程 偉 王 平 陳 磊 陳 雨 李 珊

(中石化華東分公司石油勘探開發(fā)研究院,江蘇 225007)

1 概況

煤層氣臨界解吸壓力,指解吸與吸附達到平衡是對應(yīng)的壓力,煤層氣臨界解吸壓力與煤儲層含氣量和吸附/解吸特性密切相關(guān),對煤層氣排水降壓階段具有重要的指導(dǎo)意義,是估算煤層氣采收率的重要參數(shù)。煤儲層的壓力、溫度,煤層的變質(zhì)程度、無機組分和纖維組分以及煤層氣中的多元氣體組分對煤層氣的臨界解吸壓力都有影響。一般我們采用等溫吸附方法,利用實測含氣量求算出臨界解吸壓力,指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。

2 存在問題

在延川南區(qū)塊的煤層氣排采過程中發(fā)現(xiàn),煤層氣臨界解吸壓力和實際產(chǎn)氣壓力存在一定的誤差,使得這一理論數(shù)據(jù)在實際生產(chǎn)過程中難以應(yīng)用。表1和圖1是該區(qū)塊部分參數(shù)井資料數(shù)據(jù)。根據(jù)臨界解吸壓力的計算和實驗過程,在煤層氣臨界解吸壓力與實際產(chǎn)氣壓力誤差的影響因素分析時,以主要實驗數(shù)據(jù)——煤儲層壓力和含氣量——為重點研究對象進行探討。

表1 延川南部分煤層氣臨界解吸壓力值表

圖1 延川南部分煤層氣臨界解吸壓力值

3 理論分析

3.1 儲層壓力對臨界解吸壓力誤差的影響

儲層壓力是指作用于煤孔隙-裂隙空間上的流體壓力 (包括水壓和氣壓),又稱孔隙流體壓力。其與煤層氣含氣性密切相關(guān),對煤層吸附性的影響直接關(guān)系到煤層氣采氣過程中排水降壓的難易程度,對臨界解吸壓力產(chǎn)生很大的影響。分析延川南區(qū)塊煤儲層壓力、臨界解吸壓力平均值、臨儲壓力比、實際產(chǎn)氣壓力之間的變化趨勢和相互關(guān)系,如圖2所示。從圖2可以看出,無論是實際臨界解吸壓力,還是實際產(chǎn)氣壓力,其變化趨勢均與儲層壓力呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,特別是在儲層壓力低于8MPa時,實際產(chǎn)氣壓力與儲層壓力的差值基本維持在1MPa之內(nèi)。根據(jù)臨界解吸壓力平均值接近程度曲線可以看出,臨界解吸壓力與實際產(chǎn)氣壓力的接近度隨著儲層壓力的增高而增加,特別是在3、4號樣品,儲層壓力為9.97MPa時,接近程度將近80%,在7號樣品儲層壓力高峰處,接近程度也較高,并且曲線的變化趨勢和儲層壓力趨于一致。因此,儲層壓力無論是對臨界解吸壓力實驗值的求取還是對實際產(chǎn)氣壓力的影響都是明顯的。并且,通過數(shù)據(jù)對比分析可以得出：儲層壓力越小,實際產(chǎn)氣壓力越與儲層壓力接近,臨界解吸壓力實驗值與實際產(chǎn)氣壓力值差距越大;儲層壓力越大,臨界解吸壓力實驗值與實際產(chǎn)氣壓力的接近程度越高。

圖2 儲層壓力對臨界解吸壓力的影響

3.2 含氣量對臨界解吸壓力誤差的影響

煤層氣含氣量是煤層氣開采價值評價中的決定性因素,具有優(yōu)先否定權(quán)。主要評價因素包括實測含氣量、理論含氣量以及實測含氣飽和度。分別對煤層氣含氣量和含氣飽和度與臨界解吸壓力之間的關(guān)系進行分析,如圖3、圖4所示。理論含氣量是根據(jù)等溫吸附實驗結(jié)果,結(jié)合儲層壓力所計算的代表煤儲層含氣能力的數(shù)值,其曲線在圖中與其它曲線的變化趨勢明顯不一致,沒有明顯規(guī)律,說明其與煤層氣臨界解吸壓力之間的關(guān)系密切性較差,不適合作為考慮對象。而實測含氣量的變化趨勢和臨界解吸壓力以及實際產(chǎn)氣壓力的變化趨勢較為一致。實測含氣飽和度的變化趨勢不僅與臨界解吸壓力和實際產(chǎn)氣壓力變化趨勢一致,整體上實測含氣飽和度越高,實際產(chǎn)氣壓力越高。而實測飽和度曲線與臨界解吸壓力和實際解吸壓力接近程度曲線變化趨勢一致性較高,隨著實測飽和度的增大,接近程度也增高,且不存在滯后或是超前現(xiàn)象。在部分區(qū)間,兩條曲線近于平行。綜上所述：臨界解吸壓力實驗值和實際產(chǎn)氣壓力與實測含氣量變化趨勢一致,特別是實測含氣飽和度和臨界解吸壓力實驗值與實際產(chǎn)氣壓力接近程度密切相關(guān),實測含氣飽和度越高,相關(guān)性越好。

圖3 含氣量與臨界解吸壓力分析

圖4 含氣飽和度與臨界解吸壓力分析

3.3 誤差規(guī)律分析

通過臨界解吸壓力統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出臨界解吸壓力普遍小于實際產(chǎn)氣壓力,差值在1.483MPa與3.106MPa之間分布,平均差值為2.356MPa。整體而言,臨界解吸壓力的平均值與實際產(chǎn)氣壓力變化趨勢相同。將臨界解吸壓力的平均值均減去差值的均值2.356MPa,得出一組擬合后的平均值。對比擬合后的臨界解吸壓力平均值和實際產(chǎn)氣壓力,接近程度全部在80.8%～118.2%之間,其中位于90%～110%之間的數(shù)據(jù)有50%。已經(jīng)初步具備了對生產(chǎn)作業(yè)的指導(dǎo)意義。趨勢圖如圖5。

圖5 擬合臨界解吸壓力分析

4 結(jié)論

本文根據(jù)煤層氣對甲烷的吸附理論和等溫吸附實驗原理,分析現(xiàn)場各影響條件,總結(jié)變化趨勢和特點,判斷誤差來源,為進一步優(yōu)化實驗數(shù)據(jù),指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。主要結(jié)論有兩點：

(1)臨界解吸壓力實驗值和實際產(chǎn)氣壓力與煤儲層壓力和實測含氣量成正相關(guān)關(guān)系,并且,儲層壓力越小,實測產(chǎn)氣壓力與儲層壓力的接近程度越高;

(2)臨界解吸壓力實驗值和實際產(chǎn)氣壓力的接近程度與儲層壓力和實測含氣飽和度成正相關(guān)關(guān)系。

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