一、簡介
中煤科工集團西安研究院自1994年依托執行聯合國項目(UNDP)引入煤層氣試井技術以來,長期堅持科研和技術服務相結合,測試方法、技術、設備不斷更新。先后完成了2300余口煤層氣參數井的實驗測試任務、1500口煤層氣井1600多層煤的注入/壓降試井測試服務,其特點是服務對象多、地域廣闊、地質條件多樣;足跡遍及黑龍江、遼寧、山西、陜西、河南、貴州、江西、安徽、四川、新疆、云南等地,幾乎覆蓋全國主要含煤礦區。在完成測試任務的同時,不僅豐富了自己的理論、實際操作水平,而且積累了豐富的經驗及大量的第一手資料。
執行了煤層氣“六五”至“十二五”國家攻關項目,國家“973”項目等科研項目。編制了《煤層氣井注入/壓降試井方法》(GB/T24504-2009)、《煤層氣井試井方法-鉆桿地層測試法》(GB/T34229-2017)、《煤層氣含量測定》(GB/T 19559-2008)、《等溫吸附試驗》(GB/T 19560-2008)、《煤層氣氣含量測定-加溫解吸法》(GB/T 28753-2012)等一批國家標準。
二、煤層氣試井測試
煤(mei)層(ceng)(ceng)氣(qi)(qi)試(shi)井(jing)(jing)測(ce)試(shi)技(ji)術是認識煤(mei)儲(chu)(chu)層(ceng)(ceng),進(jin)行儲(chu)(chu)層(ceng)(ceng)評(ping)價和生(sheng)產動態監測(ce)以及評(ping)估完井(jing)(jing)效率的(de)重要(yao)手段。通(tong)過對目標煤(mei)層(ceng)(ceng)進(jin)行試(shi)井(jing)(jing)測(ce)試(shi),獲取煤(mei)儲(chu)(chu)層(ceng)(ceng)參(can)數值,為煤(mei)層(ceng)(ceng)氣(qi)(qi)生(sheng)產潛能評(ping)價和開發試(shi)驗(yan)提供可靠的(de)參(can)數依據。煤(mei)層(ceng)(ceng)氣(qi)(qi)試(shi)井(jing)(jing)測(ce)試(shi)主要(yao)包括以下測(ce)試(shi)技(ji)術。
1、注入(ru)壓降試(shi)井(jing)技術(IFO)
煤層氣注入/壓降試井測試是一種不穩定試井,它遵循不穩定試井的基本原理:當儲層中流體的流動處于平衡狀態時,若改變井的工作制度即改變壓力,則在井底將造成一個壓力擾動,此擾動隨著時間的推移不斷向井壁四周儲層徑向擴展,最后達到一個新的平衡狀態。這種壓力擾動的不穩定過程與地層、流體的性質有關。因此,用測試儀器將井底壓力隨時間的變化規律記錄下來,通過分析,可以判斷和確定儲層的性質。
方法特點
a.適合各種儲層壓力測試;
b.測試過程始終是單相流;
c.能做原地應力測試。
2、DST試井測試技術
DST試井測試又稱地層測試、鉆桿測試、中途測試等,它是指用鉆桿(或油管)將地層測試儀器送入待測試井段,通過地面操作,直接獲得地層流體、壓力、溫度等資料,通過分析,獲得地層參數,進一步對地層做出評價的一種臨時性完井方法。
DST試井原理
鉆井過程:P地層≈P靜
測試過程:P地層>P墊(dian)
方法特點(dian)
在以下情況下本方法更適合煤層氣井試井測試:
(1)在鉆完井過程中,鉆井液、巖屑、煤粉等對近井及井壁造成污染;
(2)煤儲層較松軟,注入會造成儲層擠壓變形的。
3、生產(chan)井壓力恢復試井技術
方(fang)法原理
該方法以穩定的產量,生產一段時間,在井筒周圍產生一個低于原始儲層壓力的壓力降漏斗,然后關井,使得井底壓力逐漸恢復到原始狀態。生產和恢復階段采用壓力計記錄井底壓力隨時間的變化。通過分析數據,求取目的層的參數。
技術條件
井具有足夠的穩產時間,地層達到穩定或擬穩定流動狀態。
方法特點
