岑明峰，黃　培，任　平

(貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊(duì)，貴州　貴陽　550081)

貴州金沙縣安洛煤礦仁和勘查區(qū)試井曲線分析

岑明峰，黃培，任平

(貴州省煤田地質(zhì)局一一三隊(duì)，貴州貴陽550081)

[摘要]本文以安洛煤礦仁和勘查區(qū)為研究區(qū)，以地質(zhì)勘探資料、現(xiàn)場(chǎng)樣品分析及實(shí)驗(yàn)室測(cè)試成果為基礎(chǔ)，通過注入/壓降現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，使用saphir軟件做了相關(guān)試井解釋分析，選用具有井筒儲(chǔ)集效應(yīng)+表皮效應(yīng)+徑向復(fù)合井的模型，數(shù)值模擬了26-4孔特征鮮明的4#、8#和13#煤層，淺析該區(qū)煤儲(chǔ)層基本地層特征。分析發(fā)現(xiàn)：注入初期壓力波動(dòng)大，壓降階段出現(xiàn)“回吐”現(xiàn)象，分析認(rèn)為這可能與地層(煤層)具有較強(qiáng)的塑性且地層滲透性較差有關(guān)。從雙對(duì)數(shù)曲線的開口較大，半對(duì)數(shù)曲線呈“廠”字形的形態(tài)看，本井煤層存在一定程度的污染。半對(duì)數(shù)曲線斜率發(fā)生變化，導(dǎo)數(shù)曲線上翹，并非反應(yīng)某種邊界，而是由于超過注水時(shí)間造成的。在試井過程中，儲(chǔ)層滲透率受煤層有效厚度、流體水粘度控制極為顯著；孔隙度和綜合壓縮系數(shù)對(duì)除儲(chǔ)層滲透率以外其它儲(chǔ)層參數(shù)的控制作用較為明顯；流體地層體積系數(shù)在實(shí)際工作中可以忽略。

[關(guān)鍵詞]煤層氣；地層特征；注入/壓降；試井曲線[中圖分類號(hào)]P618.123；P631.8+18

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1000-5943(2016)01-0036-08

我國(guó)煤層氣資源豐富，華北沁水盆地南部煤層氣商業(yè)性地面開發(fā)的突破，以及我國(guó)油氣資源供求關(guān)系、煤礦安全生產(chǎn)、大氣環(huán)境保護(hù)等面臨的巨大壓力，使得我國(guó)煤層氣勘探開發(fā)得到了前所未有的重視[1，2]。而滇東、黔西地區(qū)總資源量達(dá)2.2×1012m3～2.75×1012m3，具有非常巨大的開發(fā)前景[3]。

要合理科學(xué)的開發(fā)煤層氣田[4]，首先需要了解煤的儲(chǔ)層特性，獲取如滲透率、儲(chǔ)層壓力、地應(yīng)力等參數(shù)，它們是煤層氣開發(fā)工程設(shè)計(jì)與施工的重要地質(zhì)依據(jù)，對(duì)煤層氣藏產(chǎn)能預(yù)測(cè)、采收率預(yù)測(cè)、壓裂效果評(píng)價(jià)和井網(wǎng)部署等具有重要的控制作用，同時(shí)也是當(dāng)前煤與煤層氣勘查必須提交的關(guān)鍵資料。

為了研究注入/壓降試井方法在黔西仁和地區(qū)的可行性及準(zhǔn)確性，本論文依托國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“煤層氣儲(chǔ)層工程與動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)(2011ZX05034)”和“國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“多煤層區(qū)不同含氣系統(tǒng)產(chǎn)氣潛力及單井高效開采模式研究(41272178)”，選取黔西仁和參數(shù)井煤層為研究對(duì)象，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，依據(jù)特征鮮明的試井曲線，淺析該地區(qū)煤儲(chǔ)層特征。

