淺談煤層氣試井分析方法

摘 要：本文將首先介紹煤氣層的特點，以及煤氣層試井與其他試井的區別，并以煤氣層的特點為出發點，來幫助理解煤氣層的特殊性，試井的難點以及使用各種方法的依據。接著將概括性的介紹目前常見的試井方法有哪些，其優劣性如何，并詳細介紹目前適用范圍最廣泛的注入降壓試井分析方法，以及筆者在使用該方法的實踐中所總結出來的一些經驗。

關鍵詞：煤氣層；試井；分析方法

前言：能源對于現代社會是至關重要的，以煤炭作為主要能源的粗獷式能源供應模式已經無法適應越來越高的生態保護要求，調整能源結構，提高清潔能源的結構占比已經成為當前社會亟需解決的問題，煤層氣是一種清潔能源，具有巨大的儲量與開發價值，分析煤層氣試井的測試結果，不僅可以為選擇開采煤層氣的方法提供數據支持，同時還可以通過對煤層氣的分析來了解煤儲層的結構，因此，煤層氣試井分析方法逐漸被提上了研究的日程。

1.煤氣層的分析及影響試井質量的因素

1.1煤氣層的特征

首先要介紹煤氣的儲存結構特征。煤儲層既儲存著煤層氣，又包含煤層氣的源頭。煤儲層的空隙大小差異巨大，有的空隙可以通過很大的分子團，有的卻連單個小分子也無法通過。但是由于煤儲層的空隙網絡十分豐富，所以其表面積相當大，可以儲存數量超乎想象的煤層氣。接著要提到氣體與液體共儲的儲存特征。煤巖層分為基質與割理兩部分，甲烷以賦存的方式存在于基質與割理兩部分中，水只存在于割理之中。煤氣層的特殊滲透原理，也是其特征之一。煤氣層的滲透原理與天然氣的滲透原理表面上相似，但是其本質有著巨大的區別。二者的滲透原理在表面上相似，是因為當它們在割理中流動時，有著相同的流動與擴散方式。但甲烷從基質中釋放的過程與天然氣從基質中釋放的過程是不一致的，因而其本質有巨大的差異。由于甲烷滲透原理的特異性，煤巖層從打開到施工結束，需要經歷很長的時間，一般來說將整個施工過程會分為三個階段，試井只會出現在其中的一個階段，與之不同的天然氣試井則會經歷所有的階段。最后，煤氣層還有一個非常重要的特征，就是影響煤儲層煤氣產量的主要因素不是其含量，而是其滲透力，而影響滲透力的是煤儲層空隙網絡的暢通程度。一般來說，煤氣層的暢通程度受兩個因素影響，一個是應力加強導致的滲透力的降低，另一個是儲層壓強導致的氣體游離量的增加，割理半徑的加大，滲透力的增強。這兩個相反的作用中，后者的作用能力更強一些，因而滲透力一般會隨著井深的增加而減少。

1.2煤氣層試井與其他常見試井的區別

煤層氣試井與其他常見試井的區別主要有三點：流體的本質不同；不同階段試井分析方法不同；流體的流動方式不同。流體本質不同的原因是，在深入地下的煤層之中，由于井下的壓力比煤氣所需的最低賦存壓力大，所以煤氣無法單獨存在，而是被壓力壓迫到煤層的基質中。在這種情況下，試井測出的壓力就由煤層中的水單獨提供，而常規氣井測試出的流體壓力卻是空隙中的氣體的壓力。接著是不同階段分析方法的不同，在施工剛開始，煤層中的水會被地面設備抽取，導致煤層的壓力減小，這時的試井只針對水流，得到的數據也主要用于了解地質的屬性與該煤礦的產能大小。在水流排盡之后，就暫無完善安全的方法可以幫助試井了。最后便是流體流動方式的差異，由于煤氣層是雙重空隙的儲存層，煤氣大部分被煤炭中的多孔結構所封存，當開井抽水之后，煤層中的壓力逐漸減小，當壓力低于煤氣的最低賦存壓力后，煤炭空隙中賦存的煤氣就開始游離，開始逐漸向割理中轉移，空隙中的水與氣交織交融，按照達西定律進行流動與滲透，而天然氣不論是從賦存態到游離態，還是游離態的運動，均遵照達西定律。

