煤层气井常用试井方法及应用_陈志胜

1、40陈志胜煤层气井常用试井方法及应用第 1 期煤层气井常用试井方法及应用陈志胜(煤炭科学研究总院西安分院, 陕西西安 710054)摘 要:试井测试是目前能够准确获取煤层参数的有效方法 。现从实际应用的角度 ,重点介绍了煤层气井常用试井方法 ,并对各种试井测试方法的优缺点 、适用范围进行了研究评价。结合煤层渗透率及储层压力的特征 ,探讨了试井测试方法在煤层气勘探开发中的应用。关键词:煤层气 ;试井方法 ;应用中图分类号 :P631 .811文献标识码:B0 引言煤层气试井测试是对煤层进行定量和定性评价的工艺方法 ,它在确定煤储量基本参数方面具有明显的优势 ,其主要目的是获取储层的评价参数 ,为

2、煤层气井的勘探开发和生产潜能评价提供科学的依据。目前试井测试的方法很多 , 主要依赖于常规油气井试井技术, 尽管一些常规试井方法可用于煤层气试井测试,由于煤层气在储集、运移、产出机理方面与常规油气之间存在明显差异 ,这些试井技术的应用有一定的局限性 。大量的研究资料表明, 我国煤储层具有低压 、低渗的特点 ,即煤层的储层压力和渗透率普遍较低。本文通过对煤层气常用试井方法研究评价 ,结合我国煤储层特点,探讨煤层气试井方法在煤层气勘探开发中的应用。1 煤层气井常用试井方法煤层气试井测试方法有很多, 目前国内外常用的试井测试方法主要有 DST 测试、段塞测试、注入/压降测试、水罐测试等。1 .1DS

3、T 测试DS T 测试利用钻杆地层测试器进行, 依靠地层流体的流动、产出和压力恢复的过程求取地层参数 , 是认识测试层段的流体性质、产能大小、压力变化和收稿日期:2002 -07 -09作者简介:陈志胜(1969 -), 男, 河南内黄人, 1992 年中国矿业大学煤田地质专业, 学士, 工程师, 从事煤田地质和煤气试井工作。文章编号:1671 -749X(2003)01 -0040 -03井底附近有效渗透率以及目的层段被污染状况的常用手段 。煤层气井 DS T 测试目的与常规油气井有些不同 ,由于煤层气多以吸附状态存在于煤储层中,因此煤层气井 DST 测试主要是了解煤储层中水的能量、割理的渗

4、透能力、储层压力以及判断原始游离气是否存在 , 为下一步的改善措施提供参数依据。 DST 测试方法常用于渗透率和储层压力较高的储层中。在煤层气试井测试中,DS T 测试采用二开二关的工作制度, 测试中所考虑的主要因素是开关井时间的分配及液垫的选择。在施工过程中 , 尤其应严格控制开井时间, 防止出现流平(即关井前液面已停止上升)的情况。初开井的时间一般为 5 30 min , 目的在于通过强烈引流消除井壁污染;初关井的时间一般为初开井时间的 4 8 倍 ,目的是求取准确的原始储层压力。终开井的时间可根据储层条件而定 ,尽可能达到稳定生产, 一般选择 3 8 h , 其目的是得到地层产能;终关井

5、的时间至少是终开井时间的 1 .5 倍以上,以获取地层压力恢复资料 。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。段塞测试常用于评价饱和水且原始地层压力低于静水柱压力的煤层。段塞测试的时间主要与测试管径和地层渗透率有关 。对于高渗透率地层 ,选择小直径油管进行测试 ,在满足资料分析的前提下, 可缩短测试时间, 降第 1 期陈志胜 煤层气井常用试井方法及应用41低成本;对于低渗透率地层,选择大直径油管进行测试 ,通过延长测试时间 , 扩大探测半径, 尽可能获取反映储层