1勘探區(qū)概況

1.1地理位置及地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)隸屬金沙縣安洛煤礦勘查區(qū)，位于畢節(jié)地區(qū)的金沙縣、大方縣、黔西縣及百里杜鵑風(fēng)景名勝區(qū)交界處，分別隸屬金沙縣、大方縣、黔西縣及百里杜鵑管委會(huì)管轄，面積38.52 km2。

研究區(qū)位于楊子板塊(I級(jí))，川、滇、黔盆地(II級(jí))，黔北斷拱(III級(jí))上。區(qū)塊位于紙廠背斜東翼，黔西向斜西翼，總體呈一寬緩的單斜構(gòu)造。區(qū)域上地形地貌受地質(zhì)構(gòu)造的控制，地勢(shì)西低東高。區(qū)域內(nèi)褶曲和斷層有一定程度的發(fā)育，主要構(gòu)造線方向?yàn)镹E向。褶曲主要發(fā)育有紙廠背斜、黔西向斜，其軸的走向長(zhǎng)度大于20 km；斷層以正斷層為主，其中多條走向長(zhǎng)度大于10 km，斷層傾角多數(shù)小于65°。具體見圖1。

1.2地層

區(qū)內(nèi)各組段地層巖性特征由老至新有二疊系中統(tǒng)茅口組，二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M，三疊系下統(tǒng)茅草鋪組、夜郎組，第四系。區(qū)內(nèi)大部分可采及局部可采煤層為4、5、8、9、13、15號(hào)煤層，共6層，平均可采厚度7.10 m，可采含煤系數(shù)6.02%。

圖1研究區(qū)構(gòu)造綱要圖

Fig.1Structural outline of the studying area

1—三疊系下統(tǒng)；2—三疊系中統(tǒng)；3—二疊系中統(tǒng)；4—背斜；5—地質(zhì)界線；6—性質(zhì)不明斷層；7—石炭系中統(tǒng)；8—石炭系上統(tǒng)；

9—二疊系下統(tǒng)；10—向斜；11—公路；12—勘探線及編號(hào)；13—侏羅系上統(tǒng)；14—侏羅系中統(tǒng)；15—侏羅系下統(tǒng)；16—河流；17—礦區(qū)范圍

1.3煤的物理性質(zhì)和煤巖特征

研究區(qū)各可采煤層煤巖組分多以鏡煤、亮煤為主，夾少量暗煤和絲炭，煤巖類型主要為半亮型煤，少量半暗-半亮型煤和光亮-半亮型煤。內(nèi)生裂隙和外生裂隙較發(fā)育，充填方解石、黃鐵礦及鈣質(zhì)薄膜；方解石以薄膜狀、脈狀，黃鐵礦以微粒狀、球粒狀、細(xì)粒狀為主，少有結(jié)核狀、星點(diǎn)狀、蜂窩狀。煤的破壞類型多屬Ⅲ類以上。

2煤層氣注入/壓降試井施工實(shí)例與數(shù)據(jù)分析

選取研究區(qū)內(nèi)26-4參數(shù)井煤層氣參數(shù)井注入/壓降試井測(cè)試特征的曲線進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)參數(shù)建立模型，采用Saphir軟件對(duì)試井測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析，對(duì)一些特征鮮明的試井曲線進(jìn)行相關(guān)試井分析解釋，回歸儲(chǔ)層真實(shí)狀態(tài)，探索煤儲(chǔ)層特性。

2.1測(cè)試層段數(shù)據(jù)

表1　測(cè)試煤層基本數(shù)據(jù)

2.2施工過程

2011年11月4日至11月15日利用常規(guī)MFE測(cè)試工具對(duì)26-4井的4#、8#、13#三層測(cè)試煤層進(jìn)行注入/壓降試井測(cè)試工作，井下工具選用加拿大進(jìn)口的DDI電子壓力計(jì)。測(cè)試主要包括三個(gè)過程：微破裂實(shí)驗(yàn)、注入/壓降試井和關(guān)井，施工參數(shù)見表2。

