CN102587899B - 一种煤层原位关键参数的观察井液面测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层原位关键参数的观察井液面测试方法，根据煤层气井的地质资料在其周围设置至少一口观察井，并获取所述观察井的基础数据，利用光纤液面探测仪器对所述观察井的液面进行测试，获得观察井不同时间点的液面数据；将所获取的液面数据和观察井基础数据通过计算转换为所测观察井的井底压力数据，通过对井底压力数据进行分析，获得煤层气井周围的压力分布；根据所测观察井的井底压力随时间的变化得出煤层气井开采煤层的储层参数，本发明测试方法简单，只需获得观察井的液面数据及基础数据即可通过计算将其折算为井底压力，测试成本低。

Description

一种煤层原位关键参数的观察井液面测试方法

技术领域

本发明涉及采油气工程技术领域，尤其涉及一种煤层原位关键参数的观察井液面测试方法，通过在煤层气井周围设置观察井，并测量观察井内的液面变化，可方便、准确的获得煤层中的参数，解决了现有技术中为了获得这些参数进行的试井技术困难，消除了其他试井方法带来的不确定性及其危害性。

背景技术

煤层气是一种高效清洁非常规天然气资源，目前国内外积极进行煤层气资源开发以缓解能源危机，并在保护环境的前提下进行能源可持续化发展。我国煤层气大规模商业性开发迫在眉睫。合理高效开发煤层资源，必须依赖于煤层气的动态监测，而煤层气井测试技术是煤层气藏开发方案制定和调整的动态数据的主要来源，堪称为煤层气藏工程师的“眼睛”。然而由于煤层气属于非常规气藏，其开采过程中的解吸附机制和煤层的变形机制使得常规油气藏的测试手段如压力恢复测试、压力降落测试等很难准确的应用于煤层气藏。因此，得到煤层气的原位关键参数是至关重要的，这些关键参数包括煤层原位渗透率、原位临界解吸压力、解吸范围、煤层压力、裂缝方位及长度等，这些参数是保证煤层气连续稳定排采的关键参数。

煤层气是非常规天然气，因此开采方式与常规天然气有着根本的区别，因此常规油气的液面测试方法几乎无法用于煤层气的液面测试。开采方式的根本区别主要包括以下两个方面：

(1)常规油气是游离在油气储层中的，直接通过渗流进入井底产出。而煤层气在每储层中95％以上是吸附在煤层上的，煤层气的开采要采用排水降压的方式，煤层气在压力低于临界解吸压力以后才能从煤层上解吸下来，然后扩散到孔隙中，再通过渗流流向井筒，同水一起进入井底然后产出。从而导致了生产机制上的根本不同。

(2)煤层气的排采井身结构与常规油气的井身结构不同，常规油气是从生产油管中生产出来的，而煤层气是从油管和套管的环形空间中生产出来的，油管只是用来排水的。

由此导致了煤层气的液面测试方法与常规油井的液面测试方法存在根本的不同，以至于常规油井的液面测试方法几乎无法用于煤层气井的液面测试。

中国专利CN 201010162046.5公开了一种煤层气观察井永久式压力计测试技术，具体为：在煤层气井周围设定的距离内设置一口或若干口观察井，在观察井中下放永久式电子压力计来进行无干扰原位测试，获得观察井井点处的临界解吸压力值以及达到临界解吸压力的时间，从而得到煤层气解吸扩散范围拓展速度。通过分析测得观察井井点的压力，可以得到煤层气井周围的压力分布。通过分析观察井测试资料，可以得到煤层气井开采煤层的储层参数、压裂井的裂缝方向，其通过在煤层气井的周围设置观察井，并在其中设置永久式电子压力计，可方便的监控煤层气井周围的压力变化，将压力分布可视化，而能有效可靠的得到煤层气井内的煤层气储层参数，提高了煤层气开发的数据准确性。但上述专利直接采用压力测试，在测试过程中需要将永久式压力计设备下入至所测的观察井中获得井底压力数据。虽然该测试方法的精度较高，但也存在较多实用性问题。

