薄-中厚煤層試井地質(zhì)適應(yīng)性研究

汪凌霞，李　東，周呈艷，白麗娜，易　旺，羅　沙

（貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)研究中心，貴州貴陽　550081）

?

薄-中厚煤層試井地質(zhì)適應(yīng)性研究

汪凌霞，李東，周呈艷，白麗娜，易旺，羅沙

（貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)研究中心，貴州貴陽550081）

摘要：貴州省主要含煤地層形成于晚二疊系龍?zhí)督M，煤層層數(shù)多，單層厚度小，以薄及中厚煤層為主。特殊的地質(zhì)條件對煤層氣試井提出了新的要求。為了在薄－中厚煤層群等典型地質(zhì)條件下進(jìn)行煤層氣試井測試，并獲得準(zhǔn)確的煤儲層參數(shù)，本文考慮了煤層氣藏與常規(guī)天然氣藏的地質(zhì)差異，從煤層氣試井的地質(zhì)適應(yīng)性角度探討了薄－中厚煤層群等典型地質(zhì)條件試井工藝要求，為煤層氣試井設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：煤層氣；試井；地質(zhì)特征；?。泻衩簩樱辉嚲O(shè)計

貴州地區(qū)煤層氣資源豐富、資源豐度高且分布相對集中，沉積構(gòu)造史控制著氣田的分布，并以大型向斜或復(fù)向斜為煤層氣富集主要場所；受沉積構(gòu)造環(huán)境控制，貴州地區(qū)含煤面積廣泛，海陸交替的沉積環(huán)境形成了煤層層數(shù)多且以薄-中厚煤層為主的近距離煤層群，群內(nèi)煤層“廣覆式”生烴且保存良好，各煤層CH4含量均較高，具有良好的勘探開發(fā)前景[1-3]。

煤層氣藏是一種特殊的氣藏，煤儲層既是烴源巖，又是儲集層。作為儲集層，煤儲層的孔隙特征、滲流能力、吸附能力等與煤的原始組分、變質(zhì)程度密切相關(guān)。與常規(guī)天然氣藏相比，煤儲層儲氣方式、生儲氣能力、開采方式、儲層物性等方面存在許多不同之處[4]。

煤層氣試井是一項(xiàng)復(fù)雜的地質(zhì)工程實(shí)踐，其主要任務(wù)是認(rèn)識煤儲層，準(zhǔn)確獲取地層滲透率、地層壓力等重要儲層參數(shù)，為煤層氣勘探與開發(fā)提供依據(jù)。目前使用的煤層氣試井方法都是借鑒常規(guī)油氣的試井方法，其中注入/壓降試井因其測試流體少、成本小、持續(xù)的時間短，而廣泛應(yīng)用于致密氣藏、煤層氣和頁巖氣藏[5]。然而，煤儲層不僅在成分、結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)上與常規(guī)儲層（如砂巖）有著明顯的差異，而且在煤層氣的賦存和采出機(jī)理上也有本質(zhì)區(qū)別[6，7]。要把注入/壓降試井理論準(zhǔn)確用于煤層氣藏，必須以一定的地質(zhì)工程條件為前提。為此，通過大量國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研以及多項(xiàng)試井工藝實(shí)踐，總結(jié)出了適合于貴州地區(qū)薄-中厚煤層注入/壓降試井工藝地質(zhì)要求。

1　測試方法選擇

1.1單煤層試井

單煤層試井，即對群內(nèi)煤層進(jìn)行逐一測試。鉆穿測試煤層后再鉆進(jìn)底板一定深度后停鉆，提鉆，下入井下測試工具及油管進(jìn)行試井測試，測試結(jié)束后提起油管及井下測試工具，再下鉆桿繼續(xù)下鉆，直到鉆穿下一測試煤層，如此反復(fù)。此方法反映各煤層的儲層參數(shù)，結(jié)果較為準(zhǔn)確可靠，但由于每層煤測試時都需要提鉆，下放井下測試工具及油管，工序復(fù)雜，在測試煤層較多的地區(qū)，大大減緩了施工進(jìn)度，增加了施工周期。

