淺埋煤層氣低低壓滲流測試管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)

淺埋煤層氣低低壓滲流測試管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)

0地質(zhì)及地質(zhì)條件沙爾湖構(gòu)造位于圖漢盆地東南部的海拔高架上，被克林泉高架和南湖海拔高度分為獨(dú)立沉降?？碧矫娣e900km2,其中主力煤層含煤面積420km2,煤層氣地質(zhì)資源量達(dá)到1880×108m3,屬盆地以高煤階為主的淺埋煤層氣資源。區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單,斷層稀少。煤層埋藏較淺,層薄,分布在10～170m,最薄層只有3m,埋藏深度480～1180m。煤層大多裂縫發(fā)育較好,滲透性和傳導(dǎo)能力較差。所鉆幾口探井在鉆遇煤層時都發(fā)生了大量漏失,漏失量達(dá)到800～1200m3,漏失速度達(dá)到3m3min以上。由于煤層漏失嚴(yán)重且壓力傳導(dǎo)情況復(fù)雜,造成了煤層氣注入壓降測試成功率低,難以測取用于評價煤層氣儲層的壓降資料。1管柱的討論空間(1)由于漏失嚴(yán)重,小排量微注入壓降測試時注入液全部漏失無法測取壓降資料及煤層的物性參數(shù);(2)常規(guī)測試管柱的封隔器需要加壓坐封,由于測試層段淺,管柱重量不夠,易造成封隔器坐不住、封不嚴(yán),導(dǎo)致測試失敗;(3)常規(guī)測試工具通徑小且與油管通徑不一致,大排量注入時由于摩阻和節(jié)流作用產(chǎn)生的注入假象壓力,容易造成測取的煤層特性參數(shù)資料失真;(4)低壓、低滲、漏失嚴(yán)重的煤層,由于滲流、導(dǎo)壓能力差,正常的關(guān)井時間內(nèi)無法測到穩(wěn)定的壓降資料。2應(yīng)力破裂率的設(shè)計(jì)測試設(shè)計(jì)是正確指導(dǎo)測試施工的依據(jù),注入壓降測試設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的參數(shù)是坐封位置、測試時間、注入排量和壓力。為了降低應(yīng)力敏感對滲透率的影響,盡可能低壓注入,最大注入壓力應(yīng)盡量低于破裂壓力,設(shè)計(jì)時不超過破裂壓力的75%。一般參考鄰井應(yīng)力測試資料、鉆井資料、測井資料和壓裂資料來設(shè)計(jì)破裂壓力。滲透率值最好進(jìn)行DST常規(guī)測試或段塞流試井先行求取,一般取最小值設(shè)計(jì)。2.1砂巖或泥巖夾層綜合鉆井、測井資料和測試要求,坐封位置一般設(shè)計(jì)選擇在合適的砂巖或泥巖夾層,盡可能接近煤層。坐封段井眼規(guī)則、無垂直串通裂縫,以避免封隔器坐不住、坐不嚴(yán)或上下串通,影響測試資料的品質(zhì)甚至造成測試作業(yè)失敗。2.2測試時間設(shè)計(jì)測試時間包括注入時間和關(guān)井時間,注入時間依據(jù)煤層滲透率并參考井筒儲集時間選擇2.2.1計(jì)算井儲存時間2.2.2分析方法的一般規(guī)律(1)根據(jù)雙對數(shù)法則選擇:為了充分獲取測試數(shù)據(jù),須使注入時間超過井筒控制期足夠長。在半對數(shù)分析方法中,經(jīng)驗(yàn)法則是:直線段開始的時間是在雙對數(shù)曲線圖上數(shù)據(jù)偏離單位斜率直線時間后的1.5個對數(shù)周期。因此要獲得13～12對數(shù)周期的直線段,注入時間就要達(dá)到井儲結(jié)束時間的三倍以上,即:(2)根據(jù)設(shè)計(jì)測試半徑選擇:計(jì)算達(dá)到設(shè)計(jì)測試半徑所需的最優(yōu)注入時間可由式(3)求得:2.2.3縮短注入時間和關(guān)井時間從理論上講,要獲得最有代表性的參數(shù),需使恒量注入的時間盡可能地長。但從經(jīng)濟(jì)和井筒安全角度來考慮,應(yīng)盡量縮短注入時間和關(guān)井時間。一般注入時間只要大于12h,關(guān)井時間達(dá)到24h,就可以獲得較為可靠的資料。