可以獲得:井底完善程度、流動效率、儲層流動系數、地層系數、滲透率、儲層壓力、邊界信息等。
4、煤層氣干擾試井技術
干擾(rao)試(shi)井(jing)(jing)是多(duo)井(jing)(jing)試(shi)井(jing)(jing)的(de)(de)一種(zhong)(zhong)方法, 也是多(duo)井(jing)(jing)條件下不穩定試(shi)井(jing)(jing)的(de)(de)一種(zhong)(zhong)特(te)殊形(xing)式。通過(guo)干擾(rao)試(shi)井(jing)(jing)測試(shi)確(que)定激動井(jing)(jing)和(he)觀(guan)測井(jing)(jing)之間(jian)的(de)(de)連通性、各井(jing)(jing)的(de)(de)滲透率(lv)(lv)及區(qu)(qu)域(yu)滲透率(lv)(lv)大小和(he)方向(xiang)、裂縫走向(xiang)和(he)測試(shi)區(qu)(qu)域(yu)的(de)(de)斷(duan)層分布(bu),因此(ci)可解決(jue)勘探開發區(qu)(qu)塊(kuai)內相關的(de)(de)油田開發和(he)生產井(jing)(jing)布(bu)置等(deng)問(wen)題。
方法原理(li)
壓力疊加原理
干擾試井是多井條件下不穩定試井的一種特殊形式。它是在至少一口井或數口井(激動井)中改變工作制度,造成壓力變化(又叫干擾信號),然后在另外一口或數口井(觀測井)中下入高靈敏度的測壓儀表,記錄由于激動井改變工作制度所造成的壓力變化,通過壓力變化時間和規律,計算流動參數。通過干擾試井可以確定激動井和觀測井之間的連通性,計算儲層參數及最大滲流方向。
方法特點:
a)井組試井,可以獲得區域儲層信息;
b)可檢測儲層優勢滲流方向,指導井網布置。
三、煤層氣含量及分析化驗
煤層氣含量測試技術的實驗分析項目主要包括:氣含量測試(自然解吸氣含量、損失氣含量、殘余氣含量、吸附時間)、煤巖分析(宏觀描述、顯微組分定量、鏡質體反射率、裂隙統計 )、工業分析、煤質化驗(元素分析、視密度、真密度、孔隙度、灰成分分析、灰熔點等)、等溫吸附、力學性質(抗拉、抗壓、泊松比)、礦物性質(壓汞、掃描電鏡)等測試。
致密砂(sha)巖(yan)氣(qi)(qi)(qi)、頁巖(yan)氣(qi)(qi)(qi)實驗分(fen)析(xi)項目主要包括:有機炭含量、干(gan)酪根、成熟(shu)度(du)、孔隙(xi)(xi)度(du)、同位(wei)素、實驗儲層(ceng)滲透(tou)率(lv)、含氣(qi)(qi)(qi)飽和(he)度(du)、等溫(wen)吸附性(xing)能、巖(yan)樣宏觀描(miao)述(shu)、顯(xian)微(wei)組分(fen)、鏡質體反射率(lv)、裂隙(xi)(xi)統(tong)計 、力(li)學(xue)性(xing)質(抗拉強度(du)、抗壓強度(du)、泊(bo)松比)、壓汞、掃描(miao)電鏡、X-射線、薄(bo)片鑒定等測試。
1、煤與頁巖(yan)氣含量測試
氣(qi)含量測試采用(yong)自然解(jie)(jie)(jie)(jie)吸(xi)法(fa)。要求必須用(yong)繩索取心鉆(zhan)(zhan)具。提(ti)(ti)升時(shi)間、裝(zhuang)罐(guan)時(shi)間按(an)國(guo)標《煤(mei)(mei)層(ceng)(ceng)氣(qi)含量測定方(fang)法(fa)》GB/T 19559-2008執(zhi)行(xing)。