薄-中厚煤层试井地质适应性研究

汪凌霞，李　东，周呈艳，白丽娜，易　旺，罗　沙

（贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心，贵州贵阳　550081）



薄-中厚煤层试井地质适应性研究

汪凌霞，李东，周呈艳，白丽娜，易旺，罗沙

（贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心，贵州贵阳550081）

摘要：贵州省主要含煤地层形成于晚二叠系龙潭组，煤层层数多，单层厚度小，以薄及中厚煤层为主。特殊的地质条件对煤层气试井提出了新的要求。为了在薄－中厚煤层群等典型地质条件下进行煤层气试井测试，并获得准确的煤储层参数，本文考虑了煤层气藏与常规天然气藏的地质差异，从煤层气试井的地质适应性角度探讨了薄－中厚煤层群等典型地质条件试井工艺要求，为煤层气试井设计提供参考。

关键词：煤层气；试井；地质特征；薄－中厚煤层；试井设计

贵州地区煤层气资源丰富、资源丰度高且分布相对集中，沉积构造史控制着气田的分布，并以大型向斜或复向斜为煤层气富集主要场所；受沉积构造环境控制，贵州地区含煤面积广泛，海陆交替的沉积环境形成了煤层层数多且以薄-中厚煤层为主的近距离煤层群，群内煤层“广覆式”生烃且保存良好，各煤层CH4含量均较高，具有良好的勘探开发前景[1-3]。

煤层气藏是一种特殊的气藏，煤储层既是烃源岩，又是储集层。作为储集层，煤储层的孔隙特征、渗流能力、吸附能力等与煤的原始组分、变质程度密切相关。与常规天然气藏相比，煤储层储气方式、生储气能力、开采方式、储层物性等方面存在许多不同之处[4]。

煤层气试井是一项复杂的地质工程实践，其主要任务是认识煤储层，准确获取地层渗透率、地层压力等重要储层参数，为煤层气勘探与开发提供依据。目前使用的煤层气试井方法都是借鉴常规油气的试井方法，其中注入/压降试井因其测试流体少、成本小、持续的时间短，而广泛应用于致密气藏、煤层气和页岩气藏[5]。然而，煤储层不仅在成分、结构及其物理力学性质上与常规储层（如砂岩）有着明显的差异，而且在煤层气的赋存和采出机理上也有本质区别[6，7]。要把注入/压降试井理论准确用于煤层气藏，必须以一定的地质工程条件为前提。为此，通过大量国内外文献调研以及多项试井工艺实践，总结出了适合于贵州地区薄-中厚煤层注入/压降试井工艺地质要求。

1　测试方法选择

1.1单煤层试井

单煤层试井，即对群内煤层进行逐一测试。钻穿测试煤层后再钻进底板一定深度后停钻，提钻，下入井下测试工具及油管进行试井测试，测试结束后提起油管及井下测试工具，再下钻杆继续下钻，直到钻穿下一测试煤层，如此反复。此方法反映各煤层的储层参数，结果较为准确可靠，但由于每层煤测试时都需要提钻，下放井下测试工具及油管，工序复杂，在测试煤层较多的地区，大大减缓了施工进度，增加了施工周期。

1.2煤层群试井

煤层群试井即采用多煤层完井，一次性钻穿所有测试煤层，直到设计深度，然后提钻，最后，一次性对多层待测煤层进行试井测试。主要包括以下两个部分：1．2．1远距离煤层群试井煤层群内各煤层相隔较远时，可使用单一封隔器对所有待测煤层进行同时测量，或采用分层隔离封隔器来分别对各目的层进行测试。使用单一封隔器，将所有待测煤层坐封在同一密封测试段进行测量的方法，因为煤层相隔较远，测试结果受非煤岩层的影响很大，且为群内各煤层的综合反映，结果既不具有代表性又不准确。使用分层隔离封隔器（见图1），即采用不同的封隔器分别坐封，将各测试煤层密封在不同的测试段，测试结果能充分反映各分层的储层特征[8]。采用分层隔离封隔器进行煤层气试井时，必须准确坐封每一个测试煤层，保证每一个测试煤层坐封良好，这对煤储层本身地质条件及作业人员对地质条件的认知度都有极高的要求；同时，每个密封段都必须配置相应的井下测试工具，如电子压力计等，无疑增加了试井设备成本；再者，煤层气试井可能涉及微破裂试验、注入/压降试井测试及原地应力测试三个方面，采用多层隔离封隔器进行煤层气试井时，势必增加施工工艺难度[9]；另外，采用多层封隔器进行煤层气试井对井眼稳定的要求也特别高，一旦井眼失稳，可能导致井下测试工具受损，造成严重的经济损失。