對于沙爾湖構(gòu)造滲透性差、導(dǎo)流能力差的淺埋煤層氣藏,為確保測得足夠的儲層數(shù)據(jù),必須要延長測試時間,尤其是關(guān)井時間最短不能低于注入時間的6倍,一般取6～10倍。特殊情況可適當(dāng)延長,但以確保井筒安全為前提。即:2.3鄰井、鉆井、壓裂計(jì)算設(shè)計(jì)原則是盡量低于煤層破裂壓力,一般不超過破裂壓力的75%。可參考鄰井、鉆井、壓裂等資料進(jìn)行設(shè)計(jì)?；蛘咴O(shè)計(jì)測試中先進(jìn)行小排量微破裂注入,獲取儲層的破裂壓力作為最大注入壓力設(shè)計(jì)的依據(jù)?？捎墒?5)計(jì)算:2.4密度地層壓縮系數(shù)法注入排量的設(shè)計(jì)原則為:確定最低注入排量時應(yīng)保證在煤層中有明顯的壓力應(yīng)變,以滿足電子壓力計(jì)測量要求;確定最大注入排量時,應(yīng)確保既要大于煤層漏失量,又要控制注入時間內(nèi)的注入壓力在煤層破裂壓力以內(nèi)。最大注入排量可由式(6)求得:式中:tinj———注入時間,h;twbs———井儲結(jié)束時間,h;twf———關(guān)井時間,h;CS———井筒儲集系數(shù),m3/MPa;φ———煤層孔隙度,無因次;μ———注入流體粘度,mPa·s;Ct—地層綜合壓縮系數(shù),MPa-1;ri———設(shè)計(jì)測試半徑,m;h———煤層厚度,m;K———煤層滲透率,μm2;Pmax———地面允許的最大注入壓力,MPa;σmin———煤層最小主應(yīng)力,MPa/m;H———煤層中部深度,m;ρw———注入流體密度,g/cm3;Pb———煤層破裂壓力,MPa;Pi———原始地層壓力,MPa;S———表皮系數(shù),無因次;rw———井筒半徑,m;B———流體體積系數(shù),無因次;qinj———最大注入排量,m3/h。3優(yōu)化設(shè)計(jì)和測試流程3.1后續(xù)下大排量注入法(1)自然注入法:以較小的排量向煤層注入單項(xiàng)液,然后關(guān)井測壓降,優(yōu)點(diǎn)是可以求得煤層的微破裂壓力,為后續(xù)低于破裂壓力大排量注入提供設(shè)計(jì)依據(jù)。(2)大排量注入法:以較大排量(注入壓力須小于煤層破裂壓力)向煤層注入單項(xiàng)液,后關(guān)井測壓降,一般不單獨(dú)采用。(3)自然注入法+大排量注入法:兩種注入方式分段交替進(jìn)行,主要是為對沙爾湖構(gòu)造淺埋煤層氣藏井況比較復(fù)雜、測試前漏失比較嚴(yán)重的煤層測試設(shè)計(jì)。3.2靜接合閥的調(diào)節(jié)主要設(shè)備:儲水罐、0～360Lh可調(diào)節(jié)注水泵、大排量撬裝泵、流量計(jì)、節(jié)流閥、單流閥、球閥、壓力傳感器、地面管匯流程等。在測試中用注入泵將流體通過節(jié)流閥以穩(wěn)定流量注入井內(nèi)(見圖1)。配備大排量撬裝泵配合大排量注入工藝,壓力傳感器監(jiān)測注入系統(tǒng)的壓力變化。3.3p-t封隔器LPR-N閥是新型由壓力控制進(jìn)行開關(guān)井的測試閥,只需在環(huán)空加壓、泄壓即可實(shí)現(xiàn)不動管柱多次開關(guān)井作業(yè)。LPR-N閥、RD循環(huán)閥、電子壓力計(jì)托筒和P-T封隔器皆為大通徑工具,可確保測試中低摩阻、大排量注入,最大限度降低摩阻、節(jié)流和嚴(yán)重漏失的影響。P-T封隔器依靠打壓坐封、上提解封,不受管柱重量的影響,可在最接近煤層的位置坐封。經(jīng)過優(yōu)化配置后,測試管柱組合見圖2。4淺埋煤地層沉積相沙試1、沙試2井是吐哈盆地了墩隆起沙爾湖構(gòu)造帶上的2口預(yù)探井,層位:J2x。沙試1井測試層段為490.0～600.0m,沙試2井測試層段為:628.60～820.08m,為典型的淺埋煤層氣藏。兩口井在鉆井過程中漏失嚴(yán)重。根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果,選配大通徑LPR-N測試閥+RD循環(huán)閥+P-T封隔器測試工具組合進(jìn)行自然注入法+大排量注入法測試,降低注入流體摩阻和管柱節(jié)流影響,提高注入效率。4.1測試管柱組合4.2次關(guān)井測壓降效果(1)測試過程:第一階段,采用自然注入液面自然降落法。