1.2煤層群試井

煤層群試井即采用多煤層完井，一次性鉆穿所有測試煤層，直到設(shè)計深度，然后提鉆，最后，一次性對多層待測煤層進(jìn)行試井測試。主要包括以下兩個部分：1．2．1遠(yuǎn)距離煤層群試井煤層群內(nèi)各煤層相隔較遠(yuǎn)時，可使用單一封隔器對所有待測煤層進(jìn)行同時測量，或采用分層隔離封隔器來分別對各目的層進(jìn)行測試。使用單一封隔器，將所有待測煤層坐封在同一密封測試段進(jìn)行測量的方法，因?yàn)槊簩酉喔糨^遠(yuǎn)，測試結(jié)果受非煤巖層的影響很大，且為群內(nèi)各煤層的綜合反映，結(jié)果既不具有代表性又不準(zhǔn)確。使用分層隔離封隔器（見圖1），即采用不同的封隔器分別坐封，將各測試煤層密封在不同的測試段，測試結(jié)果能充分反映各分層的儲層特征[8]。采用分層隔離封隔器進(jìn)行煤層氣試井時，必須準(zhǔn)確坐封每一個測試煤層，保證每一個測試煤層坐封良好，這對煤儲層本身地質(zhì)條件及作業(yè)人員對地質(zhì)條件的認(rèn)知度都有極高的要求；同時，每個密封段都必須配置相應(yīng)的井下測試工具，如電子壓力計等，無疑增加了試井設(shè)備成本；再者，煤層氣試井可能涉及微破裂試驗(yàn)、注入/壓降試井測試及原地應(yīng)力測試三個方面，采用多層隔離封隔器進(jìn)行煤層氣試井時，勢必增加施工工藝難度[9]；另外，采用多層封隔器進(jìn)行煤層氣試井對井眼穩(wěn)定的要求也特別高，一旦井眼失穩(wěn)，可能導(dǎo)致井下測試工具受損，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1　多層封隔器施工工藝圖[8]

1．2．2近距離煤層群試井貴州地區(qū)煤層以?。泻衩簩訛橹鳎?dāng)群內(nèi)煤層間距較小，煤層分別試井難度較大且不具備分層隔離封隔器試井條件時，只能將近距離煤層群坐封于同一測試層段進(jìn)行綜合測試，其測試結(jié)果為各煤層的綜合反映，受坐封層段內(nèi)非煤巖層的影響較大。

因此，對遠(yuǎn)距離煤層群采用多層隔離封隔器進(jìn)行煤層氣試井，可以節(jié)約施工周期，但考慮到地區(qū)地層受多期次構(gòu)造演化，地質(zhì)條件復(fù)雜，井眼穩(wěn)定性相對較差，采用多層封隔器進(jìn)行多煤層同時試井時，存在較大的風(fēng)險，建議在遠(yuǎn)距離煤層群試井時，采用單一封隔器逐一對各測試煤層分別進(jìn)行測試，以獲得各分層的可靠儲層參數(shù)；對近距離煤層群綜合試井，其測試結(jié)果受坐封層段內(nèi)非煤巖層的影響較大，需要特殊的井下管柱結(jié)構(gòu)。

2　煤儲層厚度的要求

貴州地區(qū)煤儲層厚度在垂向上變化很大，從薄煤層到特厚煤層均有發(fā)育，且以?。泻衩簩訛橹?。通過前面的分析知道，對于煤層厚度大的煤層，試井解釋結(jié)果能反映煤儲層特征實(shí)際，而對于煤層厚度較小的煤層，厚度越小割理的發(fā)育情況及割理的連通情況越差，一方面儲層本身滲透性差，測試過程中壓力變化不甚明顯，另一方面本身滲透性差且煤層厚度小時將一定程度上增加圍巖對測試結(jié)果到干擾，從而導(dǎo)致測試結(jié)果與煤儲層實(shí)際相差較大，解釋結(jié)果可靠性差。