图1　多层封隔器施工工艺图[8]

1．2．2近距离煤层群试井贵州地区煤层以薄－中厚煤层为主，当群内煤层间距较小，煤层分别试井难度较大且不具备分层隔离封隔器试井条件时，只能将近距离煤层群坐封于同一测试层段进行综合测试，其测试结果为各煤层的综合反映，受坐封层段内非煤岩层的影响较大。

因此，对远距离煤层群采用多层隔离封隔器进行煤层气试井，可以节约施工周期，但考虑到地区地层受多期次构造演化，地质条件复杂，井眼稳定性相对较差，采用多层封隔器进行多煤层同时试井时，存在较大的风险，建议在远距离煤层群试井时，采用单一封隔器逐一对各测试煤层分别进行测试，以获得各分层的可靠储层参数；对近距离煤层群综合试井，其测试结果受坐封层段内非煤岩层的影响较大，需要特殊的井下管柱结构。

2　煤储层厚度的要求

贵州地区煤储层厚度在垂向上变化很大，从薄煤层到特厚煤层均有发育，且以薄－中厚煤层为主。通过前面的分析知道，对于煤层厚度大的煤层，试井解释结果能反映煤储层特征实际，而对于煤层厚度较小的煤层，厚度越小割理的发育情况及割理的连通情况越差，一方面储层本身渗透性差，测试过程中压力变化不甚明显，另一方面本身渗透性差且煤层厚度小时将一定程度上增加围岩对测试结果到干扰，从而导致测试结果与煤储层实际相差较大，解释结果可靠性差。

考虑到煤层气开采与煤炭开采的差异性（煤层气开采多以地面抽采为主，煤炭开采多以井下开采为主）及煤层气试井为地面作业的特点，结合国家有关部门规定的煤层可采厚度下限标准，从经济性和试井结果的可靠性来考虑，建议煤层气注入/压降试井的最低煤储层厚度要求为0.4 m，即对煤层厚度低于0.4 m的煤储层，不宜开展煤层气注入/压降试井作业。

3　钻井液及注入流体的要求

贵州地区含煤地层的沉积构造演化史特殊，在钻井过程中，常常采用钻井液来保护井壁，此类钻井液在煤层钻进过程中容易造成井筒附近煤储层污染，而注入流体与煤层本身流体的化学不相溶也易导致煤储层性质改变而污染储层，导致试井结果不是煤储层的真实反映[10]。因此，为了防止钻井液及注入流体对煤储层造成严重污染而影响试井测试结果，在煤层段最好用清水钻井液，在测试煤层，以地下水作为注入流体来进行煤层气注入/压降试井。

在实际工作中，这样的要求很难满足，因为钻井安全是进行煤层气试井的前提，在不具备清水钻井的地层中，只能采用相应的钻井液，势必导致钻井液对井筒附近煤储层造成一定程度的污染。在对此种钻井条件下的煤层进行试井测试时，必须先用注入流体基替钻井液，尽可能的将井筒中煤层附近的钻井液排除，最大限度的降低钻井液的污染；而在注入/压降试井之前可以进行一次微破裂试验，能有效消除井壁污染，微破裂试验产生的裂缝小，关井后很快闭合，对随后进行的注入/压降试井不会造成太大的影响[11]。考虑到煤层气现场施工条件，全部以煤层水作为注入流体进行试井，多数情况下还不具备这样的现场条件，一般以洁净淡水作为注入流体，对于黏土矿物含量较高的储层，可考虑注入2 %的氯化钾溶液。

4　围岩及井眼的要求

稳定的含煤岩层是钻井顺利的前提，而围岩的稳定性将影响封隔器的坐封，围岩的渗透性将对煤层渗透性造成一定的影响，对裂隙发育或溶洞发育的围岩层甚至容易发生漏失，严重影响测试结果；而井眼的大小影响井筒储集系数和表皮系数，井眼稳定性影响试井工程安全进行，井眼规则程度影响封隔器的坐封效果。因此，煤层气注入/压降试井要求围岩致密且相对稳定，围岩裂隙及溶洞不发育，即围岩不稳定，或围岩裂隙发育、溶洞发育的煤层，不宜进行煤层气注入/压降试井；同时要求井眼稳定，封隔器坐封位置井眼规则，即对井眼稳定性差，找不到稳定规则的层段进行封隔器坐封的煤层，不宜进行煤层气注入/压降试井。