6、的信息。1 .3 注入/压降测试注入/压降试井是一种单井压力瞬变测试 ,以稳定的排量(确保注入压力低于煤层破裂压力)向井中注水一段时间, 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 ,使得压力与原始储层压力逐步趋于平衡。注入和关井阶段采用压力计记录井底压力随时间的变化。注入和压降阶段的数据都可用于分析 、求取储层参数 ,但由于注入阶段压力波动较大以及煤层的应力敏感性, 因此关井压降阶段的数据最具有代表性。注入/压降测试适用于高 、低压储层 。测试施工中需特别考虑的因素有 :1 .3.1 消除井壁污染 因为钻井过程中,钻井液易造成井筒附近的储层污染, 致使测试结果反映的是污染带的情况

7、而不是储层的真实情况。解决这一问题的有效方法是注入/压降试井前先进行一次微破裂试验,以消除井壁污染 。1 .3.2 注入流体的选择 为减小注入流体对煤层的伤害,对于含水煤层,注入流体应优先选择被测试层中的地层水, 在现场条件无法满足的情况下 ,可以选择清水 ,裸眼测试中如有粘土膨胀问题,可考虑选择 2 %的氯化钾溶液。1 .3.3 地面最大注入压力的选择 地面最大注入压力是注入阶段的一个重要参数 ,它是测试成败的关键 ,其设计应以不压破煤层为前提,地面最大注入压力值可采用下面计算公式求得:P max = min -0 .0098wD式中P max 地面最大注入压力,M Pa ;max 煤层最小

8、主应力,M Pa ; w 流体密度,g/cm3 ;D 煤层深度 ,m ;1 .3.4 注入排量的选择和控制 注入排量的选择应依据煤层的实际情况。确定下限时,应使煤层中具有足够的压力变化, 以保证测量精度和压力计灵敏度的要求 ;确定上限时,应使注入压力的上升幅度在设计注入时间内不超过煤层破裂压力。注入 / 压降试井过程中,注入排量的控制是关键。由于煤层是应力敏感地层 ,压力波动对其有一定影响, 因此 , 保持注入压力平稳和注入排量稳定非常重要。在实际操作过程中 ,选择较低的注入压力开始注入,这对保持注入压力的平稳有利, 同时便于注入排量的调节 。调节排量过程中,密切观察注入压力的上升幅度, 然后

9、选择一个合适的注入排量持续稳定注入。为保证能有一个较长时间的稳定注入过程 , 调节排量的用时不超过整个注入时间的四分之一。1 .3.5 测试时间的选择 测试时间包括注入和关井时间 ,注入时间选择与煤层渗透率密切相关。对于渗透性好的煤层 , 在满足能够获取储层信息的条件下 ,可适当减少注入时间;对于渗透性差的煤层则适当延长注入时间。关井时间应选择注入时间的2 3倍 。最佳注入时间可以通过下面计算公式求得:t inj =(69 .4 Ctr2i)/ k ,式中 t inj 注入时间, h ; 孔隙率; 流体粘度 ,mPa s ;Ct 综合压缩系数,M Pa-1 ;ri 影响半径, m ;k 煤层渗

10、透率,10-3m2 。1 .4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 。水罐测试适用于高渗透、低储层压力、水饱和的煤层 ,是一种简化的注入/压降测试方法 。与注入/压降测试相比 ,水罐测试使用成本较低的水罐代替注水泵 ,节约了施工成本 。既有效避免了注入过程中将地层压裂的可能性, 还可以考虑较长的注入时间以获取较大的探测半径。2 常用试井方法评价各种试井测试方法因测试目的、工艺原理等方面的差异,其设备配置 、适

11、用范围不同 。常用试井方法的优缺点及适应性见表 1 。3 试井方法的应用3 .1 我国煤储层主要特征根据全国范围内十几个主要煤层气勘探开发区共六十余层煤的试井结果, 对煤层的渗透率、储层压力数据进行统计分析, 见表 2 。数据结果表明 ,渗透率小于 1 .0md 的煤层所占42陕西 煤炭2003 年表 1 常用试井方法比较测试类型优点缺点所需主要设备适用范围费用相对较低;探测半径较小;施工简便;适用于储层压力高、渗透生产时间短且不稳定;管柱设备;可取得评价地层潜力资料性好的地层, 且储层压力DS T 测试开关井时间分配困难;钻杆地层测试器;(如地层流体高压物性、产与临界解吸压力的压差能、地层原