表2　4#煤層成果數(shù)據(jù)表

2.2測(cè)試分析

測(cè)試目的層4#、8#、13#煤層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M煤層，揭露煤層頂?shù)装搴筮M(jìn)行注入/壓降試井。從測(cè)試壓力歷史曲線反映，本次施工正常，整個(gè)施工過程封隔器座封良好，開關(guān)井成功，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的，取得了合格的壓力、溫度資料(圖2、13、16、17)。

2.2.14#煤層

從實(shí)測(cè)壓力溫度曲線圖(圖2)看出，注入段壓力瞬間升高和降低，波動(dòng)明顯，并非煤層破裂導(dǎo)致的壓力瞬變，這是由于柴油機(jī)泵注系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的。

圖2　4#煤層注入/壓降試井壓力、溫度實(shí)測(cè)曲線圖

(1)微破裂測(cè)試

注入/壓降測(cè)試前先對(duì)其進(jìn)行一次微破裂測(cè)試，注入流體為清水，水的粘度值選擇為0.99 MPa.S，實(shí)測(cè)壓力曲線見圖3。前部壓力上升段為注入階段，注入時(shí)間2 min，注入體積0.125 m3，地面觀測(cè)破裂壓力為6.6 MPa，后部壓力下降階段為關(guān)井階段，關(guān)井20 min。從后期資料分析，破裂壓力點(diǎn)明顯，破裂壓力Pb為10.88MPa。圖4為微破裂測(cè)試閉合壓力分析曲線，求取閉合壓力Pc為8.61 MPa。選取最大注入壓力為6.5 MPa。

圖3　微破實(shí)測(cè)壓力曲線

圖4　微破閉合壓力分析曲線

(2)試井解釋

從壓力數(shù)據(jù)結(jié)合溫度數(shù)據(jù)看，自關(guān)井時(shí)刻至其后約1.7 h，壓力下降較緩慢，然后出現(xiàn)小的波動(dòng)(圖5)，分析認(rèn)為這可能與地層(煤層)具有較強(qiáng)的塑性且地層滲透性較差有關(guān)，即在較高的注水壓力下，煤層孔隙(裂隙)被一定程度地?fù)伍_(地層并未達(dá)到破裂)；當(dāng)壓力消失后，煤層中孔隙(裂隙)收縮，流體“回吐”補(bǔ)充井筒中壓力的下降，從而使得井筒壓力下降變得緩慢(正?；蛉鐖D中虛線形態(tài))。從雙對(duì)數(shù)曲線及半對(duì)數(shù)早期呈現(xiàn)出變井筒儲(chǔ)集[5](井筒儲(chǔ)存變大)特征分析(圖6、圖7、圖8)，也可以說明這一點(diǎn)。盡管如此，因這段時(shí)間較短(從“關(guān)井”到1.7 h)，對(duì)后期曲線特征分析和參數(shù)計(jì)算影響不大。另外，原地應(yīng)力測(cè)試的幾個(gè)循環(huán)中，關(guān)井后的井底壓力都有一段時(shí)間回升(比注入/壓降測(cè)試時(shí)的壓力波動(dòng)時(shí)間長(zhǎng))，這說明地層流體“回吐”存在影響，此時(shí)由于地層破裂后再閉合且破裂前的瞬時(shí)排量大，使得“回吐”現(xiàn)象更強(qiáng)烈。

圖5　實(shí)測(cè)曲線壓降早期局部放大曲線圖

圖6　26-4井4#煤層原始數(shù)據(jù)雙對(duì)數(shù)曲線圖

圖7　26-4井4#煤層原始數(shù)據(jù)霍納曲線圖

圖8　26-4井4#煤層半對(duì)數(shù)曲線圖

本層壓降曲線(霍納曲線和雙對(duì)數(shù)曲線)中期，半對(duì)數(shù)直線段和雙對(duì)數(shù)曲線水平段特征明顯，表明該段已進(jìn)入無限作用的徑向流動(dòng)階段，且反應(yīng)均質(zhì)地層特征；從雙對(duì)數(shù)曲線的開口較大，疊加函數(shù)曲線(或霍納曲線)呈“廠”字形的形態(tài)看，本井本層存在一定的污染。壓降曲線后期(關(guān)井約7 h后)，疊加函數(shù)曲線(或霍納曲線)斜率發(fā)生變化，導(dǎo)數(shù)曲線上翹，并非反映某種邊界，而是由于微破裂測(cè)試時(shí)的煤層破裂的裂縫造成的。

