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摘 要：该文介绍了鹤岗地区煤层气井注入压降试井和原地应力测试方法应用及结果分析。笔者根据鹤岗地区区域构造复杂、断层多、围岩破碎严重等实际情况，优化测试过程，成功测得压降数据获得储层参数并对试井测试方法作出评价。
关键词：煤层气井 注入/压降试井 原地应力 储层参数
中图分类号：TE373 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0095-03
伴随着煤层气开采的逐步增加，煤层气试井技术在煤层气开采中的作用越加重要。注入/压降试井方法是煤储层参数测定的主要手段，相比于煤体结构与微裂缝观测法、压汞与低温液氮注入法等[1-3]，更能准确地反映储层的真实情况。其工作原理是通过改变井下压力造成压力扰动，通过观测井底压力随时间的变化规律来分析判断储层物性。
1 区域地质概述
鹤岗地区具有煤层厚、煤层气资源丰富的特点，前人先后在该地区进行了煤层气试井工作，普遍认为该区域内煤层气资源丰富，但由于区域构造破坏严重，水文地质条件复杂，围岩封闭性差等诸多不利因素，不利于煤层气的试井工作。如同前人所见，此次测试区范围内区域构造复杂、断层较多、围岩破碎严重、漏失段多。笔者结合以往试井经验和研究区地质环境，对测试过程作出一系列优化并成功测得地层参数。
2 试井设备
测试所采用的试井设备包括地面设备和井下设备两部分，其中地面设备包括注水泵、压力表、钢丝绞车等；井下设备主要有DDI存储式电子压力计、水力膨胀式封隔器和井下关井工具等。这套设备具有以下优点。
（1）采用水力膨胀式封隔器，坐封、解封操作方便。
（2）采用井下关井方式，有效降低了井筒储集效应对测试数据分析的影响。
（3）采用鋼丝绞车起下压力计，现场录取、采集数据快速灵活。
（4）采用DDI存储式电子压力计，操作简单方便，具有良好的稳定性和抗震性[4]。
3 试井方法
3.1 前期准备
（1）资料准备，收集录井和测井数据，通过煤层顶底板岩心描述和测井数据选择井径规则、岩性完好的位置坐封。
（2）通井循环，研究区域构造复杂，断层较多且围岩破碎，在试井测试前，进行通井循环直至测试煤层完全露出井下无碎屑堆积。下套管固定上部围岩并选择低固相至无固相钻井液，防止试井测试过程中井壁坍塌。
（3）设备检查，测试地区位于黑龙江北部，冬季室外温度在零下20℃～30℃，测试前必须克服恶劣的自然气候环境，在试井前对结冰处用开水浇灌并对水管部位进行加热处理防止冻结。
（4）丈量、记录下井管柱长度，并结合之前准备的录井测井数据和煤层顶底板岩性描述合理的安排封隔器坐封位置。
3.2 管柱下井
（1）根据试井设计下井管柱数据将测试管柱依次下井并对每根油管丝扣进行清理并涂抹密封油脂。
（2）安装防喷头和井口三通，连接地面试井设备。
（3）对测试管柱试压，试压10 MPa观察地面压力表，半小时后压力不降合格。
（4）顶替钻井液，上提工具串，顶替测试管柱和封隔器以下钻井液。
（5）封隔器坐封，关闭井口投球，胶筒膨胀坐封，当压力达到设定值时，停泵关闭井口，20 min压力稳定，证明封隔器坐封良好。
3.3 注入压降测试
设计注入时间必须大于井筒储集结束时间，根据文献[4]
为井筒储集结束时间，h；
S为表皮系数，%；
C为井筒储集系数，m3/MPa；
h为煤层有效厚度，m。
为注入时间，h；
为孔隙度，%；
μ为流体黏度，maP·s；
Ct为总压缩系数，MaP-1；
ri为探测半径，m；
K为煤层渗透率，mD。
为达到足够的测试半径，设计注入12.00 h，关井24.00 h。注入从较低的注入压力开始，小于破裂压力50%，以减小应力对煤层渗透率的影响。在注入初期压力不稳定，逐渐调节注入量待稳定后以较为稳定压力注入，持续注入12.00 h，不关闭注水泵，下放关井工具串，关井测试井底压力恢复情况。
3.4 原地应力测试
采用微型压裂法，将煤层压裂出小裂缝，以恒定排量向煤层注水。原地应力测试共做4个循环，用时2 h24 min。根据文献[5]注入持续时间分别为0.5 min、1 min、2 min、4 min，关井时间为20 min、30 min、30 min、40 min，并测得数据结果，原地应力实测压力曲线。
3.5 解封
通过现场录取压力计数据，满足资料分析的要求，上提测试管柱，在拉力的作用下剪短销钉，悬吊20 min，封隔器胶桶恢复原状后，上提测试管柱。
