低压煤储层注入/压降试井中注入时间的探讨

刘大为 安 杰 刘蓓蓓

(黑龙江省煤田地质测试研究中心，黑龙江 150046)

低压煤储层注入/压降试井中注入时间的探讨

刘大为 安 杰 刘蓓蓓

(黑龙江省煤田地质测试研究中心，黑龙江 150046)

本文通过模拟计算的方法，得到钻井液所产生的污染半径，结合污染半径及钻井液漏失量对目标井进行施工设计，确认合理的施工时间，获取更准确的地层参数，并建议低压煤储层的注入/压降试井应尽量在套管中长时间测试。

低压煤储层 注入/压降试井 污染半径 注入时间

1 目前确定注入时间方法的分析

目前在注入/压降试井中，注入时间的确定主要考虑煤层渗透率及探测半径的影响，设计探测半径不小于10m考虑计算。同时考虑的井筒储集结束时间，要求注入时间应大于井筒储集结束时间。注入时间和井储结束时间计算公式如下：

(1)

式中tinj为注入时间，单位为小时，h；φ为孔隙度，以小数或%表示；μ为流体黏度，单位为毫帕秒，mPa·s；Ct为总压缩系数，单位为每兆帕，MPa-1；ri为探测半径，单位为米，m；K为煤层渗透率，单位为毫达西，mD。

(2)

式中twb为井筒储集结束时间，单位为小时，h；C为井筒储集系数，单位为立方米每兆帕，m3/MPa；S为表皮系数，代为1;h为煤层有效厚度，单位为米，m。

根据上述公式(1)和公式(2)，结合以往测试经验，给出如下参数(表1)，计算得出在不同情况下的理论注入时间和井储结束时间。

表1 不同渗透率的煤层的理论注入时间

从表1中可以看出，通过理论计算，可以看出当煤层渗透率越低时，达到相同的探测半径所需时间越长。

井筒储集系数主要受测试体积和综合压缩系数的影响，而在注入/压降试井中，目标层为煤层，煤的压缩系数的变化范围较小，所参与的流体主要是水(2%KCl溶液)，压缩系数为定值。所以测试过程中的井储系数主要是测试体积影响的。如果在封隔器坐封良好的情况下，通过理论计算得到的注入时间均可以大于井筒储集时间(表2)。

表2 不同渗透率和表皮情况下的理论井筒储集时间

上述方法都是假设测试煤层为常压储层，并且不考虑前期施工泥浆漏失对储层造成污染，且认为储层为均质无限大储层。所以在物性较好的常压煤储层中，注入时间为12h一般可以满足要求。但在低压煤储层中，由于钻井液污染，该计算方法不完全适用。

2 低压煤储层注入时间的确定

2.1 污染带半径的确定

在常规油气井中关于污染半径的计算，国内学者在上世纪80年代就已经展开研究，并且提出了理论计算公式。而在煤层气行业中尚未有关于污染半径研究，但随着试井技术的发展，污染半径的计算可以通过商业化的试井解释软件来解决该问题，本文中采用软件为Ecrin4.20版本。

在低压煤储层中，煤层被揭开以来，井筒一直处于被钻井液填满状态，液柱压力大于储层压力，相当于对煤层进行了一次长时间的等压变排量的注入。在现场条件允许的情况下，应对揭露煤层时间、测试开始时间及钻井液漏失量进行记录。如泥浆漏失量无法统计，可通过软件模拟，得到在一定时间内的液体累计漏失量，其中部分参数需要人为给定(图1)。

在一般情况下，通过试井软件可以将等压变排量注入简化为变压等排量的注入过程，在通过试井分析，即可得到钻井液的污染半径(图2)。

图1 井底液体漏失量模拟计算图(渗透率0.5mD，井深1000m，储层压力梯度0.5MPa/100m)

图2 折算后的等排量变压双对数曲线

2.2 注入时间的确定

由于钻井液对储层造成的污染，低压煤储层一般经常表现为径向复合储层模型：近井带的渗透率较低，外区的渗透率较高，且外区渗透率可以达到内区渗透率的2～10倍。在试井设计时，应采用内区渗透率低、外区渗透率高的径向复合储层模型，且复合半径应大于钻井液的污染半径。设计曲线上出现外区径向流段的时间为最佳测试间，结合实际情况，确定最终实际施工时间。通常情况下，关井时间一般为注入时间的2倍。

S1井是山西S区块内的一口煤层气参数井，该区块储层压力梯度平均为0.5MPa/100m。按照上述方法对S1井3号煤层进行了注入/压降试井施工设计并依据设计进行了施工。为了方便对比，S1井3号煤层开展了两次注入/压降试井工作，一次为按照设计施工时间进行，一次为目前通用的施工时间(注入12小时，关井24小时)。S1井试井方法为套管试井，且已经完井较长时间，钻井液漏失量及煤层暴漏时间无法统计，所以在设计中不予考虑。表3为S1井3号煤层设计参数选值。