(1)测试成本高，需要高精度压力，较难适应煤层气低成本开发的要求。

(2)施工复杂，需要压力计下入井底，并配置电缆供电。

(3)维修困难，一旦井底压力计出现问题，必须进行起下管柱作业。

(4)此直接使用永久压力计的方法只能在一口井中使用，而液面测试方法，可以在多口井中使用，且操作方便简单成本较低。

发明内容

为了保证煤层气井连续稳定排采，本发明的目的在于提供一种可将煤层气井周围的压力分布可视化，同时又可以确定观察井井点临界解吸压力的煤层气观察井液面测试方法，其测试方法简单，通过将测得的液面数据经计算机计算后即可得出煤层气井的井底压力，施工简单、测试成本较低。

为实现上述技术目的，本发明实施例提供了一种煤层原位关键参数的观察井液面测试方法，根据煤层气井的地质资料在其周围设置至少一口观察井，并获取所述观察井的基础数据，利用光纤液面探测仪器对所述观察井的液面进行测试，获得观察井不同时间点的液面数据；将所获取的液面数据和观察井基础数据通过计算转换为所测观察井的井底压力数据，根据所测观察井的井底压力分布得出煤层气井开采煤层的储层参数。通过对多口观察井的井底压力数据进行分析，可以获得煤层气井周围的压力分布。

所述观察井设置多口，各观察井同所述煤层气井之间的间距不同或部分相同。

所述观察井为裸眼井或正常完井煤层气生产井。

所述液面探测仪器为光纤液面测试仪，通过光纤液面测试得到的井筒中液面深度、各点的温度、含气饱和度，并通过计算转化为井底压力。

所述煤层气储层参数包括压力降落波及范围、临界解吸压力、解吸范围、地层渗透率、煤层压力、地层中煤层气饱和度和裂缝方位及长度。

所述基础数据包括井号、地温梯度、井底温度、井深、矿化度、气水比、水相对密度、气体相对密度中的几种数据的组合。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

本发明具体实施简单，只需将软体光纤测试仪器下放至观察井内，就可以观测到观察井的液面、不同深度的含气饱和度、温度，然后通过观察井的基础数据和液面测试数据输入至计算机中进行迭代运算即可将所测数据转换为观察井的井底压力，其实施简单、方便。

本发明中，通过在煤层气井周围设置观察井，通过测量观察井内的液面变化，就可方便、准确的获得煤层中的参数，解决了现有技术中为了获得这些参数进行的试井技术困难，消除了其他试井方法带来的不确定性及其危害性。

观察井可以为裸眼井或正常完井煤层气生产井，当观察井为裸眼井时，观察井中不需要下放油管等，其节约了成本、简化了测量程序、方便了测量点的选择和测量的实施。当观察井为正常完井的生产井时，观察井在完成了临界解吸压力测试后可以转化为正常生产井进行生产，同时通过井型的转化节约了钻井成本。

本发明的测试方法与常规油井的液面测试方法相比具有以下几个方面区别：

(1)测试原理不同：常规油井的液面测试是利用的是声波反射原理，将声波反射时间差转化为液面深度，测试数据可转化为井底压力数据。而本发明的煤层气井的液面测试利用试光学原理，通过喇曼散射原理将测得的光信号转换为温度、深度、含气饱和度以及不同点的压力，既可以进行液面测试数据的压力转化，也可以直接进行井底压力测量。

(2)测试方式不同：常规油井的液面测试是通过回声仪进行测量，而本发明的煤层气井的液面测试通过光纤进行测试，从原理上讲，光学测量比声学测量更为精确。

(3)测试数据参数不同：常规油井的液面测试是结果只有液面的深度，煤层气井的液面测试不仅可以得到井筒中液面深度、各点的温度、含气饱和度，而且可以直接测的井底压力，本发明重点强调液面深度，是因为液面变化在现场工作制度中是一个直接的技术指标，并且有利于同常规油气井液面测试进行比较。

(4)折算井底压力的复杂程度不同。常规油井的液面测试得到的液面数据转化为井底压力，需要的流体性质变化较为简单，因为油套环空中的流体在正常生产状态下是处于相对稳定状态，可以用现在比较成熟的三段法进行计算。而本发明的煤层气的液面测试得到的液面数据转化为井底压力，需要的流体性质变化较为复杂，关键在于生产过程中油套环空中的流体分布是动态变化的，不能用常规油气井的液面三段法进行计算，必须利用光纤测量的温度及含气饱和度进行连续分布计算。