4 结果分析
4.1 注入压降试井分析
试井主要包括试井测试和试井解释两部分，该次试井测试采用半对数Horner拟合分析法和双对数拟合分析法相结合，并辅以压力历史拟合检验，对地层渗透率、储层压力、表皮系数等进行分析。
4.1.1 流动阶段划分
绘制煤层注入/压降试井流动阶段划分曲线图，在注入前期为注入排量调整阶段此时压力不稳定，待到中、后期为稳定注入阶段，此时排量基本稳定不变；同时观测关井阶段压力恢复曲线正常，由此可见在压降初期曲线光滑，关井压降后期压力基本稳定不变，符合压降曲线特征。正因为注入阶段压力不稳定不能有效反映出煤储层参数与压力变化之间的关系，因此在注入/压降试井中压降曲线的分析最具代表性，这里选择关井压降阶段的压力数据进行分析。 4.1.2 双对数拟合分析
对测得试井数据进行双对数拟合分析，根据双对数曲线所反映的特征，分析选取具有对应井筒储集效应及表皮系数的储层模型进行试井解释。实测压力及压力导数曲线分别表示压力随时间的变化，对双对数曲线初拟合划分流动阶段，早期表现为单位斜率直线段，为早期井储段；之后表现为过渡段特征；井储结束后出现水平直线段，表现为径向流特征。试井解释中通常先利用双对数压力及其导数曲线对煤层气井储层参数进行初步估算，求得表皮系数、渗透率、储层压力等参数。
4.1.3 半对数拟合分析
对所测得试井压力数据进行半对数拟合分析，可以看出井筒储集段、径向流段各段特征明显，说明所选取的模型合理。由于半对数试井分析方法基于寻求直线段的线性关系，因此在直线段的寻求上具有较大的人为影响因素。在试井测试中常作为双对数曲线模型解释的进一步精确验证。而在双对数拟合分析图中，压差曲线对压力的细微变化并不敏感，且导数曲线可能会受噪声影响；但在半对数叠加坐标Y轴中，压力响应特征的确定得到了很好的改善，而不受光滑处理等手段的影响[6]。因此双对数拟合分析与半对数拟合分析相互验证相互检验。从以上分析情况看，两种拟合分析方法结果一致，说明分析解释结果真实可靠。
4.1.4 压力历史拟合检验
压力历史拟合检验曲线是对整个测试过程的解释模板，通常用作结合双对数、半对数拟合分析对解释结果作出检验。测试压力经历史拟合检验，解释结果合理准确，证明所选试井解释模板正确。
4.2 原地应力測试分析
煤层的闭合压力，是压裂设计所必须的参数之一。选取原地应力测试中较好的一到两个循环，对其压降段数据进行分析求取闭合压力。在煤层原地应力实测压力曲线4个循环中选取破裂闭合较好的第1循环，对第1循环进行了分析，闭合压力分析曲线，采用时间平方根法分析其关井段的压力数据并求取闭合压力值：对这组数据做井底关井压力Pws—关系曲线，在压降的初期阶段出现一条直线段，偏离该直线的点对应的压力即为裂缝闭合压力。在第一循环闭合压力时间平方根图上线性关系明显，测得此次试井所对应的闭合压力为14.38 MPa。
4.3 储层参数评价
4.3.1 煤层渗透率
煤层渗透率，表示煤层气在煤层中运移的难易程度，煤层渗透率越高，则表示煤层气在煤层中运移状态越好，越便于煤层气开采[7]。此次试井鹤岗地区煤层的渗透率为0.147 md。渗透率较低，不利于该区域煤层气后续的开采工作，可采用水力压裂提高煤层气井产能。
4.3.2 煤层储层压力
煤层储层压力是作用于煤层孔隙裂隙间的流体压力，储层压力越大越有利于煤层气井的开采[8]，鹤岗地区煤层的储层压力为5.6 MPa，储层压力梯度为5.47×10-3 MPa/m。研究区属于低压储层，对煤层气的开采有一定的影响。
4.3.3 闭合压力
煤层的闭合压力反映了由于打压张开的煤层裂缝恰好没有闭合时的压力值。鹤岗地区煤层的闭合压力为14.38 MPa；应力梯度为1.40×10-2 MPa/m。鹤岗研究区煤层处在较低应力场中。
5 讨论
5.1 试井技术评价
（1）注入系统采用高压三缸清水泵，操作方便易于控制，地面配备压力表可同时记录注入压力与注入流量。
（2）坐封封隔器采用水力膨胀式封隔器，试井测试中坐封解封操作方便。
（3）关井采用井下关井方式，可方便地实现井底关井，有效地降低了井筒储集效应对测试的影响[9]。
（4）录取数据采用加拿大DDI-T-150系列存储式电子压力计，技术参数指标精度高，具有良好的稳定性和抗震性，录取数据准确可靠。
（5）地面压力数据记录采用压力表记录地面压力，方便直观，便于对注入压力和注入流量的掌控，实现了压力与流量的同步记录。
