煤層氣含量測試中有關損失氣量的誤差分析

武劍

摘 要：煤層氣含量是評價煤層氣富集程度的一個重要參數，是計算煤層氣資源量、產能預測和儲層模擬的重要儲層參數[1]，由于損失氣是煤層氣含量計算中誤差較大的部分，因此煤層氣損失氣的準確計算對于煤層氣含氣量的確定，煤層氣有利區塊的選擇具有重要意義。目前，關于煤層氣損失量的計算主要是基于美國礦業局直接法（USBM）的GB/T 28753-2012規范。通過對煤層氣損失量的影響因素分析，修正損失時間和損失氣的初始時刻，通過對貴州盤縣煤層氣參數井樣品實例分析，驗證修正方法減少損失量計算誤差影響的可行性。

關鍵詞：煤層氣 損失氣 誤差影響

中圖分類號：TD84 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（b）-0224-02

GB/T 28753-2012用于煤層氣勘探鉆井中獲取的煙煤和無煙煤煤心樣品的煤層氣含量測定，由于操作方法簡單、測定精度較高，是現行地勘期間煤層氣含量測定的重要指導，損失氣的計算一般采用USBM直接法，根據解吸初期解吸量與時間平方根成正比，通過標準狀態下累計解吸氣量為縱坐標，以損失氣時間與解吸時間和的平方根為橫坐標，將最初30 min測定的有效數據點外推至零時起點，與縱坐標負軸的截距即為損失氣量。影響損失量計算的主要因素有解吸溫度、損失時間，這些關鍵因素的誤差甚至錯誤將直接影響煤層氣含量測定數據的準確性。

1 主要損失因素分析

1.1 解吸溫度的影響

解析罐中的煤心在水浴中不能立刻恢復到儲層溫度，開始提鉆時，煤心溫度為儲層溫度，提鉆過程中煤心溫度不斷降低，到達井口時很快恢復到周圍環境溫度。當儲層溫度和環境溫度不一致時，根據熱力學原理，煤心溫度不能在短時間達到熱量平衡，因此計算損失氣時，前幾個測點不能準確的反應煤心的解吸規律，儲層溫度和周圍環境溫度溫差越大，損失氣計算產生的誤差也就越大[2]。例如冬季在貴州盤縣地區進行現場解吸，環境溫度和儲層溫度的溫差達到20 ℃以上。在計算損失氣時，按最初的測點計算，會造成損失氣結果偏小。由圖1直線A可知，只用解吸初期數據回歸（6個點），算的損失氣為0.368 L，直線B采用穩定后的數據回歸（6個點），算的損失氣為0.592 L，兩者相差較大，即計算得出的煤層氣損失量

要小于實際損失量。采用接近煤層儲層溫度的測點回歸分析，得出的結果更接近實際損失量。

1.2 初始時刻的修訂

GB/T 28753-2012規范中損失氣時間與鉆井循環介質有關，當鉆井液為空氣或泡沫時，鉆遇煤層時間為零時間；當鉆井液為清水和泥漿時，取芯筒提升至地面一半的時間作為零起點。但使用的清水或泥漿密度較小時，取芯筒未到井深一半時就開始解吸，最終估算的損失氣含量小于實際損失量。煤層氣現場解析過程按照時間劃分為提升取芯筒、地面暴露和水浴加熱3個階段，鉆井循環介質壓力和煤芯壓力是隨著這3個過程變化的。假設取芯筒為勻速提升，鉆井循環介質在煤芯提升過程中線性遞減，開始提鉆時的鉆井循環介質壓力大于煤芯壓力；當與鉆井液循環介質壓力平衡時，煤芯開始解吸，即是損失氣時間計算的零時刻。合理的確定零時刻位置，可以有效的減小損失氣含量估算誤差[3]。

式中：t1為取芯時間，min；t2為取芯過程的損失時間，min；h1為煤芯埋深，m；h2為壓力平衡時刻深度，m；ρ1為地層水密度，kg/m3；ρ2為鉆井循環介質密度，kg/m3；s為地層壓力系數。例如在計算損失氣時間時，按照公式（1）計算，鉆井循環介質密度為1.15 kg/m3，地層壓力系數為0.9，地層水密度為1.04 kg/m3，計算提芯損失時間為12.3 min，大于USBM法損失時間，計算的損失氣大于USBM法損失氣含量（如圖2）。

2 損失氣計算實例分析

貴州盤縣地區具有較大的煤層氣勘探潛力。對該區參數井煤樣品進行現場解吸的基礎上，利用修正的USBM法對損失氣進行估量。盤縣煤層氣參數井，按照USBM法計算損失時間為8 min，利用修正的損失時間為12.3 min，去掉解吸初期影響較大的、未到到煤層儲層溫度的數據點，用穩定的測點進行回歸計算，得出的損失量為1.19 L，接近實際損失氣量。

3 結語

（1）初始時刻的確定受地層水密度、鉆井循環介質類型和地層壓力系數影響，合理的確定初始時刻，可以有效的減少損失量計算誤差。

（2）溫度對煤芯解吸影響較大，應快速加熱使煤芯樣本溫度提升到儲層溫度，并嚴格控制水浴加熱過程中的溫度。對于采用USBM法計算煤層氣損失量，應采用穩定的數據點進行分析，從而得到較為準確的煤層氣含量。

（3）損失氣時間增加或煤芯溫度低于儲層溫度均會導致計算結果偏小。

參考文獻

[1] 孫齊，李陳，李維. 高階煤煤層氣現場含氣量測試影響因素分析[J].油氣藏評價與開發，2011，5（4）：76-80.

[2] 孔慶虎，宋洪柱.煤層氣含量測試技術及測試質量影響因素分析[J].中國煤層氣，2012，9（5）：16-19.

[3] 郝進，姜振學，邢金艷，等.一種改進的頁巖氣損失氣含量估算方法[J].現代地質，2015，29（6）：1475-1482.