注入時間52min,因地層漏失嚴(yán)重?zé)o法灌滿油管。第二階段,采用大排量注入壓降測試法。用地面撬裝泵大排量注入:泵壓1.5MPa,排量500L/min,注入時間34min。由于煤層吸水好,注入時間較短,選擇關(guān)井測壓降345min,達(dá)到開井注入時間的10倍。第三階段,繼續(xù)用地面泵增大排量注入:泵壓5MPa,排量1200L/min,注入時間35min。由于第二階段壓力擴(kuò)散不正常,選擇延長關(guān)井測壓降時間至1506min,達(dá)到了開井注入時間的43倍。(2)資料分析評價:從實(shí)測壓力曲線看,第一次關(guān)井測壓降時,因流道不暢通,壓力擴(kuò)散不正常;第二次關(guān)井測壓降正常,曲線光滑,反映了真實(shí)的壓力擴(kuò)散過程(見圖3)。從雙對數(shù)曲線看,早期續(xù)流段數(shù)據(jù)較少,過渡段峰值不高,說明表皮系數(shù)不大;導(dǎo)數(shù)曲線進(jìn)入中期徑向流之后不久就開始緩慢上翹,說明平面上存在一定非均質(zhì)性;后段導(dǎo)數(shù)曲線急劇上翹與雙對數(shù)曲線相交叉,分析原因是煤層處于破碎帶上,井筒附近裂縫較發(fā)育,但距井較遠(yuǎn)處縫洞連通性變差或尖滅。從壓降半對數(shù)曲線擬合檢驗(yàn)圖看實(shí)測曲線與典型曲線擬合比較好,說明測試結(jié)果真實(shí)可靠(見圖4)。儲層參數(shù):壓力P:4.27MPa,溫度T:25.57℃,壓力梯度:0.784MPa100m,表皮系數(shù)S:-1.72,滲透率K:179.5mD。(3)測試結(jié)果評價:通過兩次關(guān)井測壓降,獲得了儲層壓力、產(chǎn)量、滲透率等參數(shù)。井筒儲集系數(shù)C值為0.41m3/MPa,遠(yuǎn)超過正常井筒儲集系數(shù)(C<0.01m3/MPa)取值范圍,說明與井筒連通的測試層有較大的縫或洞。儲層處于一個較大的破碎帶上,基質(zhì)致密,存在輕度污染,在平面上存在一定的非均質(zhì)性。儲集空間為大的洞、孔、縫,滲流通道為裂縫。從儲層壓力和梯度值看,為一欠壓儲層,這與其它地區(qū)煤層壓力系統(tǒng)普遍較低的特點(diǎn)相一致。4.3開井注入測試結(jié)果(1)測試過程:第一階段,采用自然注入液面自然降落法。注入時間120min,排量為120L/min,之后關(guān)井測壓降360min。第二階段,采用大排量注入/關(guān)井測壓降法。用地面撬裝泵大排量注入:泵壓3MPa,注入時間30min,排量800L/min。由于煤層吸水好,注入時間短,選擇關(guān)井測壓降時間300min,達(dá)到開井注入時間的10倍。(2)資料分析評價:第一次和第二次關(guān)井測壓降,壓力均擴(kuò)散正常,關(guān)井測得壓降曲線平滑,反映了真實(shí)的壓力擴(kuò)散過程(見圖5)。一關(guān)井壓降雙對數(shù)及壓力導(dǎo)數(shù)曲線中,經(jīng)過短暫的井筒儲集效應(yīng)后,雙對數(shù)及壓力導(dǎo)數(shù)曲線呈1/2斜率(即:裂縫線性流)平行上升,之后進(jìn)入徑向流。說明地層裂隙發(fā)育,但是傳導(dǎo)性較差,分析為基巖巖性致密所致。儲層參數(shù):壓力P:5.985MPa,溫度T:27.321℃,壓力梯度為0.800MPa/100m,表皮系數(shù)S:-0.1,滲透率K:3.94mD。(3)測試結(jié)果評價:通過注入測試,取得了儲層產(chǎn)量、溫度、壓力等參數(shù)。表明儲層具有一定的導(dǎo)流能力,且顯示出雙孔特征,表現(xiàn)出非均質(zhì)性,符合煤層氣儲層特征。5測壓降時間選擇通過關(guān)鍵測試參數(shù)設(shè)計(jì)和測試工藝優(yōu)化設(shè)計(jì),改進(jìn)了注入壓降測試方法,解決了沙爾湖構(gòu)造淺埋煤層氣儲層用常規(guī)測試方法難以測取正常壓力恢復(fù)資料的難題。與常規(guī)注入/壓降測試方法相比,改進(jìn)后的注入/壓降測試方法注入排量高、摩阻和節(jié)流效應(yīng)小、坐封可靠,應(yīng)用壓力控制LPR-N閥在井下開關(guān)井更容易操作并縮短了測試時間,提高了測試成功率