低壓煤儲層注入/壓降試井中注入時間的探討

劉大為 安 杰 劉蓓蓓

(黑龍江省煤田地質測試研究中心，黑龍江 150046)

低壓煤儲層注入/壓降試井中注入時間的探討

劉大為 安 杰 劉蓓蓓

(黑龍江省煤田地質測試研究中心，黑龍江 150046)

本文通過模擬計算的方法，得到鉆井液所產生的污染半徑，結合污染半徑及鉆井液漏失量對目標井進行施工設計，確認合理的施工時間，獲取更準確的地層參數，并建議低壓煤儲層的注入/壓降試井應盡量在套管中長時間測試。

低壓煤儲層 注入/壓降試井 污染半徑 注入時間

1 目前確定注入時間方法的分析

目前在注入/壓降試井中，注入時間的確定主要考慮煤層滲透率及探測半徑的影響，設計探測半徑不小于10m考慮計算。同時考慮的井筒儲集結束時間，要求注入時間應大于井筒儲集結束時間。注入時間和井儲結束時間計算公式如下：

(1)

式中tinj為注入時間，單位為小時，h；φ為孔隙度，以小數或%表示；μ為流體黏度，單位為毫帕秒，mPa·s；Ct為總壓縮系數，單位為每兆帕，MPa-1；ri為探測半徑，單位為米，m；K為煤層滲透率，單位為毫達西，mD。

(2)

式中twb為井筒儲集結束時間，單位為小時，h；C為井筒儲集系數，單位為立方米每兆帕，m3/MPa；S為表皮系數，代為1;h為煤層有效厚度，單位為米，m。

根據上述公式(1)和公式(2)，結合以往測試經驗，給出如下參數(表1)，計算得出在不同情況下的理論注入時間和井儲結束時間。

表1 不同滲透率的煤層的理論注入時間

從表1中可以看出，通過理論計算，可以看出當煤層滲透率越低時，達到相同的探測半徑所需時間越長。

井筒儲集系數主要受測試體積和綜合壓縮系數的影響，而在注入/壓降試井中，目標層為煤層，煤的壓縮系數的變化范圍較小，所參與的流體主要是水(2%KCl溶液)，壓縮系數為定值。所以測試過程中的井儲系數主要是測試體積影響的。如果在封隔器坐封良好的情況下，通過理論計算得到的注入時間均可以大于井筒儲集時間(表2)。

表2 不同滲透率和表皮情況下的理論井筒儲集時間

上述方法都是假設測試煤層為常壓儲層，并且不考慮前期施工泥漿漏失對儲層造成污染，且認為儲層為均質無限大儲層。所以在物性較好的常壓煤儲層中，注入時間為12h一般可以滿足要求。但在低壓煤儲層中，由于鉆井液污染，該計算方法不完全適用。

2 低壓煤儲層注入時間的確定

2.1 污染帶半徑的確定

在常規油氣井中關于污染半徑的計算，國內學者在上世紀80年代就已經展開研究，并且提出了理論計算公式。而在煤層氣行業中尚未有關于污染半徑研究，但隨著試井技術的發展，污染半徑的計算可以通過商業化的試井解釋軟件來解決該問題，本文中采用軟件為Ecrin4.20版本。

在低壓煤儲層中，煤層被揭開以來，井筒一直處于被鉆井液填滿狀態，液柱壓力大于儲層壓力，相當于對煤層進行了一次長時間的等壓變排量的注入。在現場條件允許的情況下，應對揭露煤層時間、測試開始時間及鉆井液漏失量進行記錄。如泥漿漏失量無法統計，可通過軟件模擬，得到在一定時間內的液體累計漏失量，其中部分參數需要人為給定(圖1)。

在一般情況下，通過試井軟件可以將等壓變排量注入簡化為變壓等排量的注入過程，在通過試井分析，即可得到鉆井液的污染半徑(圖2)。

圖1 井底液體漏失量模擬計算圖(滲透率0.5mD，井深1000m，儲層壓力梯度0.5MPa/100m)

圖2 折算后的等排量變壓雙對數曲線

2.2 注入時間的確定

由于鉆井液對儲層造成的污染，低壓煤儲層一般經常表現為徑向復合儲層模型：近井帶的滲透率較低，外區的滲透率較高，且外區滲透率可以達到內區滲透率的2～10倍。在試井設計時，應采用內區滲透率低、外區滲透率高的徑向復合儲層模型，且復合半徑應大于鉆井液的污染半徑。設計曲線上出現外區徑向流段的時間為最佳測試間，結合實際情況，確定最終實際施工時間。通常情況下，關井時間一般為注入時間的2倍。

S1井是山西S區塊內的一口煤層氣參數井，該區塊儲層壓力梯度平均為0.5MPa/100m。按照上述方法對S1井3號煤層進行了注入/壓降試井施工設計并依據設計進行了施工。為了方便對比，S1井3號煤層開展了兩次注入/壓降試井工作，一次為按照設計施工時間進行，一次為目前通用的施工時間(注入12小時，關井24小時)。S1井試井方法為套管試井，且已經完井較長時間，鉆井液漏失量及煤層暴漏時間無法統計，所以在設計中不予考慮。表3為S1井3號煤層設計參數選值。