考慮到煤層氣開采與煤炭開采的差異性（煤層氣開采多以地面抽采為主，煤炭開采多以井下開采為主）及煤層氣試井為地面作業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合國家有關(guān)部門規(guī)定的煤層可采厚度下限標(biāo)準(zhǔn)，從經(jīng)濟(jì)性和試井結(jié)果的可靠性來考慮，建議煤層氣注入/壓降試井的最低煤儲層厚度要求為0.4 m，即對煤層厚度低于0.4 m的煤儲層，不宜開展煤層氣注入/壓降試井作業(yè)。

3　鉆井液及注入流體的要求

貴州地區(qū)含煤地層的沉積構(gòu)造演化史特殊，在鉆井過程中，常常采用鉆井液來保護(hù)井壁，此類鉆井液在煤層鉆進(jìn)過程中容易造成井筒附近煤儲層污染，而注入流體與煤層本身流體的化學(xué)不相溶也易導(dǎo)致煤儲層性質(zhì)改變而污染儲層，導(dǎo)致試井結(jié)果不是煤儲層的真實(shí)反映[10]。因此，為了防止鉆井液及注入流體對煤儲層造成嚴(yán)重污染而影響試井測試結(jié)果，在煤層段最好用清水鉆井液，在測試煤層，以地下水作為注入流體來進(jìn)行煤層氣注入/壓降試井。

在實(shí)際工作中，這樣的要求很難滿足，因?yàn)殂@井安全是進(jìn)行煤層氣試井的前提，在不具備清水鉆井的地層中，只能采用相應(yīng)的鉆井液，勢必導(dǎo)致鉆井液對井筒附近煤儲層造成一定程度的污染。在對此種鉆井條件下的煤層進(jìn)行試井測試時，必須先用注入流體基替鉆井液，盡可能的將井筒中煤層附近的鉆井液排除，最大限度的降低鉆井液的污染；而在注入/壓降試井之前可以進(jìn)行一次微破裂試驗(yàn)，能有效消除井壁污染，微破裂試驗(yàn)產(chǎn)生的裂縫小，關(guān)井后很快閉合，對隨后進(jìn)行的注入/壓降試井不會造成太大的影響[11]。考慮到煤層氣現(xiàn)場施工條件，全部以煤層水作為注入流體進(jìn)行試井，多數(shù)情況下還不具備這樣的現(xiàn)場條件，一般以潔凈淡水作為注入流體，對于黏土礦物含量較高的儲層，可考慮注入2 %的氯化鉀溶液。

4　圍巖及井眼的要求

穩(wěn)定的含煤巖層是鉆井順利的前提，而圍巖的穩(wěn)定性將影響封隔器的坐封，圍巖的滲透性將對煤層滲透性造成一定的影響，對裂隙發(fā)育或溶洞發(fā)育的圍巖層甚至容易發(fā)生漏失，嚴(yán)重影響測試結(jié)果；而井眼的大小影響井筒儲集系數(shù)和表皮系數(shù)，井眼穩(wěn)定性影響試井工程安全進(jìn)行，井眼規(guī)則程度影響封隔器的坐封效果。因此，煤層氣注入/壓降試井要求圍巖致密且相對穩(wěn)定，圍巖裂隙及溶洞不發(fā)育，即圍巖不穩(wěn)定，或圍巖裂隙發(fā)育、溶洞發(fā)育的煤層，不宜進(jìn)行煤層氣注入/壓降試井；同時要求井眼穩(wěn)定，封隔器坐封位置井眼規(guī)則，即對井眼穩(wěn)定性差，找不到穩(wěn)定規(guī)則的層段進(jìn)行封隔器坐封的煤層，不宜進(jìn)行煤層氣注入/壓降試井。

5　煤儲層含水特性要求

一般在地層條件下，煤儲層是水飽和的，但也不是所有煤層都是水飽和的，許多煤層含水但并不飽和，有的甚至根本不含水。然而，現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的煤層氣注入/壓降試井解釋基本理論是建立在煤儲層飽含水的基礎(chǔ)上，只有在煤層被水飽和的前提條件下，才能保證注入流體在煤儲層中程以單相流的狀態(tài)存在，如果煤層不被水飽和或者根本不含水時，由于煤儲層中游離氣的存在，將產(chǎn)生氣－水兩相流，甚至因游離氣的存在，在氣－水兩相流過程中發(fā)生賈敏效應(yīng)，導(dǎo)致目前的煤層氣注入/壓降試井解釋基本理論不再適用。也就是說，當(dāng)前煤層氣注入/壓降試井基本理論要求煤儲層為水飽和儲層且不含游離氣，對于未被水飽和煤儲層或不含水煤儲層，則應(yīng)考慮氣－水兩相流進(jìn)行試井解釋，否則將導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確。