從雙對(duì)數(shù)及半對(duì)數(shù)圖形分析，壓降曲線后期(關(guān)井約7 h后)，半對(duì)數(shù)曲線斜率發(fā)生變化，雙對(duì)數(shù)上翹，邊界反映，實(shí)際情況非邊界造成。短期內(nèi)雙對(duì)數(shù)曲線多次交叉，半對(duì)數(shù)曲線斜率多次變化，故分析避開污染及井筒干擾及注水時(shí)間的影響，避開異常點(diǎn)，得出地層特征曲線(圖9、圖10)

通過對(duì)關(guān)井壓降曲線雙對(duì)數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線圖形特征(圖6)診斷分析，初期雙對(duì)數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線井筒儲(chǔ)集階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，雙對(duì)數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線沿斜率約1上升，約3.6個(gè)對(duì)數(shù)周期，表明煤巖層滲透性很差；在導(dǎo)數(shù)曲線后期明顯徑向流段，在探測(cè)范圍內(nèi)儲(chǔ)層呈徑向復(fù)合地層特征；從疊加函數(shù)曲線(或霍納曲線)圖(圖7)可看出，與雙對(duì)數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線(圖6)，說明選用的井筒儲(chǔ)集效應(yīng)+表皮效應(yīng)+徑向復(fù)合的模型合理，反映一致呈現(xiàn)徑向復(fù)合地層地層特征，整個(gè)曲線形態(tài)反應(yīng)煤巖層為低滲透特征。

圖9　關(guān)井壓降雙對(duì)數(shù)擬合曲線圖

圖10　關(guān)井壓降霍納曲線圖

針對(duì)煤巖層特性，試井解釋中選用具有井筒儲(chǔ)集效應(yīng)+表皮效應(yīng)+徑向復(fù)合井的模型通過現(xiàn)代試井理論擬合(圖9、圖10)分析，取得了分析成果：滲透率為0.090 7×10-3μm2、地層系數(shù)為0.098 0×10-3μm2·m、流動(dòng)系數(shù)為0.092 6×10-3μm2·m/MPa.s。本次試井解釋結(jié)果說明，煤層滲透性很差，屬于低滲透性儲(chǔ)層，注入量很低(平均注入量0.10 L/min)也說明了此特征；井筒儲(chǔ)集系數(shù)0.171 3×10-3m3/MPa，井筒儲(chǔ)集系數(shù)很小，說明采用井下關(guān)井方式工藝合理，有效降低了井筒儲(chǔ)集效應(yīng)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析的影響；表皮系數(shù)為-2.83，表明井筒附近煤巖層完善程度較好。4#煤層試井解釋成果數(shù)據(jù)見表3。

表3　4#煤層成果數(shù)據(jù)表

(3)壓力、溫度分析

通過對(duì)關(guān)井壓降測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，地層中部壓力(中部深度435.10 m)3.79 MPa、煤巖層壓力系數(shù)0.888 9，從壓力系數(shù)分析本層屬低壓力系統(tǒng)儲(chǔ)層，取得儲(chǔ)層溫度18.38℃。通過微破裂測(cè)試獲得煤層破裂壓力10.88 MPa(圖3)、煤層破裂壓力梯度0.025 36 MPa/m；煤層閉合壓力8.61 MPa(圖4)、煤層閉合壓力梯度0.020 07 MPa/m。

