CN116990189A - 煤层碳封存潜力评价测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤层碳封存潜力评价测试方法及系统，属于油气田开发领域。为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供煤层碳封存潜力评价测试方法及系统，包括获取煤层的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度、岩石力学参数、流体粘度；对煤层进行负压射孔作业，获得原始地层压力、游离态气体饱和度；对煤层进行微型压裂测试，获得裂缝闭合压力、拟压力与拟时间的关系；对煤层进行多轮次注水/压力降落测试，获取井底压力与煤层平均渗透率的关系；根据裂缝闭合压力、井底平均压力与拟时间的关系、井底压力与煤层平均渗透率的关系确定单井理论二氧化碳最大封存体积。本方法考虑煤层注气破裂压力和渗透率变化等重要因素，碳封存潜力评价的结果更为可靠。
Description
技术领域
本发明涉及煤层碳封存潜力评价测试方法及系统，属于油气田开发领域。
背景技术
二氧化碳地质埋存技术是推动实现碳中和目标的关键。煤与二氧化碳的吸附作用力远大于甲烷，在相同的压力下，煤对二氧化碳的吸附量是甲烷的18-28倍，碳埋存的同时达到提高煤层气采收率的目的。二氧化碳在煤层中的“优先”吸附特征是煤层作为永久地质埋存的重要因素，业内认为是适宜永久封存二氧化碳的场所。但将大量二氧化碳注入煤层必影响地层物性及流体渗流特征，注入过程煤层物性变化规律同时受多种因素影响，煤层碳封存潜力评价技术难度大且尚未形成有效的方法。
目前煤层碳封存潜力评价主要采用容积法和数值模拟方法来计算煤层的碳封存量，缺乏考虑煤层注入过程割理膨胀等现象，该类方法本质上没有考虑二氧化碳注入过程物性变化，难以适用于煤层二氧化碳封存潜力评价。
为了弥补当前技术的缺陷，本发明基于煤层气井一系列现场测试流程，提供了一种煤层碳封存潜力评价方法。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供煤层碳封存潜力评价测试方法及系统。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：煤层碳封存潜力评价测试方法及系统，包括：
获取煤层的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度、岩石力学参数、流体粘度；
对煤层的注气层进行负压射孔作业，获得煤层的原始地层压力、游离态气体饱和度；
对煤层进行微型压裂测试，获得裂缝闭合压力、拟压力与拟时间的关系；
对煤层进行多轮次注水/压力降落测试，获取井底压力与煤层平均渗透率的关系；
根据裂缝闭合压力、井底平均压力与拟时间的关系、井底压力与煤层平均渗透率的关系确定单井理论二氧化碳最大封存体积。
进一步的技术方案是，获取煤层的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度、岩石力学参数、流体粘度包括：
获取煤层的岩心样品和流体样品；
在实验室测取岩心的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度、岩石力学参数及气体吸附参数；
测量流体样品的流体粘度。
进一步的技术方案是，所述岩石力学参数包括岩石密度、杨氏模量、泊松比，气体吸附参数包括二氧化碳朗格缪尔吸附量参数、甲烷朗格缪尔吸附量参数。
进一步的技术方案是，对煤层的注气层位进行负压射孔作业，获得煤层的原始地层压力、游离态气体饱和度包括：
下入井下压力计至煤层的注气层；
利用密闭型射孔装置对注气层位进行负压射孔作业，记录射孔后的压力数据；
根据射孔后的压力数据确定煤层的原始地层压力；
作业施工完毕后观察流体样品确定煤层的游离态气体饱和度。
进一步的技术方案是，对煤层进行微型压裂测试，获得裂缝闭合压力、拟压力与拟时间的关系包括：
对煤层进行微型压裂测试获得微型压裂测试数据；
根据微型压裂测试数据，并利用G函数曲线分析获取裂缝闭合压力；
根据微型压裂测试数确定拟压力和拟时间；
在双对数坐标图上分别绘制拟压力和拟压力导数与拟时间的关系。
进一步的技术方案是，所述拟压力和拟时间的计算式分别为：