因此，煤层气的液面测试不同于常规油气井的液面测试，且常规油气井的液面测试方法几乎不能用于煤层气的液面测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中煤层气井周围设置一口观察井的示意图；

图2为本发明中煤层气井周围设置两口观察井的示意图；

图3为本发明中煤层气井周围设置三口观察井的示意图；

图4为本发明中煤层气井周围设置多口观察井的示意图；

图5为本发明中煤层气观察井中测得测试数据的示意图；

图6为本发明中煤层气井液面折算计算框图；

图7为实测观察井液面深度数据曲线图；

图8为对图7进行折算到井底压力数据曲线图。

图中：1、煤层气井2、观察井。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

具体测试方法如下：

根据煤层气井的地质资料在其周围设置至少一口观察井，并获取所述观察井的基础数据，利用光纤液面探测仪器对所述观察井的液面进行测试，获得观察井不同时间点的液面数据；将所获取的液面数据和观察井基础数据通过计算转换为所测观察井的井底压力数据，通过对井底压力数据进行分析，得出煤层气井开采煤层的储层参数；通过多口观察井的测试数据可以获得煤层气井周围的压力分布。液面探测仪器为光纤液面测试仪，通过光纤液面测试得到的井筒中液面深度、各点的温度、含气饱和度，并通过计算转化为井底压力。

其中的煤层气储层参数包括压力降落波及范围、临界解吸压力、解吸范围、地层渗透率、煤层压力、地层中煤层气饱和度和裂缝方位及长度等。

基础数据包括井号、地温梯度、井底温度、井深、矿化度、气水比、水相对密度、气体相对密度等。

观察井液面测试技术可以在生产井周围部署一口或多口观察井，观察井部署的多少与测试目的是密切相关的。观察井的部署示意图如图1-4所示。在煤层气井1周围设定的距离内设置一口或若干口观察井2，根据实际测量的需要，可将部分观察井2与煤层气井1之间设置为相同的距离、部分观察井2与煤层气井1之间设置为不同的距离，或者各个观察井2与煤层气井1之间的距离均不相同。通过不同距离的设置，可以得到不同位置的压力，从而确定出煤层气井周围的压力分布。

在观察井2中测试液面变化来进行无干扰的原位测试，根据实际测量的需求，这种测试可在煤层气开发过程中多次进行，可选择的进行单井测量或多井同时测量。观察井2中测试液面变化通过光纤液面测量方式进行测量，液面测试数据经计算后可转化为井底压力数据，获得观察井井点处的临界解吸压力值以及达到临界解吸压力的时间，从而得到煤层气解吸扩散范围拓展速度；获得煤层气井1周围的压力分布，通过观察井测试资料的数据资料分析，以得到煤层气井1内的煤层气储层参数，如压力降落波及范围、临界解吸压力、地层渗透率、地层中煤层气饱和度等。并且对于设置多口观察井，通过测试不同观察井内的参数，可得到煤层气井1在不同方向上解吸范围扩展的快慢，可反映出煤层的渗透性的方向性差异。观察井为多口井，生产井为压裂井时，通过多口井的测试资料分析可以判断出压裂井的裂缝方向，以利于生产布井。

如果测试目的只是获取地层渗透率和临界解吸压力，那么在生产井附近布置一口观察井即可，如图1所示。通过测量观察井液面变化，确定煤层中压力波的传播速度，从而确定煤层的原位渗透率。通过对观察井监测得到地层条件下煤层气解吸压力以及解吸范围的扩展规律。测试结果曲线如图5所示。

若测试目的除了获取地层渗透率和临界解吸压力外，还要得到不同方向上煤层的非均质性，那么在生产井附近需要布置两口或两口以上的观察井，观察井的位置需要通过地质资料分析得到，如图2-4所示。通过测量多口观察井液面变化，各观察井得到的测试曲线与图5所示曲线类似，只是关键时间点和压力变化幅值不同。通过对测试资料的分析可以确定不同方向煤层中压力波的传播速度，得到不同方向上煤层的原位渗透率，达到确定煤层非均质性定量描述的目的。

