鄂爾多斯盆地煤層氣實(shí)際產(chǎn)氣壓力分析

薛曉輝 丁安徐 程 偉 龔 月

(中國石油化工股份有限公司華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇 210000)

1 臨界解吸壓力概念論述

煤層氣臨界解吸壓力是指煤層氣解吸與吸附達(dá)到平衡時所對應(yīng)的壓力，在等溫吸附曲線上表現(xiàn)為煤樣實(shí)測含氣量所對應(yīng)的壓力 (圖1)?？捎墒?1)計算:

圖1 臨界解吸壓力計算圖解

式中 Pcd——臨界解吸壓力，MPa;

V實(shí)——實(shí)測含氣量，m3/t;

PL——朗繆爾壓力，MPa;

VL——朗繆爾體積，m3/t;

根據(jù)等溫吸附實(shí)驗(yàn)原理，煤層氣實(shí)測含氣量對應(yīng)的壓力為臨界解吸壓力，儲層壓力對應(yīng)的含氣量為理論含氣量。煤層氣臨界解吸壓力與煤儲層含氣量和吸附/解吸特性呈函數(shù)關(guān)系，是估算煤層氣采收率的重要參數(shù)，其與儲層壓力的比值 (即臨儲壓力比)決定了地面煤層氣開采中排水降壓的難易程度。

2 臨界解吸壓力數(shù)值計算

通過圖1可以看出，煤層氣的臨界解吸壓力受等溫吸附曲線和實(shí)測含氣量的影響，在式 (1)中表現(xiàn)為與實(shí)測含氣量、朗繆爾壓力和朗繆爾體積等數(shù)據(jù)直接相關(guān)。因此煤層氣臨界解吸壓力的計算結(jié)果，誤差主要產(chǎn)生于煤層氣實(shí)測含氣量實(shí)驗(yàn)和煤的等溫吸附實(shí)驗(yàn)過程中。

當(dāng)含氣量測定結(jié)果偏小時，實(shí)驗(yàn)所對應(yīng)的臨界解吸壓力值偏小，如圖2所示。

圖2 臨界解吸壓力含氣量測定誤差分析

煤層氣的等溫吸附實(shí)驗(yàn)是將風(fēng)干、粉碎、篩選、干燥等處理的樣品置于密封容器中，測定其在相同溫度、不同壓力下達(dá)到吸附平衡時所吸附的甲烷等試驗(yàn)氣體的體積，根據(jù)朗繆爾吸附理論，得出表征煤對甲烷的吸附特性的吸附常數(shù)——朗繆爾體積、朗繆爾壓力以及等溫吸附曲線。在煤的等溫吸附實(shí)驗(yàn)中，除了操作過程、溫度的選擇等誤差外，由于樣品脫離了原儲層條件，在大氣中暴露、壓力釋放等因素，煤質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、孔裂隙類型等發(fā)生改變，實(shí)驗(yàn)過程不能完全模擬實(shí)際儲層條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在誤差。當(dāng)實(shí)驗(yàn)曲線高于理論等溫吸附曲線時，實(shí)驗(yàn)所計算的臨界解吸壓力偏小，如圖3所示。

圖3 臨界解吸壓力等溫吸附誤差分析

3 臨界解吸壓力與實(shí)際產(chǎn)氣壓力數(shù)據(jù)分析

目前，中石化華東分公司正在鄂爾多斯盆地進(jìn)行大量的煤層氣井排采實(shí)驗(yàn)工作，部分產(chǎn)氣量較高的井孔在煤層氣發(fā)電利用階段取得了一定的進(jìn)展。在煤層取芯、煤層氣排采過程中得到了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為煤層氣資源價值評估和下一步的煤層氣開采工作提供了有力的支撐。本文統(tǒng)計了鄂爾多斯盆地部分煤層氣井臨界解吸壓力和含氣飽和度數(shù)據(jù)，共10個井孔或井段的2#煤層及10#煤層的樣品數(shù)據(jù)，具有普遍的代表意義 (見表1)。

