程 偉 王 平 陳 磊 陳 雨 李 珊

(中石化華東分公司石油勘探開發(fā)研究院,江蘇 225007)

1 概況

煤層氣臨界解吸壓力,指解吸與吸附達(dá)到平衡是對應(yīng)的壓力,煤層氣臨界解吸壓力與煤儲層含氣量和吸附/解吸特性密切相關(guān),對煤層氣排水降壓階段具有重要的指導(dǎo)意義,是估算煤層氣采收率的重要參數(shù)。煤儲層的壓力、溫度,煤層的變質(zhì)程度、無機(jī)組分和纖維組分以及煤層氣中的多元?dú)怏w組分對煤層氣的臨界解吸壓力都有影響。一般我們采用等溫吸附方法,利用實(shí)測含氣量求算出臨界解吸壓力,指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

2 存在問題

在延川南區(qū)塊的煤層氣排采過程中發(fā)現(xiàn),煤層氣臨界解吸壓力和實(shí)際產(chǎn)氣壓力存在一定的誤差,使得這一理論數(shù)據(jù)在實(shí)際生產(chǎn)過程中難以應(yīng)用。表1和圖1是該區(qū)塊部分參數(shù)井資料數(shù)據(jù)。根據(jù)臨界解吸壓力的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)過程,在煤層氣臨界解吸壓力與實(shí)際產(chǎn)氣壓力誤差的影響因素分析時,以主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)——煤儲層壓力和含氣量——為重點(diǎn)研究對象進(jìn)行探討。

表1 延川南部分煤層氣臨界解吸壓力值表

圖1 延川南部分煤層氣臨界解吸壓力值

3 理論分析

3.1 儲層壓力對臨界解吸壓力誤差的影響

儲層壓力是指作用于煤孔隙-裂隙空間上的流體壓力 (包括水壓和氣壓),又稱孔隙流體壓力。其與煤層氣含氣性密切相關(guān),對煤層吸附性的影響直接關(guān)系到煤層氣采氣過程中排水降壓的難易程度,對臨界解吸壓力產(chǎn)生很大的影響。分析延川南區(qū)塊煤儲層壓力、臨界解吸壓力平均值、臨儲壓力比、實(shí)際產(chǎn)氣壓力之間的變化趨勢和相互關(guān)系,如圖2所示。從圖2可以看出,無論是實(shí)際臨界解吸壓力,還是實(shí)際產(chǎn)氣壓力,其變化趨勢均與儲層壓力呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,特別是在儲層壓力低于8MPa時,實(shí)際產(chǎn)氣壓力與儲層壓力的差值基本維持在1MPa之內(nèi)。根據(jù)臨界解吸壓力平均值接近程度曲線可以看出,臨界解吸壓力與實(shí)際產(chǎn)氣壓力的接近度隨著儲層壓力的增高而增加,特別是在3、4號樣品,儲層壓力為9.97MPa時,接近程度將近80%,在7號樣品儲層壓力高峰處,接近程度也較高,并且曲線的變化趨勢和儲層壓力趨于一致。因此,儲層壓力無論是對臨界解吸壓力實(shí)驗(yàn)值的求取還是對實(shí)際產(chǎn)氣壓力的影響都是明顯的。并且,通過數(shù)據(jù)對比分析可以得出：儲層壓力越小,實(shí)際產(chǎn)氣壓力越與儲層壓力接近,臨界解吸壓力實(shí)驗(yàn)值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力值差距越大;儲層壓力越大,臨界解吸壓力實(shí)驗(yàn)值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力的接近程度越高。

圖2 儲層壓力對臨界解吸壓力的影響

3.2 含氣量對臨界解吸壓力誤差的影響

煤層氣含氣量是煤層氣開采價值評價中的決定性因素,具有優(yōu)先否定權(quán)。主要評價因素包括實(shí)測含氣量、理論含氣量以及實(shí)測含氣飽和度。分別對煤層氣含氣量和含氣飽和度與臨界解吸壓力之間的關(guān)系進(jìn)行分析,如圖3、圖4所示。理論含氣量是根據(jù)等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合儲層壓力所計(jì)算的代表煤儲層含氣能力的數(shù)值,其曲線在圖中與其它曲線的變化趨勢明顯不一致,沒有明顯規(guī)律,說明其與煤層氣臨界解吸壓力之間的關(guān)系密切性較差,不適合作為考慮對象。而實(shí)測含氣量的變化趨勢和臨界解吸壓力以及實(shí)際產(chǎn)氣壓力的變化趨勢較為一致。實(shí)測含氣飽和度的變化趨勢不僅與臨界解吸壓力和實(shí)際產(chǎn)氣壓力變化趨勢一致,整體上實(shí)測含氣飽和度越高,實(shí)際產(chǎn)氣壓力越高。而實(shí)測飽和度曲線與臨界解吸壓力和實(shí)際解吸壓力接近程度曲線變化趨勢一致性較高,隨著實(shí)測飽和度的增大,接近程度也增高,且不存在滯后或是超前現(xiàn)象。在部分區(qū)間,兩條曲線近于平行。綜上所述：臨界解吸壓力實(shí)驗(yàn)值和實(shí)際產(chǎn)氣壓力與實(shí)測含氣量變化趨勢一致,特別是實(shí)測含氣飽和度和臨界解吸壓力實(shí)驗(yàn)值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力接近程度密切相關(guān),實(shí)測含氣飽和度越高,相關(guān)性越好。

圖3 含氣量與臨界解吸壓力分析

圖4 含氣飽和度與臨界解吸壓力分析

3.3 誤差規(guī)律分析

通過臨界解吸壓力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出臨界解吸壓力普遍小于實(shí)際產(chǎn)氣壓力,差值在1.483MPa與3.106MPa之間分布,平均差值為2.356MPa。整體而言,臨界解吸壓力的平均值與實(shí)際產(chǎn)氣壓力變化趨勢相同。將臨界解吸壓力的平均值均減去差值的均值2.356MPa,得出一組擬合后的平均值。對比擬合后的臨界解吸壓力平均值和實(shí)際產(chǎn)氣壓力,接近程度全部在80.8%～118.2%之間,其中位于90%～110%之間的數(shù)據(jù)有50%。已經(jīng)初步具備了對生產(chǎn)作業(yè)的指導(dǎo)意義。趨勢圖如圖5。

圖5 擬合臨界解吸壓力分析

4 結(jié)論

本文根據(jù)煤層氣對甲烷的吸附理論和等溫吸附實(shí)驗(yàn)原理,分析現(xiàn)場各影響條件,總結(jié)變化趨勢和特點(diǎn),判斷誤差來源,為進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。主要結(jié)論有兩點(diǎn)：

(1)臨界解吸壓力實(shí)驗(yàn)值和實(shí)際產(chǎn)氣壓力與煤儲層壓力和實(shí)測含氣量成正相關(guān)關(guān)系,并且,儲層壓力越小,實(shí)測產(chǎn)氣壓力與儲層壓力的接近程度越高;

(2)臨界解吸壓力實(shí)驗(yàn)值和實(shí)際產(chǎn)氣壓力的接近程度與儲層壓力和實(shí)測含氣飽和度成正相關(guān)關(guān)系。

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