煤層氣井試井測試中常見問題與技術(shù)對策

胡 均，嚴(yán)曉明

（中國石化華東分公司采油廠，江蘇 泰州 225300）

煤層氣以甲烷為主要成分，主要吸附在煤基質(zhì)顆粒表面，部分游離于煤基質(zhì)微孔隙中或溶解于煤層水中，在一定壓力下處于動平衡狀態(tài)。當(dāng)煤儲層壓力降至吸附氣的臨界解吸壓力之下時(shí)，氣從煤基質(zhì)顆粒表面上解吸出來，然后以擴(kuò)散方式進(jìn)入煤巖割理系統(tǒng)，再以滲透方式從割理系統(tǒng)中流入井筒。因此，煤層氣井中流體的產(chǎn)出過程可分為三個(gè)階段，依次為單相流狀態(tài)階段、非飽和流狀態(tài)階段以及兩相流狀態(tài)階段。

根據(jù)煤層產(chǎn)出遵循“解析—擴(kuò)散—滲流”的機(jī)理，為避免壓力恢復(fù)測試期間產(chǎn)生兩相流，保證資料錄取、解釋的可靠性，目前國內(nèi)外在煤層氣勘探開發(fā)中，注入/壓降法試井是煤層氣井首選的一種測試方法[1]。

1 煤層氣井注入/壓降試井原理

煤層氣井注入/壓降試井遵循不穩(wěn)定試井的基本原理，以恒定的排量將水注入煤層一段時(shí)間后,再關(guān)井測壓力恢復(fù)。在注入階段隨著時(shí)間的推移,注入的流體不斷向井筒周圍煤儲層徑向擴(kuò)展，產(chǎn)生一個(gè)高于原始煤儲層的壓力分布區(qū)，關(guān)井階段使得注入壓力與原始煤儲層壓力逐漸趨于平衡。因此，用測試儀器將井底壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律記錄下來，通過分析，可以判斷和確定煤儲層的性質(zhì)。

2 煤層氣井注入/壓降試井常見的問題與對策

2.1 試井施工方案確定

在注入/壓降試井過程中，由于井筒儲集效應(yīng)的客觀存在，對煤儲層參數(shù)資料的求取、測試時(shí)間的控制等方面影響較大，故優(yōu)化試井方案尤為重要[2-3]。優(yōu)化試井方案對策是結(jié)合測試井的不同井況，采取單封、雙封不同管柱結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)，可有效降低井筒儲集效應(yīng)對測試工作的影響。常用測試管柱結(jié)構(gòu)（圖1），試井施工方案確定應(yīng)考慮下述問題：

1）中途測試時(shí)，要求鉆開煤層底板不大于2 m，可采用單封測試。

2）完井測試時(shí)，煤層底界距井底大于10 m，采用雙封測試工藝。

3）開關(guān)井座節(jié)、上封隔器下深位置應(yīng)盡可能靠近煤層的頂界，下封隔器下深位置應(yīng)盡可能靠近煤層的底界。

圖1 常用測試管柱結(jié)構(gòu)Fig.1 Common testing string structure

4）測試管柱要求使用小于27/8＂管徑的油管。

5）對于煤層頂板為滲透性較好、裂隙發(fā)育巖層的裸眼井，應(yīng)固井后再局部射開煤層進(jìn)行測試工作。

2.2 試井管柱檢查、下井、試壓

注入/壓降試井對管柱試壓要求較高，試壓壓力應(yīng)大于注入時(shí)地面最大壓力，穩(wěn)壓30 min為合格。但在實(shí)際工作中，測試管柱常出現(xiàn)試壓不合格返工問題，具體對策是應(yīng)做好以下方面的工作：

1）在測試管柱入井前，應(yīng)認(rèn)真檢查測試油管的絲扣，確保每根油管清潔絲扣完好，嚴(yán)防不合格測試管柱入井。

2）每根測試油管絲扣均需涂上密封脂連接，對于使用周期較長測試油管，絲扣還應(yīng)纏上密封帶,各工件絲扣必須擰緊防止?jié)B漏。

3）測試管柱下井操作應(yīng)平穩(wěn)，嚴(yán)防碰撞井口后剪斷封隔器解封銷釘,造成封隔器不能坐封的事故。

2.3 封隔器坐封

圖2 封隔器坐封測試失敗示例Fig.2 Failure setting tests of packers

在注入/壓降測試過程中，封隔器坐封是否正常，是決定測試工作成敗關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實(shí)際工作中，必須做好坐封前后各個(gè)環(huán)節(jié)方面的準(zhǔn)備工作，防止發(fā)生封隔器上串失封、膠筒損壞等事故，造成測試失?。▓D2），因此，在封隔器坐封時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1）裸眼井測試坐封前，應(yīng)進(jìn)行不少于2個(gè)循環(huán)清水返洗井，清除井壁泥餅,增大封隔器坐封時(shí)膠筒與巖層頂板之間的磨擦阻力，以防封隔器上串失封；還應(yīng)結(jié)合鉆井、錄井、取心、測井等方面的資料，選擇巖性堅(jiān)硬致密、取心無縱橫向裂、井徑規(guī)則的泥巖、灰?guī)r頂板為坐封位置，以防封隔器損壞失封。

