焦春林　趙杰民　李衍財(cái)

[摘 要]我國(guó)煤層氣試井主要采用注入壓降試驗(yàn)獲取煤儲(chǔ)層參數(shù)。隨著煤層氣開(kāi)發(fā)力度的加大，根據(jù)工程條件或工程進(jìn)度的要求，在注入壓降試驗(yàn)中，增加一套封隔器，在煤層頂?shù)装逄幏謩e作封，實(shí)現(xiàn)跨隔作封。尤其，在套管內(nèi)使用跨隔作封方式，等同施工條件下能夠有效提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)性。

[關(guān)鍵詞]封隔器 跨隔作封 注入壓降 煤層氣

中圖分類號(hào)：P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）01-0008-02

在煤層氣勘查過(guò)程中，注入壓降試驗(yàn)是獲取煤儲(chǔ)層滲透率和儲(chǔ)層壓力主要方式，同時(shí)可以獲取煤層破裂壓力和閉合壓力。滲透率是控制煤層氣開(kāi)采的主要儲(chǔ)層參數(shù)之一，煤層在水飽和條件下，滲透率對(duì)煤層氣井的排水降壓起著控制作用，因此滲透率是控制煤層氣井產(chǎn)量動(dòng)態(tài)變化的主要因素。準(zhǔn)確地測(cè)定煤儲(chǔ)層滲透率在確定最優(yōu)井距和增產(chǎn)設(shè)計(jì)，以及完井設(shè)計(jì)和優(yōu)化儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)管理方面十分重要[1]。跨隔作封與單封隔器作封相比，在一定程度內(nèi)提高了滲透率和儲(chǔ)層壓力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1 工作原理

國(guó)內(nèi)采用的注入壓降試井方法是一種常用的不穩(wěn)定試井方法，是通過(guò)改變井以引起地層中的壓力變化，同時(shí)測(cè)量井底井下設(shè)備壓力與時(shí)間的變化，根據(jù)這一變化，并結(jié)合該井的地質(zhì)條件，研究測(cè)試井和測(cè)試層在壓力影響范圍內(nèi)力計(jì)的特定參數(shù)[2]。跨隔作封與傳統(tǒng)單封隔器作封相比，增加一套封隔器，下封隔器連接死堵，封隔器之間的球座處的水槽作為地面水注入煤層氣的通道，同時(shí)在作封時(shí)起著關(guān)鍵作用，跨隔作封示意圖如圖1所示。

2 注入壓降試驗(yàn)特點(diǎn)

注入壓降試驗(yàn)在實(shí)踐過(guò)程中主要有一下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

（1）流體的注入提高了地層壓力，保證了在測(cè)試過(guò)程中為單相流，它適用于負(fù)壓、正常壓力和超壓等各種情況的煤層氣井；

（2）不需要井下機(jī)械泵送設(shè)備，簡(jiǎn)化了操作步驟，降低了成本；

（3）可以用標(biāo)準(zhǔn)試井分析方法來(lái)分析，結(jié)果比較可靠；

（4）探測(cè)半徑較大，時(shí)間相對(duì)較短。

同時(shí)，要預(yù)防以下兩點(diǎn)：

（1）地層傷害。其原因之一，是由于注入的流體可能與地層的化學(xué)環(huán)境不相容，發(fā)生反應(yīng)；之二，是由于有可能注入了會(huì)堵塞儲(chǔ)層孔隙的微粒，因此把取自被測(cè)試層位的地層水回注到測(cè)試井中是最理想的，至少應(yīng)當(dāng)采用與地層和氣藏流體相容的淡水。

（2）壓開(kāi)地層。如果注入過(guò)程中排量控制不好，使井底壓力超過(guò)了測(cè)試層的破裂壓力，就可能會(huì)壓開(kāi)地層，產(chǎn)生裂縫，這種裂縫的產(chǎn)生被認(rèn)為是自然滲透率或井筒傷害的假象，使測(cè)試結(jié)果不可靠。因此在注入壓降過(guò)程中一定要保證井底壓力低于地層破裂壓力[3]。

3 注入壓降試驗(yàn)影響因素

通過(guò)分析以往施工的試井資料，主要從設(shè)備、鉆井液成分及性質(zhì)、封隔器坐封位置、圍巖巖性及裂隙發(fā)育狀況、煤層結(jié)構(gòu)、井孔穩(wěn)定性等方面分析影響注入壓降試驗(yàn)影響因素。