表3 S1井3號煤層設計參數選值

通過軟件設計計算可以看出，在注入50h，關井100h時，雙對數診斷曲線上出現了較為明顯的外區徑向流段 (圖3)。 為了確保測試效果， 最終確定該井的施工時間為注入60h， 關井120h(表4)。

表4 S1井3號煤層設計計算結果表

最終測試結果可以看出，按方案1(注入60h，關井120h)測試時雙對數曲線上出現了明顯的徑向流段(圖4)，最終分析結果較為準確；按方案2(注入12h，關井24h)并未出現明顯的外區徑向流(圖5)，解釋結果存在多解可能。

圖3 S1井3號煤層設計雙對數曲線

圖4 S1井3號煤層實測雙對數曲線(方案1：注入60h，關井120h)

圖5 S1井3號煤層實測雙對數曲線(方案2：注入12h，關井24h)

最終方案1解釋出的儲層滲透率為0.39mD，高于方案2的解釋結果0.27mD。解釋結果見表5。

表5 S1井3號煤層解釋結果表

由于實際復合半徑遠遠大于設計的復合半徑，所以兩種方案均未出現外區徑向流。

2.3 A1井施工設計

A1井位于山西省X區塊，區內儲層壓力梯度平均為0.7MPa/100m，為低壓儲層，A1井為該區塊內首次開展注入/壓降試井工作。部分參數需要參照鄰區Y區塊。Y區塊目標煤層的注入/壓降試井得到的儲層滲透率分布于0.30～12.0mD，平均埋深小于800m；A1井的煤層中部深度達到了1433.35m，所以設計時采用的滲透率依據Y區塊內的最小滲透率進行過計算。

A1井煤層暴漏時間為19.5小時，鉆井液漏失量由于工程原因，無法具體統計，滲透率參照Y區塊最小滲透率0.30mD。按2.1中所述方法，估算的鉆井液漏失量為1.03m3，污染半徑12.3m。

設計采用徑向復合模型，對該井進行施工設計計算。所采用參數見表6。其中設定污染半徑為復合半徑。其中注入量的計算參照現行標準，即在整個注入過程中，使注入壓力小于儲層破裂壓力即可，現場操作可根據微破裂實驗確定。

表6 A1井目的煤層設計參數選值

圖6 A1井注入/壓降試井施工設計壓力曲線

圖7 A1井注入/壓降試井施工設計雙對數曲線

圖6對整個測試施工劃分為3個階段：鉆井液漏失段、注入段和壓降段。從雙對數診斷曲線上(圖7)可以看出，當注入時間為72h，關井144h時，出現了較為明顯外區徑向流段，說明按該施工設計時間進行測試，可獲取較為準確的儲層滲透率等參數。

為了方便對比，計算了不同滲透率及表皮系數的情況下的外區徑向流出現時間(表7)。

表7 不同滲透率及表皮系數的施工設計結果

從表7中可以看出，當煤層滲透率越低、表皮系數越大時，出現外區徑向流的時間越長。所以在在注入/壓降試井之前，應該根據區域地質資料、現場鉆井液參數，確定設計所選用的表皮系數及儲層滲透率，之后再根據該方法確定一個較為合理的施工時間。

3 對現場施工的建議

(1)前文中已經闡述了確認污染半徑的條件，即需要記錄煤層暴漏時間及鉆井液漏失量，在鉆井液漏失量無法統計的情況下可以通過模擬計算的方法進行大致的統計。所以在現場施工的過程中，測試人員需要和井隊及時溝通協調，獲取相應的時間節點及相關參數。

(2)在測試之前，應盡量收集測試區塊的地質資料，摸清該區內的儲層壓力梯度、滲透率等參數。在鉆進過程中，應時刻觀察和記錄鉆井液的參數，預判儲層的污染程度。

(3)在儲層污染較為嚴重的井中(可以根據鉆井液性質及漏失量預判)，獲取外區徑向流所需的測試時間就更長，所以長時間的注入/壓降試井能夠提供較為準確的地層參數。但目前在我國，注入壓降試井一般都在鉆遇煤層、完成取芯后的裸眼井里進行。如果在裸眼井內進行長時間測試，在測試成本增加的同時，測試的風險也提高了很多。建議低壓煤儲層盡量在完井射孔后進行套管試井，可以避免或降低測試風險，并且便于依據設計延長測試時間，得到更加準確的地層參數。需要強調的是，套管試井盡量在射孔后立即進行，減少進入低壓儲層內的洗井液，使解釋結果更加準確。

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(責任編輯 黃 嵐)

Study on Injection Time of Injection/Fall Well Test in Low Pressure Coal Reservoir

LIU Dawei，AN Jie,LIU Beibei

(Coalfield Geological Testing Center of Heilongjiang Province,Heilongjiang 150046)

In this paper,the pollution radius of drilling fluid is obtained by the method of simulation calculation. The construction of the target well is designed combined with the pollution radius and drilling fluid leakage,and the purpose is to confirm the reasonable injection time and obtain accurate formation parameters. It is suggested that the injection/fall test of the low pressure coal reservoir should be long time tested in the casing.

Low pressure coal reservoir; injection/fall test; pollution radius; injection time

劉大為，男，碩士，工程師，主要從事煤層氣解吸、試井及實驗測試等工作。