2）完井測試坐封前，應(yīng)下刮管器在煤層炮眼處反復(fù)刮管10次以上，保證雙封管柱的下封膠筒正常通過炮眼至坐封位置不損壞。

3）坐封封隔器時(shí)，應(yīng)根據(jù)其型號及坐封形式，選擇合適的坐封參數(shù)，坐封壓力在規(guī)定范圍內(nèi)應(yīng)盡可能高一些，以增加封隔器膠筒與井壁內(nèi)磨擦阻力，防止測試階段封隔器上串失封。

4）在使用膨脹式封隔器雙封測試工藝時(shí)，封隔器坐封壓力應(yīng)高于打下球座時(shí)的壓力，主要是防止封隔器單流閥再次開啟、關(guān)閉出現(xiàn)異常而失封。

5）封隔器坐封后，應(yīng)固定好井口測試管柱，防止注水測試時(shí)管柱上串，造成封隔器失封。

2.4 注入流體的選擇

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及國內(nèi)研究資料表明：注入流體的選擇不當(dāng)可能是造成煤層污染的一個(gè)因素，由于流體中的固體顆粒堵塞煤層孔隙而導(dǎo)致煤層孔隙的連通性降低，因此，對注入水的水質(zhì)應(yīng)加以控制，對于含水煤層最好選擇被測試煤層中的地層水，在實(shí)際操作中，也可選用潔凈淡水。裸眼井測試中，如存在黏土膨脹問題，應(yīng)考慮在清水中添加2%的氯化鉀。

2.5 微破裂、注入/壓降、原地應(yīng)力試井

煤層氣井注入/壓降試井原始資料的錄取，是通過微破裂試驗(yàn)、注入壓降試井、原地應(yīng)力試井等3項(xiàng)具體測試工作來實(shí)現(xiàn)的?？刂圃O(shè)計(jì)好注入時(shí)間、注入量等相關(guān)參數(shù)，是資料質(zhì)量、施工安全的保證[4]。

1）微破裂試驗(yàn)―注入時(shí)間、注入量的選擇原則：縮短注入時(shí)間，延長關(guān)井時(shí)間。在測試過程中縮短注入時(shí)間，可減少注入流體體積，煤層產(chǎn)生的裂縫小，因此，關(guān)井后裂縫很快閉合；另外，適當(dāng)延長關(guān)井時(shí)間，有利于地層壓力的恢復(fù)，對隨后進(jìn)行的注入/壓降試井分析不會產(chǎn)生太大影響。在實(shí)際工作中，微破裂試驗(yàn)注入時(shí)間應(yīng)控制2 min之內(nèi)，平穩(wěn)調(diào)節(jié)注入壓力同時(shí)密切觀察記錄注入量的變化，一旦注入量發(fā)生突變后（注入量0.1～1 L/min瞬間上升至5～50 L/min），應(yīng)立即實(shí)施井下關(guān)井（圖3）。

圖3 Y-16井實(shí)測的微破裂卡片F(xiàn)ig.3 Measured microfracture card of well Y-16

2）注入/壓降試井―注入、關(guān)井時(shí)間可以通過公式求得，設(shè)計(jì)的注入時(shí)間越長，則注入量越大。在實(shí)際工作中，初期注入壓力應(yīng)小于微破壓力的50%，注入壓力應(yīng)控制平穩(wěn)，注入壓力波動應(yīng)小于10%，關(guān)井前確保注入壓力低于煤層破裂壓力；初期注入排量的調(diào)節(jié)時(shí)間不應(yīng)超過整個(gè)注入時(shí)間的三分之一，中后期注入排量應(yīng)保持穩(wěn)定。另外，還應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場注入壓力變化趨勢、注入排量大小及試井井況（套管井、裸眼井）等具體情況，適當(dāng)修正注入、關(guān)井時(shí)間，保證試井資料質(zhì)量和試井安全（圖4）。

圖4 Y-16井實(shí)測的注入/壓降卡片F(xiàn)ig.4 Measured injection and pressure drawdown card of well Y-16