3.1 工程因素

（1）鉆井液的影響

鉆井施工過(guò)程中或多或少存在井塌、井漏、憋條鉆、井涌、卡鉆等事故的現(xiàn)象，在煤層氣鉆井過(guò)程中多采用水基鉆井液護(hù)壁鉆取煤層。鉆井液中的黏土顆粒大部分小于2μm，具有帶電、吸附、水化膨脹以及分散、絮凝等特征，屬膠體—懸浮體體系，其吸附的巖屑易堵塞煤層裂隙系統(tǒng)，同時(shí)鉆井液與煤層的化學(xué)環(huán)境不相容，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而堵塞產(chǎn)層，從而導(dǎo)致煤儲(chǔ)層嚴(yán)重傷害。煤層氣試井的周期很短，一般測(cè)試在2～3d完成，探測(cè)半徑有限；若鉆井液污染煤儲(chǔ)層，則導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果只反映煤層污染帶的情況，而并非煤儲(chǔ)層的真實(shí)情況，使部分測(cè)試結(jié)果不可靠。

（2）封隔器坐封的影響。

封隔器坐封良好是試井成功的前提，目前采用的封隔方式大多為對(duì)煤層頂板封隔，未對(duì)底板進(jìn)行封隔。封隔器坐封對(duì)試井的影響有以下3個(gè)方面：①坐封段井徑不規(guī)整，導(dǎo)致封隔器坐封不牢靠，甚至可能損壞封隔器；②坐封段巖層裂隙發(fā)育，導(dǎo)致測(cè)試煤層與上部井筒連通，坐封不完全，測(cè)試結(jié)果不可靠；③坐封位置遠(yuǎn)離測(cè)試煤層，則測(cè)試段內(nèi)圍巖層較多（含未封隔的底板圍巖） ，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果受圍巖層性質(zhì)影響較大，測(cè)試結(jié)果為封隔器密封段內(nèi)巖層與測(cè)試煤層的綜合效應(yīng)，而非煤儲(chǔ)層本身。

（3）人為控制因素的影響。

煤儲(chǔ)層是應(yīng)力敏感地層，壓力波動(dòng)將對(duì)測(cè)試結(jié)果造成一定的影響。以恒定的排量注入一定時(shí)間是進(jìn)行試井解釋的基本前提，而注入的恒定則主要取決于注入設(shè)備的穩(wěn)定性和操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)。

3.2 地質(zhì)因素

（1）圍巖的影響。

含煤地層主要由泥巖、細(xì)碎屑巖、灰?guī)r、粉砂巖、泥灰?guī)r等組成，煤層圍巖對(duì)試井的影響主要表現(xiàn)在以下3方面：①圍巖穩(wěn)定性對(duì)封隔器坐封的影響。封隔器坐封要求坐封段巖致密，且井徑規(guī)則。如圍巖不穩(wěn)定，井孔不規(guī)則，則封隔器不能完全坐封，甚至圍巖垮落導(dǎo)致封隔器卡在試井中產(chǎn)生工程事故，不僅設(shè)備損壞無(wú)法測(cè)試，甚至導(dǎo)致鉆井工程失敗，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。②圍巖滲透對(duì)煤層滲透性測(cè)試的影響。在注入/壓降試井過(guò)程中，測(cè)試段并非只是煤層，封隔器密封層段還包括煤儲(chǔ)層的部分頂板和底板，即測(cè)試時(shí)井底壓力是煤層和這部分圍巖的綜合反映。巖性致密、孔隙度及滲透性很小的圍巖，對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響較小。若測(cè)試段被封隔的圍巖越多，對(duì)試井結(jié)果的負(fù)面影響就越大。鑒于煤儲(chǔ)層低滲的特點(diǎn)，若圍巖的孔隙度及滲透性比較大，則對(duì)測(cè)試結(jié)果的負(fù)面影響也更大，對(duì)裂隙發(fā)育的圍巖來(lái)說(shuō)尤其如此。③圍巖漏失對(duì)試井測(cè)試結(jié)果的影響。海陸交替的沉積環(huán)境導(dǎo)致貴州含煤地層煤層層數(shù)多，后期構(gòu)造演化使得煤層出露較多，從淺部到深部均有煤層分布。對(duì)測(cè)試煤層，尤其是受構(gòu)造影響裂隙發(fā)育地區(qū)和圍巖以灰?guī)r為主的煤層，容易發(fā)生圍巖漏失。漏失地層試井測(cè)試時(shí)，一方面注入流體并非完全流入煤層，另一方面其壓力響應(yīng)也受圍巖漏失嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真。