表3 S1井3号煤层设计参数选值

通过软件设计计算可以看出，在注入50h，关井100h时，双对数诊断曲线上出现了较为明显的外区径向流段 (图3)。 为了确保测试效果， 最终确定该井的施工时间为注入60h， 关井120h(表4)。

表4 S1井3号煤层设计计算结果表

最终测试结果可以看出，按方案1(注入60h，关井120h)测试时双对数曲线上出现了明显的径向流段(图4)，最终分析结果较为准确；按方案2(注入12h，关井24h)并未出现明显的外区径向流(图5)，解释结果存在多解可能。

图3 S1井3号煤层设计双对数曲线

图4 S1井3号煤层实测双对数曲线(方案1：注入60h，关井120h)

图5 S1井3号煤层实测双对数曲线(方案2：注入12h，关井24h)

最终方案1解释出的储层渗透率为0.39mD，高于方案2的解释结果0.27mD。解释结果见表5。

表5 S1井3号煤层解释结果表

由于实际复合半径远远大于设计的复合半径，所以两种方案均未出现外区径向流。

2.3 A1井施工设计

A1井位于山西省X区块，区内储层压力梯度平均为0.7MPa/100m，为低压储层，A1井为该区块内首次开展注入/压降试井工作。部分参数需要参照邻区Y区块。Y区块目标煤层的注入/压降试井得到的储层渗透率分布于0.30～12.0mD，平均埋深小于800m；A1井的煤层中部深度达到了1433.35m，所以设计时采用的渗透率依据Y区块内的最小渗透率进行过计算。

A1井煤层暴漏时间为19.5小时，钻井液漏失量由于工程原因，无法具体统计，渗透率参照Y区块最小渗透率0.30mD。按2.1中所述方法，估算的钻井液漏失量为1.03m3，污染半径12.3m。

设计采用径向复合模型，对该井进行施工设计计算。所采用参数见表6。其中设定污染半径为复合半径。其中注入量的计算参照现行标准，即在整个注入过程中，使注入压力小于储层破裂压力即可，现场操作可根据微破裂实验确定。

表6 A1井目的煤层设计参数选值

图6 A1井注入/压降试井施工设计压力曲线

图7 A1井注入/压降试井施工设计双对数曲线

图6对整个测试施工划分为3个阶段：钻井液漏失段、注入段和压降段。从双对数诊断曲线上(图7)可以看出，当注入时间为72h，关井144h时，出现了较为明显外区径向流段，说明按该施工设计时间进行测试，可获取较为准确的储层渗透率等参数。

为了方便对比，计算了不同渗透率及表皮系数的情况下的外区径向流出现时间(表7)。

表7 不同渗透率及表皮系数的施工设计结果

从表7中可以看出，当煤层渗透率越低、表皮系数越大时，出现外区径向流的时间越长。所以在在注入/压降试井之前，应该根据区域地质资料、现场钻井液参数，确定设计所选用的表皮系数及储层渗透率，之后再根据该方法确定一个较为合理的施工时间。

3 对现场施工的建议

(1)前文中已经阐述了确认污染半径的条件，即需要记录煤层暴漏时间及钻井液漏失量，在钻井液漏失量无法统计的情况下可以通过模拟计算的方法进行大致的统计。所以在现场施工的过程中，测试人员需要和井队及时沟通协调，获取相应的时间节点及相关参数。

(2)在测试之前，应尽量收集测试区块的地质资料，摸清该区内的储层压力梯度、渗透率等参数。在钻进过程中，应时刻观察和记录钻井液的参数，预判储层的污染程度。

(3)在储层污染较为严重的井中(可以根据钻井液性质及漏失量预判)，获取外区径向流所需的测试时间就更长，所以长时间的注入/压降试井能够提供较为准确的地层参数。但目前在我国，注入压降试井一般都在钻遇煤层、完成取芯后的裸眼井里进行。如果在裸眼井内进行长时间测试，在测试成本增加的同时，测试的风险也提高了很多。建议低压煤储层尽量在完井射孔后进行套管试井，可以避免或降低测试风险，并且便于依据设计延长测试时间，得到更加准确的地层参数。需要强调的是，套管试井尽量在射孔后立即进行，减少进入低压储层内的洗井液，使解释结果更加准确。

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(责任编辑 黄 岚)

Study on Injection Time of Injection/Fall Well Test in Low Pressure Coal Reservoir

LIU Dawei，AN Jie,LIU Beibei

(Coalfield Geological Testing Center of Heilongjiang Province,Heilongjiang 150046)

In this paper,the pollution radius of drilling fluid is obtained by the method of simulation calculation. The construction of the target well is designed combined with the pollution radius and drilling fluid leakage,and the purpose is to confirm the reasonable injection time and obtain accurate formation parameters. It is suggested that the injection/fall test of the low pressure coal reservoir should be long time tested in the casing.

Low pressure coal reservoir; injection/fall test; pollution radius; injection time

刘大为，男，硕士，工程师，主要从事煤层气解吸、试井及实验测试等工作。