薄-中厚煤層試井地質適應性研究

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研究中心，貴州貴陽　550081）

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薄-中厚煤層試井地質適應性研究

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潭組，煤層層數多，單層厚度小，以薄及中厚煤層為主。特殊的地質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條件下進行煤層氣試井測試，并獲得準確的煤儲層參數，本文考慮了煤層氣藏與常規天然氣藏的地質差異，從煤層氣試井的地質適應性角度探討了薄－中厚煤層群等典型地質條件試井工藝要求，為煤層氣試井設計提供參考。

關鍵詞：煤層氣；試井；地質特征；薄－中厚煤層；試井設計

貴州地區煤層氣資源豐富、資源豐度高且分布相對集中，沉積構造史控制著氣田的分布，并以大型向斜或復向斜為煤層氣富集主要場所；受沉積構造環境控制，貴州地區含煤面積廣泛，海陸交替的沉積環境形成了煤層層數多且以薄-中厚煤層為主的近距離煤層群，群內煤層“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、變質程度密切相關。與常規天然氣藏相比，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]。

煤層氣試井是一項復雜的地質工程實踐，其主要任務是認識煤儲層，準確獲取地層滲透率、地層壓力等重要儲層參數，為煤層氣勘探與開發提供依據。目前使用的煤層氣試井方法都是借鑒常規油氣的試井方法，其中注入/壓降試井因其測試流體少、成本小、持續的時間短，而廣泛應用于致密氣藏、煤層氣和頁巖氣藏[5]。然而，煤儲層不僅在成分、結構及其物理力學性質上與常規儲層（如砂巖）有著明顯的差異，而且在煤層氣的賦存和采出機理上也有本質區別[6，7]。要把注入/壓降試井理論準確用于煤層氣藏，必須以一定的地質工程條件為前提。為此，通過大量國內外文獻調研以及多項試井工藝實踐，總結出了適合于貴州地區薄-中厚煤層注入/壓降試井工藝地質要求。

1　測試方法選擇

1.1單煤層試井

單煤層試井，即對群內煤層進行逐一測試。鉆穿測試煤層后再鉆進底板一定深度后停鉆，提鉆，下入井下測試工具及油管進行試井測試，測試結束后提起油管及井下測試工具，再下鉆桿繼續下鉆，直到鉆穿下一測試煤層，如此反復。此方法反映各煤層的儲層參數，結果較為準確可靠，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，工序復雜，在測試煤層較多的地區，大大減緩了施工進度，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，直到設計深度，然后提鉆，最后，一次性對多層待測煤層進行試井測試。主要包括以下兩個部分：1．2．1遠距離煤層群試井煤層群內各煤層相隔較遠時，可使用單一封隔器對所有待測煤層進行同時測量，或采用分層隔離封隔器來分別對各目的層進行測試。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行測量的方法，因為煤層相隔較遠，測試結果受非煤巖層的影響很大，且為群內各煤層的綜合反映，結果既不具有代表性又不準確。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行煤層氣試井時，必須準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條件及作業人員對地質條件的認知度都有極高的要求；同時，每個密封段都必須配置相應的井下測試工具，如電子壓力計等，無疑增加了試井設備成本；再者，煤層氣試井可能涉及微破裂試驗、注入/壓降試井測試及原地應力測試三個方面，采用多層隔離封隔器進行煤層氣試井時，勢必增加施工工藝難度[9]；另外，采用多層封隔器進行煤層氣試井對井眼穩定的要求也特別高，一旦井眼失穩，可能導致井下測試工具受損，造成嚴重的經濟損失。

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煤層以薄－中厚煤層為主，當群內煤層間距較小，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行綜合測試，其測試結果為各煤層的綜合反映，受坐封層段內非煤巖層的影響較大。

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

2　煤儲層厚度的要求

貴州地區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育，且以薄－中厚煤層為主。通過前面的分析知道，對于煤層厚度大的煤層，試井解釋結果能反映煤儲層特征實際，而對于煤層厚度較小的煤層，厚度越小割理的發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果到干擾，從而導致測試結果與煤儲層實際相差較大，解釋結果可靠性差。

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的特點，結合國家有關部門規定的煤層可采厚度下限標準，從經濟性和試井結果的可靠性來考慮，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。

3　鉆井液及注入流體的要求

貴州地區含煤地層的沉積構造演化史特殊，在鉆井過程中，常常采用鉆井液來保護井壁，此類鉆井液在煤層鉆進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不相溶也易導致煤儲層性質改變而污染儲層，導致試井結果不是煤儲層的真實反映[10]。因此，為了防止鉆井液及注入流體對煤儲層造成嚴重污染而影響試井測試結果，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行煤層氣注入/壓降試井。

在實際工作中，這樣的要求很難滿足，因為鉆井安全是進行煤層氣試井的前提，在不具備清水鉆井的地層中，只能采用相應的鉆井液，勢必導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行一次微破裂試驗，能有效消除井壁污染，微破裂試驗產生的裂縫小，關井后很快閉合，對隨后進行的注入/壓降試井不會造成太大的影響[11]。考慮到煤層氣現場施工條件，全部以煤層水作為注入流體進行試井，多數情況下還不具備這樣的現場條件，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

穩定的含煤巖層是鉆井順利的前提，而圍巖的穩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，對裂隙發育或溶洞發育的圍巖層甚至容易發生漏失，嚴重影響測試結果；而井眼的大小影響井筒儲集系數和表皮系數，井眼穩定性影響試井工程安全進行，井眼規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定，圍巖裂隙及溶洞不發育，即圍巖不穩定，或圍巖裂隙發育、溶洞發育的煤層，不宜進行煤層氣注入/壓降試井；同時要求井眼穩定，封隔器坐封位置井眼規則，即對井眼穩定性差，找不到穩定規則的層段進行封隔器坐封的煤層，不宜進行煤層氣注入/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，現在應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－水兩相流過程中發生賈敏效應，導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，則應考慮氣－水兩相流進行試井解釋，否則將導致測試結果不準確。

6　結論

對遠距離煤層群采用多層隔離封隔器進行煤層氣試井，對于地質條件復雜的煤層可采用單一封隔器逐一對各測試煤層分別進行測試。對近距離煤層群綜合試井，其測試結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，否則測試結果將會失真。

參考文獻：

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［3］高弟，秦勇，易同生.論貴州煤層氣地質特點與勘探開發戰略［J］.中國煤炭地質，2009，21（3）：20-23.

［4］劉克云，李延方，張麥云，等.煤儲層與常規儲層特征對比［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研究［J］.天然氣工業，2004，24（5）：79-81.

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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方面的研究工作。

基金項目：貴州省科技重大專項“貴州省煤層氣地面抽采關鍵技術研究及工程示范”，黔科合重大專項字［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

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）02-0024-04