煤層氣的臨界解吸壓力一方面受煤層氣含量及等溫吸附試驗(yàn)計算過程誤差的影響;另一方面，煤的吸附性能影響因素包括煤層埋深、溫度、煤巖組分、煤階、水文地質(zhì)條件、構(gòu)造等一系列因素，煤層氣的實(shí)際產(chǎn)氣壓力也會在煤層氣富集、儲藏、運(yùn)移等過程中受以上各種因素及游離氣的影響。因此煤層氣的臨界解吸壓力與煤層氣實(shí)際產(chǎn)氣壓力存在一定的差值。臨界解吸壓力不具備對實(shí)際產(chǎn)氣壓力的判斷價值，也不能直接指導(dǎo)煤層氣排采生產(chǎn)中排水降壓過程。如圖4所示，臨界解吸壓力普遍低于實(shí)際產(chǎn)氣壓力，與我國其他礦區(qū)數(shù)據(jù)分析規(guī)律基本一致。

表1 鄂爾多斯盆地部分煤層氣井臨界解吸壓力統(tǒng)計表

3.1 差值分析

煤層氣臨界解吸壓力與實(shí)際產(chǎn)氣壓力差值較大。通過表2可以看出，兩者差值在1.483～3.106MPa之間，接近程度為20.5% ～79.7%不等，平均差值為2.356MPa。

圖4 煤層氣臨界解吸壓力與實(shí)際產(chǎn)氣壓力分析

表2 煤層氣臨界解吸壓力與實(shí)際產(chǎn)氣壓力對比表

根據(jù)差值規(guī)律，將臨界解吸壓力值均加上差值的平均值 (即2.356MPa)，得出一組實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值。對比實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值和實(shí)際產(chǎn)氣壓力，接近程度全部在80.8% ～118.2%之間，其中一半數(shù)據(jù)位于90%～110%之間。已經(jīng)初步具備了對生產(chǎn)作業(yè)的指導(dǎo)意義，如圖5所示。實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力相關(guān)性好，如圖6所示。

圖5 實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值分析

圖6 擬合值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力相關(guān)性分析

3.2 實(shí)例分析

在差值分析的基礎(chǔ)上，選取了鄂爾多斯盆地同一區(qū)塊的兩個構(gòu)造區(qū)內(nèi)的5口煤層氣井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證分析。

圖7 鄂爾多斯盆地實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值分析圖

由表3、圖7所示:經(jīng)過修正后的實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力的接近程度位于93.54%～136.23%之間，與位于51.3% ～62.6%之間的原接近程度更加具有指導(dǎo)意義。并且在構(gòu)造區(qū)Ⅰ內(nèi)的修正接近程度分別為93.6%和100.2%，接近程度較高。綜上所述，為了更加合理的研究煤層氣臨界解吸壓力實(shí)驗(yàn)值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力值之間的關(guān)系，應(yīng)該進(jìn)行區(qū)域性差值分析和模擬，在臨界解吸壓力計算的基礎(chǔ)上建立區(qū)域?qū)嶋H產(chǎn)氣壓力模型，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

表3 煤層氣實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值實(shí)例分析表

［1］傅雪海，秦勇，韋重韜.煤層氣地質(zhì)學(xué)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［2］陳昌國.煤的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)和吸附 (解吸)甲烷機(jī)理研究［D］.重慶:重慶大學(xué)，1995.

［3］李葵英.界面與膠體的物理化學(xué)［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998.

［4］GB/T19559 －2008，煤層氣含量測定方法［S］，2008.

［5］鄧澤，劉洪林，康永尚.煤層氣含氣量測試中有關(guān)損失氣量估算方法的探討［J］.天然氣工業(yè)，2008，(3)，85～87.

［6］SY/T6132－1995，煤巖中甲烷吸附量測定容量法［S］，1995.

［7］張慶玲，崔永君，曹利戈.煤的等溫吸附實(shí)驗(yàn)中各因素影響分析［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2004，32(2):16～19.