6　結(jié)論

對遠(yuǎn)距離煤層群采用多層隔離封隔器進(jìn)行煤層氣試井，對于地質(zhì)條件復(fù)雜的煤層可采用單一封隔器逐一對各測試煤層分別進(jìn)行測試。對近距離煤層群綜合試井，其測試結(jié)果受非煤層段影響較大，需要采用特殊的工藝方法。注入/壓降試井對于儲層厚度、注入流體以及圍巖和井眼穩(wěn)定性有一定的要求，必須要求測試

層飽含水而且不含游離氣，否則測試結(jié)果將會失真。

參考文獻(xiàn)：

［1］唐顯貴.貴州省煤炭資源潛力評價［R］.貴陽：貴州省煤田地質(zhì)局，2010.

［2］易同生.貴州省煤層氣資源評價［R］.貴陽：貴州省煤田地質(zhì)局，1996.

［3］高弟，秦勇，易同生.論貴州煤層氣地質(zhì)特點(diǎn)與勘探開發(fā)戰(zhàn)略［J］.中國煤炭地質(zhì)，2009，21（3）：20-23.

［4］劉克云，李延方，張麥云，等.煤儲層與常規(guī)儲層特征對比［J］.油氣井測試，2000，9（2）：29-31.

［5］劉立軍，王立中，張增惠.煤層氣注入壓降試井技術(shù)研究［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（5）：79-81.

［6］劉曰武，趙培華，鹿倩，等.煤層氣與常規(guī)天然氣測試技術(shù)的異同［J］.油氣井測試，2010，6（6）：6-11.

［7］陳彥麗，劉啟國，張烈輝，等.淺析煤層氣井與常規(guī)油氣井在試井方面的差別［J］.中國煤層氣，2006，（4）：44-46.

［8］王衛(wèi)東.分層隔離封隔器在煤層氣試井中的應(yīng)用［J］.中國煤炭地質(zhì)，2008，20（Z1）：106-107.

［9］陳志勝.煤層氣井微破裂試井測試技術(shù)及應(yīng)用［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，32（1）：53-56.

［10］廉有軒.煤層氣井注入/壓降試井測試中有關(guān)技術(shù)問題探討［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2003，31（4）：23-26.

［11］倪小明，石書燦.不同煤體結(jié)構(gòu)組合下井徑擴(kuò)徑的鉆進(jìn)主控因素［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報，2011，6（6）：135-139.

Thin-thick seam in geological adaptability study on well test

WANG Lingxia，LI Dong，ZHOU Chengyan，BAI Lina，YI Wang，LUO Sha
（Guizhou Provincial Engineering Research Center for Coal-bed Gas & Shale Gas，Guiyang Guizhou 550081，China）

Abstract:Mainly coal-bearing strata of Guizhou province, were formed in the late permian Longtan formation coal layer, thickness is small, mainly for thin and thick coal seam.Special geological conditions of coal-bed gas well testing puts forward new requirements.To in thinin the thick seam group,typical geological conditions for seam gas try well test, and get accurate of coal storage layer parameter,paper consider has seam gas hid and general gas hid of geological differences,from seam gas try well of geological adaptability discussion has thin-in the thick seam group,typical geological conditions try well process requirements, for seam gas try well design provides reference.

Key words：coalbed gas；well test；geology；thin-thick seam；well test design

作者簡介：汪凌霞，女，貴州貴陽人，碩士，工程師，從事煤層氣勘探開發(fā)方面的研究工作。

基金項(xiàng)目：貴州省科技重大專項(xiàng)“貴州省煤層氣地面抽采關(guān)鍵技術(shù)研究及工程示范”，黔科合重大專項(xiàng)字［2014］6002號。

*收稿日期：2015－12-11

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.02.006

中圖分類號：TE132.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）02-0024-04