表4　4#煤層原地應(yīng)力測(cè)試取得破裂壓力、閉合壓力數(shù)據(jù)表

(4)分析結(jié)論及建議

本次試井測(cè)試所解釋的井筒附近滲透率為0.090 7×10-3μm2，表明煤巖層滲透性很差屬于低滲透性儲(chǔ)層、導(dǎo)流能力一般，流動(dòng)系數(shù)為0.092 6×10-3μm2·m/MPa·s。在試井過程中，儲(chǔ)層滲透率受煤層有效厚度、流體水粘度控制極為顯著；孔隙度和綜合壓縮系數(shù)對(duì)除儲(chǔ)層滲透率以外其它儲(chǔ)層參數(shù)的控制作用較為明顯；流體地層體積系數(shù)在實(shí)際工作中可以忽略。

通過對(duì)關(guān)井壓降測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，地層中部壓力3.79 MPa、煤巖層壓力系數(shù)0.888 9，從壓力系數(shù)分析本層屬于低壓系統(tǒng)。地應(yīng)力測(cè)試獲得煤層破裂壓力梯度、煤層閉合壓力梯度均屬于較高破裂梯度和閉合梯度。

2.2.28#煤層

圖11　8#層注入/壓降實(shí)測(cè)歷史曲線圖

(2)試井分析

本層壓降曲線(壓力-時(shí)間曲線)成直角下降后一直走平(圖11)，主要原因?yàn)楸緦訚B透性較好，壓力穩(wěn)定較快。

結(jié)合試井解釋過程中的雙對(duì)數(shù)曲線及壓降階段疊加函數(shù)曲線圖對(duì)本次試井進(jìn)行曲線特征分析：

本層壓降曲線(雙對(duì)數(shù)曲線)早期為井筒儲(chǔ)集、表皮效應(yīng)及過渡段結(jié)束后，壓力導(dǎo)數(shù)曲線下掉后再上翹形成一個(gè)“凹”字，分析認(rèn)為這也與“回吐”現(xiàn)象有關(guān)(圖12)，與4#煤層不同的是，本煤層測(cè)試時(shí)回吐發(fā)生時(shí)間相對(duì)較晚(相對(duì)于壓力變化的過程)，時(shí)間短。從實(shí)測(cè)曲線上看，壓降階段中期壓力略微上升，持續(xù)2-3 h后下降。在疊加函數(shù)曲線(或霍納曲線)上的形態(tài)為曲線扁平緩(圖13)。

圖12　8#層壓降階段雙對(duì)數(shù)壓力及壓力

圖13　8#煤層半對(duì)數(shù)曲線圖

中期半對(duì)數(shù)直線段和雙對(duì)數(shù)曲線水平段特征明顯，表明該段已進(jìn)入無限導(dǎo)流作用的徑向流動(dòng)階段，且反映均質(zhì)地層特征；從雙對(duì)數(shù)壓力曲線的開口較大，半對(duì)數(shù)曲線呈“廠”字形的形態(tài)看，本井本層存在一定的污染。壓降曲線后期(關(guān)井約8 h后)，半對(duì)數(shù)曲線斜率發(fā)生變化，雙對(duì)數(shù)壓力導(dǎo)數(shù)曲線上翹，并非反映某種邊界，而是由于微破裂測(cè)試時(shí)的煤層破裂的裂縫造成的。由于注入階段注入量不穩(wěn)，而地層滲透性較好，使得本層測(cè)試曲線中后期數(shù)據(jù)點(diǎn)比較散亂(圖12)。

2.2.313#煤層

圖14　13#煤層注入/壓降實(shí)測(cè)歷史曲線圖

圖15　13#層壓降早期局部放大曲線圖

(2)試井分析

結(jié)合13#煤層的雙對(duì)數(shù)壓力及壓力導(dǎo)數(shù)曲線(圖16)和壓降階段疊加函數(shù)曲線(圖17)進(jìn)行試井分析和解釋，本層壓降曲線(雙對(duì)數(shù)曲線)早期為井筒儲(chǔ)集、表皮效應(yīng)及過渡段結(jié)束后，導(dǎo)數(shù)曲線由于“回吐”現(xiàn)象而形成一個(gè)“凹”字，并掩蓋了徑向流動(dòng)階段。然后導(dǎo)數(shù)曲線上翹，分析認(rèn)為是地層滲透性變差所致(也可能為由于鉆井過程使得井附近地層的縫隙連通更好，滲透性變好)。

