鄂爾多斯盆地煤層氣實際產氣壓力分析

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到平衡時所對應的壓力，在等溫吸附曲線上表現為煤樣實測含氣量所對應的壓力 (圖1)。可由式(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——實測含氣量，m3/t;

PL——朗繆爾壓力，MPa;

VL——朗繆爾體積，m3/t;

根據等溫吸附實驗原理，煤層氣實測含氣量對應的壓力為臨界解吸壓力，儲層壓力對應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/解吸特性呈函數關系，是估算煤層氣采收率的重要參數，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測含氣量的影響，在式 (1)中表現為與實測含氣量、朗繆爾壓力和朗繆爾體積等數據直接相關。因此煤層氣臨界解吸壓力的計算結果，誤差主要產生于煤層氣實測含氣量實驗和煤的等溫吸附實驗過程中。

當含氣量測定結果偏小時，實驗所對應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驗是將風干、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、不同壓力下達到吸附平衡時所吸附的甲烷等試驗氣體的體積，根據朗繆爾吸附理論，得出表征煤對甲烷的吸附特性的吸附常數——朗繆爾體積、朗繆爾壓力以及等溫吸附曲線。在煤的等溫吸附實驗中，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、結構構造、孔裂隙類型等發生改變，實驗過程不能完全模擬實際儲層條件，實驗結果存在誤差。當實驗曲線高于理論等溫吸附曲線時，實驗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 臨界解吸壓力與實際產氣壓力數據分析

目前，中石化華東分公司正在鄂爾多斯盆地進行大量的煤層氣井排采實驗工作，部分產氣量較高的井孔在煤層氣發電利用階段取得了一定的進展。在煤層取芯、煤層氣排采過程中得到了大量的實驗數據，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據，共10個井孔或井段的2#煤層及10#煤層的樣品數據，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、水文地質條件、構造等一系列因素，煤層氣的實際產氣壓力也會在煤層氣富集、儲藏、運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際產氣壓力存在一定的差值。臨界解吸壓力不具備對實際產氣壓力的判斷價值，也不能直接指導煤層氣排采生產中排水降壓過程。如圖4所示，臨界解吸壓力普遍低于實際產氣壓力，與我國其他礦區數據分析規律基本一致。

表1 鄂爾多斯盆地部分煤層氣井臨界解吸壓力統計表

3.1 差值分析

煤層氣臨界解吸壓力與實際產氣壓力差值較大。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際產氣壓力分析

表2 煤層氣臨界解吸壓力與實際產氣壓力對比表

根據差值規律，將臨界解吸壓力值均加上差值的平均值 (即2.356MPa)，得出一組實際產氣壓力參考值。對比實際產氣壓力參考值和實際產氣壓力，接近程度全部在80.8% ～118.2%之間，其中一半數據位于90%～110%之間。已經初步具備了對生產作業的指導意義，如圖5所示。實際產氣壓力參考值與實際產氣壓力相關性好，如圖6所示。

圖5 實際產氣壓力參考值分析

圖6 擬合值與實際產氣壓力相關性分析

3.2 實例分析

在差值分析的基礎上，選取了鄂爾多斯盆地同一區塊的兩個構造區內的5口煤層氣井數據進行了驗證分析。

圖7 鄂爾多斯盆地實際產氣壓力參考值分析圖

由表3、圖7所示:經過修正后的實際產氣壓力參考值與實際產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意義。并且在構造區Ⅰ內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驗值與實際產氣壓力值之間的關系，應該進行區域性差值分析和模擬，在臨界解吸壓力計算的基礎上建立區域實際產氣壓力模型，指導生產實踐。

表3 煤層氣實際產氣壓力參考值實例分析表

［1］傅雪海，秦勇，韋重韜.煤層氣地質學［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2007.

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

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

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