式中：是在某个压力p下的拟压力，psi·md；/>是在某个压力p下的孔隙度；/>是在某个压力p下的渗透率，md；p是压力，psi；/>是参考压力，psi；
式中：是拟时间，hour；/>是原始孔隙度；/>是在某个压力p下的孔隙度；/>是原始渗透率，md；/>是在某个压力p下的渗透率，md；/>是原始地层压力，psi；p是压力，psi；是地层平均压力；/>是原始综合压缩系数，psi-1；/>是在某个压力p下的综合压缩系数，psi-1；t是关井时间，hour。
进一步的技术方案是，对煤层进行多轮次注水/压力降落测试，获取井底压力与煤层平均渗透率的关系包括：
对煤层进行多轮次注水/压力降落测试获得整个过程的井底压力数据；
根据井底压力数据计算煤层平均渗透率；
根据井底压力数据与计算得到的煤层平均渗透率确定井底压力与煤层平均渗透率的关系。
进一步的技术方案是，所述煤层平均渗透率的计算公式为：
式中：是在井底压力p wf下的渗透率，md；/>是孔隙度；q inj是关井前注水量，STB/day；B是水体积系数m3/m3；/>是原始孔隙度；μ是水黏度，cp；h是地层厚度，ft；p wf是井底压力，psi；/>是拟时间，hour。
进一步的技术方案是，根据裂缝闭合压力、井底平均压力与拟时间的关系、井底压力与煤层平均渗透率的关系确定单井理论二氧化碳最大封存体积包括：
根据游离态气体饱和度确定甲烷组分的比例；
根据井底平均压力与拟时间的关系确定裂缝闭合压力对应的拟时间；
根据井底压力与煤层平均渗透率的关系确定裂缝闭合压力对应的煤层平均渗透率；
最后通过下式计算单井理论二氧化碳最大封存体积；
式中：G是最大封存体积，m3；是裂缝闭合压力对应的煤层平均渗透率，md；/>是气体相对渗透率；S w是残余水饱和度；S g是气体饱和度；/>是甲烷组分的比例；μ是水黏度，cp；/>是原始综合压缩系数，psi-1；h是地层厚度，m；r w是井筒半径，cm；/>是煤层岩石的密度，kg/m3；V T是二氧化碳朗格缪尔吸附量参数，m3/kg；/>是裂缝闭合压力对应的拟时间，hour；/>是孔隙度。
煤层碳封存潜力评价测试系统，包括：
数据存储单元，用于存储煤层的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度、岩石力学参数、流体粘度、原始地层压力、游离态气体饱和度、裂缝闭合压力、微型压裂测试数据和井底压力数据；
微型压裂测试数据处理单元，用于将微型压裂测试数据转换为拟压力与拟时间的关系；
井底压力数据处理单元，用于将井底压力数据转化为井底压力与煤层平均渗透率的关系；
单井理论二氧化碳最大封存体积计算单元，用于计算单井理论二氧化碳最大封存体积。
本发明具有以下有益效果：本发明提出煤层碳封存潜力评价测试方法及系统，是一套在煤层实施碳封存过程前评估封存潜力的方法。整套流程使用的是现场测试资料获取地层原始状态下的物性参数及流体参数，相关参数能够更为准确地评价二氧化碳封存量。相比于传统实验室测试法或者数值模拟法，本方法考虑煤层注气破裂压力和渗透率变化等重要因素，碳封存潜力评价的结果更为可靠。
附图说明
图1为实施例中拟压力和拟压力导数与拟时间的关系图；
图2为常规压力诊断曲线图；
图3为实施例中井底压力与煤层平均渗透率的关系图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的煤层碳封存潜力评价测试方法及系统，包括以下步骤：
步骤101、从煤层的注气层位钻取岩样，将岩样中获取标准岩心，在实验室测取岩心的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度及岩石力学参数，同时测量流体样品的流体黏度；
步骤102、下入井下压力计至目标地层，利用密闭型射孔装置对注气层位进行负压射孔作业，记录射孔后的压力数据，确定煤层的原始地层压力，作业施工完毕后观察流体样品确定煤层的游离态气体饱和度；
步骤103、进行微型压裂测试，井下压力计记录注水压裂阶段与关井阶段过程的井底压力数据；根据注水压裂测试曲线分析获取地层的闭合压力，由定义的拟函数诊断地层渗透率变化规律，并确定拟压力与拟时间的关系；
式中：是在某个压力p下的拟压力，psi·md；/>是在某个压力p下的孔隙度；/>是在某个压力p下的渗透率，md；p是压力，psi；/>是参考压力，psi；