圖16　13#層壓降壓力及壓力導(dǎo)數(shù)診斷曲線圖

圖17　13#層壓降階段疊加函數(shù)曲線圖

3結(jié)論

(1)從實(shí)測(cè)壓力溫度曲線圖看出，注入段壓力瞬間升高和降低，波動(dòng)明顯，這并非煤層破裂導(dǎo)致的壓力瞬變，是由于柴油機(jī)泵注系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的。

(2)使用saphir軟件，井的模型選用具有井筒儲(chǔ)集效應(yīng)+表皮效應(yīng)的模型，針對(duì)煤巖層特性，儲(chǔ)層模型選用徑向復(fù)合模型。雙對(duì)數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線井筒儲(chǔ)集階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，煤巖層滲透性很差；在導(dǎo)數(shù)曲線中后期明顯徑向流段；疊加函數(shù)曲線(或霍納曲線)與雙對(duì)數(shù)-導(dǎo)數(shù)曲線反映一致，說明選用的井筒儲(chǔ)集效應(yīng)+表皮效應(yīng)+徑向復(fù)合的模型合理，呈現(xiàn)徑向復(fù)合地層地層特征，整個(gè)曲線形態(tài)反應(yīng)煤巖層為低滲透特征。

(3)從壓力、溫度實(shí)測(cè)曲線壓降段分析，壓降曲線下降緩慢，然后出現(xiàn)小的波動(dòng)，出現(xiàn)“回吐”現(xiàn)象，分析認(rèn)為這可能與地層(煤層)具有較強(qiáng)的塑性且地層滲透性較差有關(guān)。

(4)從雙對(duì)數(shù)曲線的開口較大，半對(duì)數(shù)曲線呈“廠”字形的形態(tài)看，本井煤層存在一定程度的污染。

(5)半對(duì)數(shù)曲線斜率發(fā)生變化，導(dǎo)數(shù)曲線上翹，并非反應(yīng)某種邊界，而是由于超過注水時(shí)間造成的。

(6)在試井過程中，儲(chǔ)層滲透率受煤層有效厚度、流體水粘度控制極為顯著；孔隙度和綜合壓縮系數(shù)對(duì)除儲(chǔ)層滲透率以外其它儲(chǔ)層參數(shù)的控制作用較為明顯；流體地層體積系數(shù)在實(shí)際工作中可以忽略。

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Well Curve Analyses of Renhe Exploration Zone of Anluo Coal Mine in Jinsha，Guizhou

CEN Ming-feng，HUANG Pei，REN Ping

(113 Geological Party，Coal Mine Exploration of Guizhou Province，Guiyang 550081，Guizhou，China)

[Abstract]In this paper，Renhe exploration Zone of Anluo coal mine is taken as the research area，on the basis of exploration information，field sample test and laboratory test，by injection/pressure-drop test，explained relative well test by Saphir software，choose the model of well bore accumulation effect，skin effect and radial composite well，simulated coal seam 4#，8# and 13# of 26-4 pore，the basic stratum features are also studied. It shows：the pressure fluctuated wildly in the early injection stage，regurgitation appeared in the pressure-drop stage，it’s thought to be concerned with strong plasticity of stratum and weak permeability. Because of the big opening of double logarithmic curve and the shape of semi logarithmic curve，there are some pollution in this coal seam. The variation of semi logarithmic curve and derivative is not reflection of some boundary but caused by overtime water injection. During the well test，it’s obvious that the seam permeability is controlled by effective thickness and fluid viscosity，the control of porosity and comprehensible compression ratio for other seam is also obvious，vohlme ratio of fluid statum can be ignored in the active work.

[Key words]Coal-bed gas；Stratum characteristics；Injection/pressure drop；Well test curve

[收稿日期]2015-12-01

[作者簡(jiǎn)介]岑明峰(1984—)，男，工程碩士學(xué)位，工程師，長(zhǎng)期從事煤層氣試井工作。