該方(fang)法(fa)是用(yong)繩索取心鉆(zhan)(zhan)具將煤(mei)(mei)心提(ti)(ti)至井口(kou),快速將煤(mei)(mei)樣(yang)裝(zhuang)入(ru)解(jie)(jie)(jie)(jie)吸(xi)罐(guan)中,解(jie)(jie)(jie)(jie)吸(xi)罐(guan)置入(ru)恒(heng)定在儲層(ceng)(ceng)溫度的恒(heng)溫水浴中進行(xing)自然解(jie)(jie)(jie)(jie)吸(xi)、計(ji)(ji)量;待自然解(jie)(jie)(jie)(jie)吸(xi)結束后(hou),煤(mei)(mei)樣(yang)置入(ru)球磨罐(guan)中進行(xing)殘余氣(qi)測定;根據(ju)鉆(zhan)(zhan)遇煤(mei)(mei)層(ceng)(ceng)時(shi)間,提(ti)(ti)鉆(zhan)(zhan)時(shi)間,煤(mei)(mei)心提(ti)(ti)至地面時(shi)間,裝(zhuang)罐(guan)時(shi)間和(he)最初的解(jie)(jie)(jie)(jie)吸(xi)速率計(ji)(ji)算損失氣(qi)。
2、煤巖等溫(wen)吸附實驗
煤的吸附能力是溫度、吸附質、壓力和煤性質的函數。在溫度和吸附質一定的情況下,煤對氣體的吸附量可用Langmuir方程描述。煤層氣以吸附狀態儲存于煤顆粒的內表面,煤層氣的吸附能力由煤質、煤階(成熟度)、埋藏深度等因素所決定。等溫吸附曲線是指在某一溫度條件下,以逐步加壓的方式使已脫氣的煤巖重新吸附而建立的壓力與含氣量(吸附氣量)關系曲線,等溫吸附曲線成為煤層氣勘探開發決策依據之一。
依(yi)據(ju)實驗(yan)程序(xu)可(ke)以根據(ju)各平衡壓力點吸(xi)(xi)附量V和壓力p繪制等溫吸(xi)(xi)附曲(qu)線。不(bu)同(tong)曲(qu)線形狀(或(huo)者說是煤巖的吸(xi)(xi)附性質)表(biao)現降(jiang)壓過程中(zhong)不(bu)同(tong)的解吸(xi)(xi)氣量,其中(zhong)起主要作用的是Langmuir壓力。通(tong)常Langmuir壓力越大越有利(li)于降(jiang)壓過程中(zhong)吸(xi)(xi)附氣的產出,對于后期的排采井具有重(zhong)要的指導意義。
3、氣成分測定實驗室
氣(qi)(qi)(qi)成份測試(shi)實(shi)驗(yan)室主(zhu)要是(shi)利用(yong)氣(qi)(qi)(qi)相色譜(pu)法(fa)對其進(jin)行測試(shi),適(shi)用(yong)于氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)、氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)、氬氣(qi)(qi)(qi)、氦氣(qi)(qi)(qi)、一(yi)氧(yang)化碳(tan)(tan)、二氧(yang)化碳(tan)(tan)等無(wu)機氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti),甲烷、乙烷、丙烯及(ji)C3以上的絕大部分(fen)有機氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的分(fen)析(xi)。用(yong)氣(qi)(qi)(qi)相色譜(pu)法(fa)分(fen)析(xi)標準氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti),要想獲(huo)得準確可靠的分(fen)析(xi)結(jie)果,首先必須建立分(fen)析(xi)方法(fa),選(xuan)擇合適(shi)的操作(zuo)條件和操作(zuo)技術。