式中：是拟时间，hour；/>是原始孔隙度；/>是在某个压力p下的孔隙度；/>是原始渗透率，md；/>是在某个压力p下的渗透率，md；/>是原始地层压力，psi；p是压力，psi；是地层平均压力；/>是原始综合压缩系数，psi-1；/>是在某个压力p下的综合压缩系数，psi-1；t是关井时间，hour；
步骤104、进行多轮次注水/压力降落测试作业，注水过程的注入速度应保持尽量稳定，井下压力计记录整个过程的井底压力数据；每个注水周期的压力降落阶段的压力数据用于获取井底压力与煤层平均渗透率的关系；
式中：是在井底压力p wf下的渗透率，md；/>是孔隙度；q inj是关井前注水量，STB/day；B是水体积系数m3/m3；/>是原始孔隙度；μ是水黏度，cp；h是地层厚度，ft；p wf是井底压力，psi；/>是拟时间，hour。
步骤105、根据地层的闭合压力约束注入井底压力，计算对应的煤层平均渗透率和拟时间，再计算单井理论二氧化碳最大封存体积；
式中：G是最大封存体积，m3；是裂缝闭合压力对应的煤层平均渗透率，md；/>是气体相对渗透率；S w是残余水饱和度；S g是气体饱和度；/>是甲烷组分的比例；μ是水黏度，cp；/>是原始综合压缩系数，psi-1；h是地层厚度，m；r w是井筒半径，cm；/>是煤层岩石的密度，kg/m3；V T是二氧化碳朗格缪尔吸附量参数，m3/kg；/>是裂缝闭合压力对应的拟时间，hour；/>是孔隙度。
煤层碳封存潜力评价测试系统，包括：
数据存储单元，用于存储煤层的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度、岩石力学参数、流体粘度、原始地层压力、游离态气体饱和度、裂缝闭合压力、微型压裂测试数据和井底压力数据；
微型压裂测试数据处理单元，用于将微型压裂测试数据转换为拟压力与拟时间的关系；
井底压力数据处理单元，用于将井底压力数据转化为井底压力与煤层平均渗透率的关系；
单井理论二氧化碳最大封存体积计算单元，用于计算单井理论二氧化碳最大封存体积。
实施例
目标煤层气藏厚度为4 m，分析地下层位获取岩心样品和流体样品，在实验室内测取岩心的压缩系数为1.45e-7 kPa-1和裂缝孔隙度为0.001，原始渗透率为3.65 md，测量流体样品的黏度为0.607 cp。实验室测量获取的岩石密度为1537 kg/m3，杨氏模量为353210psi，泊松比为0.21，二氧化碳朗格缪尔吸附量参数为0.024 m3/kg，甲烷朗格缪尔吸附量参数为0.012 m3/kg。
射孔装置对目标层位进行负压射孔作业，得到煤层的原始地层压力1150 psi，观察流体样品估算煤层的游离态气体饱和度为0。
根据微型压裂测试数据，利用G函数曲线分析获取裂缝闭合压力为3330 psi；
在双对数坐标图上分别绘制拟压力和拟压力导数与拟时间的关系图（如图1所示），对比常规的压力和压力导数与时间的关系曲线（如图2所示），可以判断煤层物性在注入过程有明显的变化。
注入井进行注水/压力降落测试作业；以300 L/min注入速度注入100吨水，随后关井72小时，井下压力计记录整个过程的井底压力数据。注水周期的压力降落阶段的压力数据计算拟时间数据，获取井底压力与煤层平均渗透率的关系图（如图3所示）；
在维持测试期间注入速度且井底压力不超过破裂压力时，计算得到单井理论二氧化碳地下最大封存体积为8038 m3。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.煤层碳封存潜力评价测试方法，其特征在于，包括：
获取煤层的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度、岩石力学参数、流体粘度；
对煤层的注气层进行负压射孔作业，获得煤层的原始地层压力、游离态气体饱和度；
对煤层进行微型压裂测试，获得裂缝闭合压力、拟压力与拟时间的关系；
对煤层进行多轮次注水/压力降落测试，获取井底压力与煤层平均渗透率的关系；
根据裂缝闭合压力、井底平均压力与拟时间的关系、井底压力与煤层平均渗透率的关系确定单井理论二氧化碳最大封存体积。
2.根据权利要求1所述的煤层碳封存潜力评价测试方法，其特征在于，获取煤层的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度、岩石力学参数、气体吸附参数、流体粘度包括：