（2）煤層結(jié)構(gòu)的影響。

在煤層夾矸發(fā)育的情況下，使煤儲(chǔ)層的性質(zhì)表現(xiàn)多樣化，對(duì)試井產(chǎn)生某些影響。煤層結(jié)構(gòu)對(duì)煤層厚度的影響。試井解釋中用于求解儲(chǔ)層參數(shù)的煤層厚度為煤層有效厚度。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，在實(shí)際解釋中采用的煤層有效厚度均為扣除夾矸后的有效厚度。如果測(cè)試煤層中夾矸均勻穩(wěn)定分布，則有效厚度計(jì)算較準(zhǔn)確，影響較小。若夾矸厚度不均且分布不穩(wěn)定，則會(huì)導(dǎo)致煤層有效厚度計(jì)算偏差大，從而影響解釋結(jié)果[4]。

4 跨隔作封特點(diǎn)

（1）根據(jù)工程條件或工程要求不同，跨隔作封相對(duì)于單封隔器作封，施工更靈活。即可以揭穿測(cè)試層后立即進(jìn)行測(cè)試，也可以整口井完鉆后進(jìn)行測(cè)試。例如，整口井完鉆后，存在多個(gè)測(cè)試目的層，可以將各個(gè)測(cè)試分割開(kāi)，分別進(jìn)行測(cè)試。在煤層賦存不穩(wěn)定地區(qū)，如揭穿煤層底板過(guò)深，無(wú)需水泥封孔至底板以下2米。另外完鉆后，只需測(cè)井一次，避免中途測(cè)井，進(jìn)而避免了工期耽誤，又減少了工程款。

（2）套管內(nèi)存在多射孔段情況下，無(wú)需測(cè)試層下部填砂，同時(shí)控制注入水避免從底部射孔段進(jìn)入其他煤層。由于注入水，只會(huì)從射孔孔眼進(jìn)入煤層，從而避免單封隔器作封情況下，注入水從煤層頂板、底板進(jìn)入，此情況下，更有利于獲取準(zhǔn)確的煤儲(chǔ)層參數(shù)。

（3）跨隔作封在裸眼試井中風(fēng)險(xiǎn)較大，尤其是粉煤發(fā)育的鉆孔中。裸眼測(cè)試中，煤層經(jīng)過(guò)至少12h的注入，至少24h壓降，后經(jīng)原地應(yīng)力測(cè)試，井筒附近的煤層遭到了一定的破壞，煤層容易發(fā)生垮塌。因此，垮塌的煤塊或煤粉容易埋下封隔器，從而上提油管易發(fā)生事故，風(fēng)險(xiǎn)較大。

（4）下封隔器作封效果檢驗(yàn)效果較差。下封隔器作封采用類似于投擲式作封，一般下封隔器膨脹壓力達(dá)到12Mpa后，地面泄壓，凡爾推回到原位，達(dá)到膨脹狀態(tài)。檢驗(yàn)作封是否成功的過(guò)程，相當(dāng)于再次進(jìn)行膨脹封隔器，所以無(wú)法有效檢驗(yàn)是否作封成功。

（5）封隔器反復(fù)作封使用次數(shù)一般為5次左右，由于下雙封隔器作封，存在封隔器使用成本增加現(xiàn)象。

5 結(jié)論

跨隔作封是基于單封隔器作封基礎(chǔ)之上的作封方式。在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，其主要特點(diǎn)為在套管內(nèi)試井同等條件下，可更準(zhǔn)確獲取儲(chǔ)層參數(shù)，另外有效的縮減工期，減少工程材料；同時(shí)是一把雙刃劍，裸眼試井中，風(fēng)險(xiǎn)較大，容易發(fā)生埋封隔器的事故，下封隔器檢驗(yàn)作封效果無(wú)有效途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐書(shū)恒.煤層氣試井設(shè)計(jì)方法[J].煤田地質(zhì)與勘探，1994，2（27）：28-31.

[2] 張?jiān)；ⅲi程.注入壓降試驗(yàn)方法在煤層氣井中的應(yīng)用及其結(jié)果分析[J]. 中國(guó)煤層氣，2013，10（5）：34-39.

[3] 陳彥麗，劉啟國(guó)，張烈輝，等. 淺析煤層氣井與常規(guī)油氣井在試井方面的差別[J].中國(guó)煤層氣，2006，3（4）：44-46.

[4] 趙福平.貴州省煤層氣試井質(zhì)量影響因素分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（6）：126-129.