 改变了流体的漏失速率 裂缝闭合压力是泵注停止后压降曲线上斜率变化的拐点 为了根据关井压力数据确定裂缝闭合压力 一般采用瞬时关井压力法 双对数法和时间平方根法 1 瞬时关井压力法煤层气井原地应力测试经验表明 在大多数原地应