获取煤层的岩心样品和流体样品；
在实验室测取岩心的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度及岩石力学参数；
测量流体样品的流体粘度。
3.根据权利要求2所述的煤层碳封存潜力评价测试方法，其特征在于，所述岩石力学参数包括岩石密度、杨氏模量、泊松比，所述气体吸附参数包括二氧化碳朗格缪尔吸附量参数、甲烷朗格缪尔吸附量参数。
4.根据权利要求1所述的煤层碳封存潜力评价测试方法，其特征在于，对煤层的注气层位进行负压射孔作业，获得煤层的原始地层压力、游离态气体饱和度包括：
下入井下压力计至煤层的注气层；
利用密闭型射孔装置对注气层位进行负压射孔作业，记录射孔后的压力数据；
根据射孔后的压力数据确定煤层的原始地层压力；
作业施工完毕后观察流体样品确定煤层的游离态气体饱和度。
5.根据权利要求1所述的煤层碳封存潜力评价测试方法，其特征在于，对煤层进行微型压裂测试，获得裂缝闭合压力、拟压力与拟时间的关系包括：
对煤层进行微型压裂测试获得微型压裂测试数据；
根据微型压裂测试数据，并利用G函数曲线分析获取裂缝闭合压力；
根据微型压裂测试数确定拟压力和拟时间；
在双对数坐标图上分别绘制拟压力和拟压力导数与拟时间的关系。
6.根据权利要求5所述的煤层碳封存潜力评价测试方法，其特征在于，所述拟压力和拟时间的计算式分别为：
式中：是在某个压力p下的拟压力，psi·md；/>是在某个压力p下的孔隙度；是在某个压力p下的渗透率，md；p是压力，psi；/>是参考压力，psi；
式中：是拟时间，hour；/>是原始孔隙度；/>是在某个压力p下的孔隙度；/>是原始渗透率，md；/>是在某个压力p下的渗透率，md；/>是原始地层压力，psi；p是压力，psi；/>是地层平均压力；/>是原始综合压缩系数，psi -1；/>是在某个压力p下的综合压缩系数，psi -1；t是关井时间，hour。
7.根据权利要求1所述的煤层碳封存潜力评价测试方法，其特征在于，对煤层进行多轮次注水/压力降落测试，获取井底压力与煤层平均渗透率的关系包括：
对煤层进行多轮次注水/压力降落测试获得整个过程的井底压力数据；
根据井底压力数据计算煤层平均渗透率；
根据井底压力数据与计算得到的煤层平均渗透率确定井底压力与煤层平均渗透率的关系。
8.根据权利要求7所述的煤层碳封存潜力评价测试方法，其特征在于，所述煤层平均渗透率的计算公式为：
式中：是在井底压力p wf下的渗透率，md；/>是孔隙度；q inj是关井前注水量，STB/day；B是水体积系数m3/m3；/>是原始孔隙度；μ是水黏度，cp；h是地层厚度，ft；p wf是井底压力，psi；/>是拟时间，hour。
9.根据权利要求1所述的煤层碳封存潜力评价测试方法，其特征在于，根据裂缝闭合压力、井底平均压力与拟时间的关系、井底压力与煤层平均渗透率的关系确定单井理论二氧化碳最大封存体积包括：
根据游离态气体饱和度确定甲烷组分的比例；
根据井底平均压力与拟时间的关系确定裂缝闭合压力对应的拟时间；
根据井底压力与煤层平均渗透率的关系确定裂缝闭合压力对应的煤层平均渗透率；
最后通过下式计算单井理论二氧化碳最大封存体积；
式中：G是最大封存体积，m3；是裂缝闭合压力对应的煤层平均渗透率，md；/>是气体相对渗透率；S w是残余水饱和度；S g是气体饱和度；/>是甲烷组分的比例；μ是水黏度，cp；/>是原始综合压缩系数，psi -1；h是地层厚度，m；r w是井筒半径，cm；/>是煤层岩石的密度，kg/m3；V T是二氧化碳朗格缪尔吸附量参数，m3/kg；/>是裂缝闭合压力对应的拟时间，hour；/>是孔隙度。
10.煤层碳封存潜力评价测试系统，其特征在于，包括：
数据存储单元，用于存储煤层的压缩系数、气水相对渗透率、孔隙度、岩石力学参数、流体粘度、原始地层压力、游离态气体饱和度、裂缝闭合压力、微型压裂测试数据和井底压力数据；
微型压裂测试数据处理单元，用于将微型压裂测试数据转换为拟压力与拟时间的关系；
井底压力数据处理单元，用于将井底压力数据转化为井底压力与煤层平均渗透率的关系；
单井理论二氧化碳最大封存体积计算单元，用于计算单井理论二氧化碳最大封存体积。
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