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(fā)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(dá)到平衡時(shí)所對應(yīng)的壓力，在等溫吸附曲線上表現(xiàn)為煤樣實(shí)測含氣量所對應(yīng)的壓力 (圖1)。可由式(1)計(jì)算:

圖1 臨界解吸壓力計(jì)算圖解

式中 Pcd——臨界解吸壓力，MPa;

V實(shí)——實(shí)測含氣量，m3/t;

PL——朗繆爾壓力，MPa;

VL——朗繆爾體積，m3/t;

根據(jù)等溫吸附實(shí)驗(yàn)原理，煤層氣實(shí)測含氣量對應(yīng)的壓力為臨界解吸壓力，儲層壓力對應(yīng)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(shù)關(guān)系，是估算煤層氣采收率的重要參數(shù)，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(shù)值計(jì)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(shí)測含氣量的影響，在式 (1)中表現(xiàn)為與實(shí)測含氣量、朗繆爾壓力和朗繆爾體積等數(shù)據(jù)直接相關(guān)。因此煤層氣臨界解吸壓力的計(jì)算結(jié)果，誤差主要產(chǎn)生于煤層氣實(shí)測含氣量實(shí)驗(yàn)和煤的等溫吸附實(shí)驗(yàn)過程中。

當(dāng)含氣量測定結(jié)果偏小時(shí)，實(shí)驗(yàn)所對應(yīng)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(shí)驗(yàn)是將風(fēng)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(dá)到吸附平衡時(shí)所吸附的甲烷等試驗(yàn)氣體的體積，根據(jù)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(shù)——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(shí)驗(yàn)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(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、孔裂隙類型等發(fā)生改變，實(shí)驗(yàn)過程不能完全模擬實(shí)際儲層條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在誤差。當(dāng)實(shí)驗(yàn)曲線高于理論等溫吸附曲線時(shí)，實(shí)驗(yàn)所計(jì)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(shí)際產(chǎn)氣壓力數(shù)據(jù)分析

目前，中石化華東分公司正在鄂爾多斯盆地進(jìn)行大量的煤層氣井排采實(shí)驗(yàn)工作，部分產(chǎn)氣量較高的井孔在煤層氣發(fā)電利用階段取得了一定的進(jìn)展。在煤層取芯、煤層氣排采過程中得到了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為煤層氣資源價(jià)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(tǒng)計(jì)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(shù)據(jù)，共10個(gè)井孔或井段的2#煤層及10#煤層的樣品數(shù)據(jù)，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(yàn)計(jì)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(zhì)條件、構(gòu)造等一系列因素，煤層氣的實(shí)際產(chǎn)氣壓力也會在煤層氣富集、儲藏、運(yùn)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(shí)際產(chǎn)氣壓力存在一定的差值。臨界解吸壓力不具備對實(shí)際產(chǎn)氣壓力的判斷價(jià)值，也不能直接指導(dǎo)煤層氣排采生產(chǎn)中排水降壓過程。如圖4所示，臨界解吸壓力普遍低于實(shí)際產(chǎn)氣壓力，與我國其他礦區(qū)數(shù)據(jù)分析規(guī)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(tǒng)計(jì)表

3.1 差值分析

煤層氣臨界解吸壓力與實(shí)際產(chǎn)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(shí)際產(chǎn)氣壓力分析

表2 煤層氣臨界解吸壓力與實(shí)際產(chǎn)氣壓力對比表

根據(jù)差值規(guī)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(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值。對比實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值和實(shí)際產(chǎn)氣壓力，接近程度全部在80.8% ～118.2%之間，其中一半數(shù)據(jù)位于90%～110%之間。已經(jīng)初步具備了對生產(chǎn)作業(yè)的指導(dǎo)意義，如圖5所示。實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力相關(guān)性好，如圖6所示。

圖5 實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值分析

圖6 擬合值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力相關(guān)性分析

3.2 實(shí)例分析

在差值分析的基礎(chǔ)上，選取了鄂爾多斯盆地同一區(qū)塊的兩個(gè)構(gòu)造區(qū)內(nèi)的5口煤層氣井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證分析。

圖7 鄂爾多斯盆地實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值分析圖

由表3、圖7所示:經(jīng)過修正后的實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值與實(shí)際產(chǎn)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(dǎo)意義。并且在構(gòu)造區(qū)Ⅰ內(nèi)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(shí)驗(yàn)值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力值之間的關(guān)系，應(yīng)該進(jìn)行區(qū)域性差值分析和模擬，在臨界解吸壓力計(jì)算的基礎(chǔ)上建立區(qū)域?qū)嶋H產(chǎn)氣壓力模型，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

表3 煤層氣實(shí)際產(chǎn)氣壓力參考值實(shí)例分析表

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