2.煤氣層試井分析方法

2.1分析方法總論

當今已有大量成熟的煤層氣試井分析方法供我們使用，注入壓降是當前應用最廣泛的方法。這個方法需要在煤層中添加適量的水，接著關閉試井，人為的加大煤層的壓力，以保證試井過程中的單向流通性。如果嚴格按照這個方法的標準去試井，可以得到準確的數據。正是由于注入降壓方法的準確性和操作簡便性，此方法得到了廣泛的應用。除這個方法外，另一個比較普遍的方法是水罐測試法，但是這個方法只有在煤層壓力較低的環境中才能體現出其方法的優越性，比如：在壓力較小時，水罐測試法具有資源需求量低，數據真實性高，施工危險性小等優點，但是如果該煤礦壓力較高，這種方法便會有很大的局限性。因此水罐法不像注入降壓法那樣應用廣泛。除此之外，還有一些使用較少的方法，比如三孔雙滲法，這種方法模型的具體要求比較苛刻，需要煤層符合三孔雙滲的結構特征、為矩形狀的油藏、均質的儲層、真實的自由氣體、不能滲入基質的流動水等條件，因此其適用范圍也不是非常廣泛。所以2.2將主要介紹注入降壓方法。接下來簡單介紹一下試井的設計與裝置的選用，一般來說試井前都需要對井礦資料進行大范圍的調查，來確定合理的試井時間，選擇適當的壓力大小，選擇最優的測試方案。試井裝置根據其所處位置，一般分為地面設備與井下設備，地面設備一般含有絞車和注水泵。井下設備包括井下測試裝置與井下常用工具。

2.2注入降壓分析方法

注入降壓分析方法也并非只有2.1中的優點，它也有一定的局限性，其不足主要是無法對低滲透率煤井進行測試。注入降壓法的注入排量少，因而使用這個方法的時候，要注意以下兩點：第一點是注入流體的選擇，選擇錯誤的流體可能會導致流體與井下物質發生反應，或者流體分子量較大堵塞了煤層的空隙。在施工時，可以選擇煤礦本身儲備的水資源，將其注回到井下。第二點是防止注入壓力過大造成煤層開裂的情況發生，這種原因造成的裂縫通常被認為是自然或井筒自身所形成的，從而導致最終的數據不符合實情。因此我們在決定采用注入降壓方法前，一定要提前設計好我們的試井方案，并選擇準確的儀器。注入降壓試井的實施過程中最重要的數據是注入量以及注入量將形成的壓力值，一般情況下，在試井之前我們不知道煤層開裂的臨界壓力值，所以我們會選用距離所試井最近距離的煤礦井來測試，或者依據可靠的數學公式來推算最小壓力值。注入的用時也是影響試井質量的重要因素，如果時間太短數據出錯的可能性就越大，并且不一定可以得到充足的數據。因此，注入時間應盡可能的延長，得到的數據可以采用半對數方法進行分析。按照經驗，由半對數分析方法得到的試井的注入時間為井儲整個過程所需用時的三倍以上。在注入降壓試井的過程中，還需要注意，無論使用什么液態物質作為鉆井液，在鉆井后都要在最短的時間內試井，來降低試井對煤儲層的破壞，不然試井所獲得的數據就無法準確的反應煤儲層的狀況。因此在施工的過程中，我們普遍在開采了所有的煤心后就立刻開始試井，并選用可以得到最準確數據的井下關井工具進行測試。

3.結語：煤氣層的開發越來越普遍，煤氣在能源結構中所占的比重也越來越來大，因此如何更準確的對煤層氣進行分析也顯得越來越重要，煤層氣試井無疑是當前最可行的方法，因此在近些年，煤層氣試井方法得到了重點開發，但是由此暴露出的問題卻也越來越多，最主要的問題就是引進的方法不符合我國國情，我國的試井方法基本都是從發達國家學習來的，但是由于不同的地質構造，其方法只有經過改造才可以適應我國的國情。所以，不斷探索研究符合我國國情的試井方法，并用先進的數學物理知識進行完善已經成為了當前最重要的任務。

參考文獻：

[1]王華.煤層氣試井分析方法研究[D].西安：西安石油大學，2012.

[2]景興鵬.基于注入壓降法的煤層氣指標試井試驗[J].煤炭科學技術，2008，36（10）：38 -41.

作者簡介：

翟金合，男，漢族，1982年04月28日，本科，計算機科學與技術，哈爾濱師范大學，助工地質實驗測試，煤層氣。