5　煤储层含水特性要求

一般在地层条件下，煤储层是水饱和的，但也不是所有煤层都是水饱和的，许多煤层含水但并不饱和，有的甚至根本不含水。然而，现在应用广泛的煤层气注入/压降试井解释基本理论是建立在煤储层饱含水的基础上，只有在煤层被水饱和的前提条件下，才能保证注入流体在煤储层中程以单相流的状态存在，如果煤层不被水饱和或者根本不含水时，由于煤储层中游离气的存在，将产生气－水两相流，甚至因游离气的存在，在气－水两相流过程中发生贾敏效应，导致目前的煤层气注入/压降试井解释基本理论不再适用。也就是说，当前煤层气注入/压降试井基本理论要求煤储层为水饱和储层且不含游离气，对于未被水饱和煤储层或不含水煤储层，则应考虑气－水两相流进行试井解释，否则将导致测试结果不准确。

6　结论

对远距离煤层群采用多层隔离封隔器进行煤层气试井，对于地质条件复杂的煤层可采用单一封隔器逐一对各测试煤层分别进行测试。对近距离煤层群综合试井，其测试结果受非煤层段影响较大，需要采用特殊的工艺方法。注入/压降试井对于储层厚度、注入流体以及围岩和井眼稳定性有一定的要求，必须要求测试

层饱含水而且不含游离气，否则测试结果将会失真。

参考文献：

［1］唐显贵.贵州省煤炭资源潜力评价［R］.贵阳：贵州省煤田地质局，2010.

［2］易同生.贵州省煤层气资源评价［R］.贵阳：贵州省煤田地质局，1996.

［3］高弟，秦勇，易同生.论贵州煤层气地质特点与勘探开发战略［J］.中国煤炭地质，2009，21（3）：20-23.

［4］刘克云，李延方，张麦云，等.煤储层与常规储层特征对比［J］.油气井测试，2000，9（2）：29-31.

［5］刘立军，王立中，张增惠.煤层气注入压降试井技术研究［J］.天然气工业，2004，24（5）：79-81.

［6］刘曰武，赵培华，鹿倩，等.煤层气与常规天然气测试技术的异同［J］.油气井测试，2010，6（6）：6-11.

［7］陈彦丽，刘启国，张烈辉，等.浅析煤层气井与常规油气井在试井方面的差别［J］.中国煤层气，2006，（4）：44-46.

［8］王卫东.分层隔离封隔器在煤层气试井中的应用［J］.中国煤炭地质，2008，20（Z1）：106-107.

［9］陈志胜.煤层气井微破裂试井测试技术及应用［J］.中国矿业大学学报，2003，32（1）：53-56.

［10］廉有轩.煤层气井注入/压降试井测试中有关技术问题探讨［J］.煤田地质与勘探，2003，31（4）：23-26.

［11］倪小明，石书灿.不同煤体结构组合下井径扩径的钻进主控因素［J］.西南石油大学学报，2011，6（6）：135-139.

Thin-thick seam in geological adaptability study on well test

WANG Lingxia，LI Dong，ZHOU Chengyan，BAI Lina，YI Wang，LUO Sha
（Guizhou Provincial Engineering Research Center for Coal-bed Gas & Shale Gas，Guiyang Guizhou 550081，China）

Abstract:Mainly coal-bearing strata of Guizhou province, were formed in the late permian Longtan formation coal layer, thickness is small, mainly for thin and thick coal seam.Special geological conditions of coal-bed gas well testing puts forward new requirements.To in thinin the thick seam group,typical geological conditions for seam gas try well test, and get accurate of coal storage layer parameter,paper consider has seam gas hid and general gas hid of geological differences,from seam gas try well of geological adaptability discussion has thin-in the thick seam group,typical geological conditions try well process requirements, for seam gas try well design provides reference.

Key words：coalbed gas；well test；geology；thin-thick seam；well test design

作者简介：汪凌霞，女，贵州贵阳人，硕士，工程师，从事煤层气勘探开发方面的研究工作。

基金项目：贵州省科技重大专项“贵州省煤层气地面抽采关键技术研究及工程示范”，黔科合重大专项字［2014］6002号。

*收稿日期：2015－12-11

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.02.006

中图分类号：TE132.2

文献标识码：A

文章编号：1673-5285（2016）02-0024-04