3）原地應(yīng)力試井采用微型壓裂法，目的是使煤層產(chǎn)生一個(gè)小裂縫后，以恒定的排量向煤層注水。微型壓裂一般進(jìn)行四個(gè)循環(huán)周期，每周期的注入排量相等且最高不超過50 L/min，注入時(shí)間各周期分別為 0.5 min、1 min、2 min、4 min，關(guān)井時(shí)間各周期20 min、30 min、30 min、40 min，確保裂縫閉合，從而可得到煤層的最小原地應(yīng)力（圖5）。在原地應(yīng)力試井的實(shí)際工作中，由于注入時(shí)泵壓較高、開關(guān)井頻繁，常出現(xiàn)測試管柱上串、壓力表損壞、井下開關(guān)工具串遇卡落井等問題。對策是測試前固定好井口管柱防上串，確保下井的震擊器工作正常，注入時(shí)升壓平穩(wěn)、開井時(shí)泄壓緩慢，從而達(dá)到消除事故隱患的目的。

圖5 某井實(shí)測的地應(yīng)力卡片F(xiàn)ig.5 Measured ground stress card of some well

2.6 開關(guān)井工藝技術(shù)

在煤層氣井注入/壓降試井工作中，國內(nèi)外最常使用鋼絲絞車式開關(guān)井工具。在實(shí)際工作中，因開關(guān)井操作工藝技術(shù)出現(xiàn)的問題，常影響測試資料的錄取質(zhì)量和測試安全問題，必須做好下述幾個(gè)方面的工作。

1）正確組合開關(guān)井工具串：繩帽+加重桿+震擊器+開關(guān)井工具+壓力計(jì)。

2）開關(guān)井工具之上應(yīng)連接震擊器，防止遇卡難以實(shí)現(xiàn)開井動作。

3）在開關(guān)井工具震擊器之上應(yīng)連接加重桿，其配重可通過計(jì)算公式求得，要能保證開關(guān)井工具在井口最高的注入壓力下自由下放。

4）在開井狀態(tài)時(shí)，開關(guān)井工具串下深一般應(yīng)在井下座節(jié)之上1～2 m處為最佳位置，測試前應(yīng)先下放開關(guān)井工具串至座節(jié)處，然后上提1～2 m確保深度正確。

5）關(guān)井應(yīng)采用“正向加壓保壓法”，一般較注入壓力高5 MPa左右，加壓后同時(shí)關(guān)閉井口閥門，以防止開關(guān)井工具串上移失封。

圖6 開關(guān)井工具與座節(jié)配合的3個(gè)工作狀態(tài)Fig.6 Three work status of flow shut in tools and seating nipple

6）在下放開關(guān)井工具后，關(guān)井初期常出現(xiàn)密封柱膠圈進(jìn)入座節(jié)密封面困難的現(xiàn)象，發(fā)生井下開關(guān)閥關(guān)閉不嚴(yán)問題，若立即加壓易造成測試卡片異常，影響資料質(zhì)量。對策是在下放開關(guān)井工具后，保持注入泵壓不變，不要立即加壓，1～2 min后隨著上下壓差逐漸增大，達(dá)到自動增壓目的，可實(shí)現(xiàn)密封柱關(guān)閉到位（圖6）。

2.7 測試資料分析處理

資料處理應(yīng)優(yōu)選英國EPS試井解釋軟件，對測試煤層的壓力數(shù)據(jù)采用半對數(shù)、雙對數(shù)擬合分析和壓力歷史擬合分析方法處理，并對分析結(jié)果作一致性檢驗(yàn)，保證分析的儲層參數(shù)結(jié)果可靠（圖7）。

3 結(jié)論與建議

煤層氣井注入/壓降法試井已成為國內(nèi)外煤層氣勘探開發(fā)中廣泛應(yīng)用的一種測試技術(shù)。通過中國石化華東分公司在山西、安徽、貴州等工區(qū)一百多井次測試工作，從理論和實(shí)踐的角度，對煤層氣井試井工藝作業(yè)過程中各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了有益的研究和探索，形成了一套完整的測試工藝技術(shù)，提高了測試成功率，節(jié)約了測試成本，保證了煤儲層數(shù)據(jù)資料可靠。

圖7 注入/壓降測試卡片及解釋示例Fig.7 Testing card ands interpretation examples of injection and pressure drawdown

[1]陳志勝.煤層氣井常用試井方法及應(yīng)用[J].陜西煤炭，2003，22（1）:40-42.

[2]孫茂遠(yuǎn)，黃盛初.煤層氣開發(fā)利用手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1996：88-92.

[3]韓永新，劉振慶.煤層氣試井測試方法[J].油氣井測試，1997，16（3）：59-63.

[4]全國煤炭標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 24504-2009煤層氣井注入/壓降試井方法[S]//國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010:1-12.