12、始压力、压力衰容易出现两相流使分析复压力计;较大。杂化;竭数据等);测试时间长;抽汲或注入一段水柱的设费用少;探测半径有限;备(水桶、小泵);适用于储层压力比较低、段塞测试设计简单, 易于实施;储层必须是低压;井下压力传感器;渗透性比较好的地层。典型曲线分析简单;不适用于两相流;地面压力记录仪;很难解释储层的非均质性;施工相对较快;费用相对较高;管柱设备;注入/ 压降 探测半径比较大;注水泵;稳定注入排量的控制困难;测试测试成功率高;压力计和流量计可用于压后的分析存在将地层压裂的危险;井底关井工具;测试方法简单, 成本低;不能用于高压储层;水罐及供水系统;测试成功率高;水罐测试对低渗透率地层施

13、工困难; 井下压力传感器;对有效渗透率测试准确;测试时间相对较长;地面压力记录仪;避免了将地层压裂;适用于各种情况下的地层。 对于低压储层需采用井底关井;对于低渗透地层需延长测试时间。适用于低压、渗透性较好的地层。 要求储层的污染程度小。表 2煤层主要参数数据统计结果可以提高测试成功率 ,能够获取可靠的储层参数。储层参数渗透率/ md储层压力梯度(M Pa/ 100m)从目前国内实际施工的煤层气井的测试情况来1 .01 .0 0 .1 1 .01 .0 0 .60 .6看,我国绝大多数煤层属于低压低渗地层, 地层流体煤层数7292412493无法流到地面 。DST 测试 、水罐测试及段塞测试在

14、所占比例48 .34020755/ % 11 .7许多勘探开发区往往难以实行, 注入/压降测试方法比例接近 90 %;储层压力梯度小于 1 .0 M Pa/100m以其适用范围广、获取参数可靠在煤层气井中得到(静水柱压力)的煤层所占比例接近 80 %。我国煤储广泛应用。层具有低压、低渗的特点 ,即煤层的储层压力和渗透4 结束语率普遍较低。煤层气试井方法很多 , 每一种测试方法都有其3 .2 测试的选择优缺点和适用范围, 测试方法选用不当 ,直接影响测煤层气井试井方法的选择除受测试井的井况制约外 ,煤层的渗透率 、储层压力及地层流体性质是确试资料的准确性 ,甚至导致测试失败。目前, 我国煤层气勘

15、探开发工作正逐步开展, 煤层气勘探新区比定测试方式的关键因素。较多 ,为满足资料数据的准确性及经济性要求 ,针对对于储层压力较高、渗透率比较好且地层流体不同的地区, 根据地层条件选择合理的测试方法至能够产出到地面的煤层 ,可选择工艺简单的 DST 测关重要。试方法;如果地层流体不能产出到地面则选择注入/压降测试方法。参考文献 : 1孙茂远, 黄盛初等.煤层气开发利用手册 M .北对于渗透性好的低压煤储层 ,可选择操作简单、京:煤炭工业出版社, 1996.88 -92.费用低廉的水罐测试方法。 2韩永新, 刘振庆.煤层气试井测试方法 J .油气井对于低压低渗的煤层 ,选择注入/压降试井方法测试,

16、 1997.6(3):59 -63 .Methods for common well -test in seam gas well and its applicationCHEN Z hi-sheng(Xi an Branch, CCRI , Shaanx i Xi an 710054)Abstract:T he well -test is an effective wayto accurately obtain coal-reservoir parameters.From point of view of applica tio n, somecommon w ell-test methods were intro duced emphatically in this paper .And their advantage , shortcoming , applicab