若对于压裂生产的煤层气井，如果测试目的除了获取地层渗透率和临界解吸压力外，还要得到煤层中人工压裂形成的裂缝方位和长度，那么在生产井附近需要布置两口或两口以上的观察井，观察井的位置需要通过地质资料分析得到，如图2-4所示。通过测量多口观察井液面变化，各观察井得到的测试曲线与图5所示曲线类似，只是关键时间点和压力变化幅值不同。通过对测试资料的分析可以确定不同方向煤层中压力波的传播速度，达到确定煤层中裂缝方位和长度的目的。

由液面计算井底压力的具体的计算流程如图6所示：

1)首先对所测观察井进行基础数据的测试，包括井号、地温梯度、井底温度、井深、矿化度、气水比、水相对密度、气体相对密度等；

2)然后通过光纤液面测试仪对观察井的液面进行测试，并获得液面测试数据；

3)对获取观察井井筒中的温度分布

井温梯度

式中：Tw-井底温度，Ts-液面温度，H-液注高度

井筒任意点的温度T_n＝T_s+h_n×dT

4)计算液面点的压力值p₀，液面点的压力为井口压力加上气柱产生的压力：

p₀＝p_t+ρ_ggh₀

式中：p_t-井口压力，ρ_g-气体的密度，h₀-液面深度

5)计算点n的压力值p_n

a)第n段的温度T_n＝T_s+dT·h_n；

b)计算煤层气在水中的溶解度Rs，首先判断Rs是否大于气水比，以确定混合流体的密度计算方法，分为不饱和、饱和及超饱和三种方法进行计算；

c)计算水的密度ρ_w，通过地层水(矿化水)密度计算公式和地层水的体积系数来确定；

d)计算气水混合物的密度ρ_c

井筒中该段水的密度

e)得到n点的压力值p_n

p_n＝p_n1+ρ_cg(h_n-h_n-1)。

6)按照步骤3的计算方法，逐点计算至井底p_N，即得到了井底压力值。

如图7和图8所示为实测液面深度数据及经计算机折算后的观察井井底压力数据曲线。图7中随时间的增加液面逐渐增加，液面大井口的距离即液面深度逐渐减小，表现为1条递减曲线。图8是折算后的井底压力曲线。从图8中可以看出，随液面深度的减小，井底压力增大。

需要说明的是：上述实施例中的观察井的分布只是为了描述本发明，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种煤层原位关键参数的观察井液面测试方法，根据煤层气井的地质资料在其周围设置至少一口观察井，并获取所述观察井的基础数据，其特征在于，

利用液面探测仪器对所述观察井的液面进行测试，获得观察井不同时间点的液面数据；将所获取的液面数据和观察井基础数据通过计算转换为所测观察井的井底压力数据，根据所测观察井的井底压力分布得出煤层气井开采煤层的储层参数，通过对各观察井的井底压力数据进行分析，获得煤层气井周围的压力分布；

所述液面探测仪器为光纤液面探测仪，通过光纤液面测试得到的井筒中液面深度、各点的温度、含气饱和度，并通过计算转化为井底压力。

2.根据权利要求1所述的煤层原位关键参数的观察井液面测试方法，其特征在于，

所述观察井设置多口，各观察井同所述煤层气井之间的间距不同或部分相同。

3.根据权利要求2所述的煤层原位关键参数的观察井液面测试方法，其特征在于，

所述观察井为裸眼井或正常完井煤层气生产井。

4.根据权利要求1所述的煤层原位关键参数的观察井液面测试方法，其特征在于，

所述煤层气储层参数包括压力降落波及范围、临界解吸压力、解吸范围、地层渗透率、煤层压力、地层中煤层气饱和度和裂缝方位及长度。

5.根据权利要求1所述的煤层原位关键参数的观察井液面测试方法，其特征在于，

所述基础数据包括井号、地温梯度、井底温度、井深、矿化度、气水比、水相对密度、气体相对密度中的几种数据的组合。