（6）资料解释采用Saphir 3.20试井分析专用软件，结合半对数、双对数拟合分析法和压力历史拟合曲线分析方法，对分析结果进行检验。
5.2 测试中注意事项
（1）注意前期测试准备，主要包括测试前进行通井循环，确保管柱顺利起下，煤层顶底板资料收集，测试装置的数据连接，初始压力校准、入井前的地面试压，以及井内的密封校对。
（2）为防止注入的流体伤害地层，把取自被测试层位的地层水回注到测试井中是最理想的，或者选用与地层和气藏流体相容的淡水，不可用含砂石过多的泥浆，有可能造成物理、化学伤害，影响渗透率测试准确度。
（3）最大注入压力要低于煤层破裂压力的80%，防止在注入过程中造成煤层破裂，影响试井数据测试精度。
（4）对于注水时间的要求，从理论上来说，要获得最具代表性的参数，需要恒量注入的时间尽可能长，一般说来渗透率愈低，要求的注水时间愈长。从井筒安全和经济角度考虑，注水时间不能太长，但不应少于8 h，如果进水量过少，在注水压力足够的情况下应适当增加注入时间。
（5）在试井测试过程中，起下管柱应缓慢平稳，防止由于管柱与吊卡或井壁碰撞造成封隔器解封，导致测试失败。
参考文献
[1] 董健，胡均.煤层气井试井施工常见问题与对策[J].中国石油和化工标准与质量，2013，34（4）：121-122，133.
[2] 张裕虎，曲鹏程.注入/压降试井方法在煤层气井中的应用及其结果分析[J].中国煤层气，2013，10（5）：34-39.
[3] 赵培华，刘曰武，鹿倩，等.煤层气测试力法的分析评价[J].油气井测试，2010，19（6）：12-18，82.
[4] 杨新辉，王盼，王晨，等.存储式电子压力计在煤层气试井中的应用[J].陕西煤炭，2012（3）：67-68.
[5] GB/T 24504-2009，煤层气井注入/压降试井方法[S].
[6] 张裕虎，曲鹏程.注入/压降试井方法在煤层气井中的应用分析[J].油气井测试，2015，24（1）：20-22，76.
[7] 任平.基于试井结果的煤层气资源开发潜力评价—以贵州某矿区为例[J].工业技术，2015（20）：135.
[8] 傅雪海，秦勇，韦重韬.煤层气地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
[9] 安杰，杨振东.低压煤储层注入/压降试井存在的问题及分析方法研[A].2013年煤层气学术研讨会论文集[C].2013.
关键词：煤层气井 注入/压降试井 原地应力 储层参数
中图分类号：TE373 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0095-03
伴随着煤层气开采的逐步增加，煤层气试井技术在煤层气开采中的作用越加重要。注入/压降试井方法是煤储层参数测定的主要手段，相比于煤体结构与微裂缝观测法、压汞与低温液氮注入法等[1-3]，更能准确地反映储层的真实情况。其工作原理是通过改变井下压力造成压力扰动，通过观测井底压力随时间的变化规律来分析判断储层物性。
1 区域地质概述
鹤岗地区具有煤层厚、煤层气资源丰富的特点，前人先后在该地区进行了煤层气试井工作，普遍认为该区域内煤层气资源丰富，但由于区域构造破坏严重，水文地质条件复杂，围岩封闭性差等诸多不利因素，不利于煤层气的试井工作。如同前人所见，此次测试区范围内区域构造复杂、断层较多、围岩破碎严重、漏失段多。笔者结合以往试井经验和研究区地质环境，对测试过程作出一系列优化并成功测得地层参数。
2 试井设备
测试所采用的试井设备包括地面设备和井下设备两部分，其中地面设备包括注水泵、压力表、钢丝绞车等；井下设备主要有DDI存储式电子压力计、水力膨胀式封隔器和井下关井工具等。这套设备具有以下优点。
（1）采用水力膨胀式封隔器，坐封、解封操作方便。
（2）采用井下关井方式，有效降低了井筒储集效应对测试数据分析的影响。
（3）采用鋼丝绞车起下压力计，现场录取、采集数据快速灵活。
（4）采用DDI存储式电子压力计，操作简单方便，具有良好的稳定性和抗震性[4]。
3 试井方法
3.1 前期准备
（1）资料准备，收集录井和测井数据，通过煤层顶底板岩心描述和测井数据选择井径规则、岩性完好的位置坐封。
（2）通井循环，研究区域构造复杂，断层较多且围岩破碎，在试井测试前，进行通井循环直至测试煤层完全露出井下无碎屑堆积。下套管固定上部围岩并选择低固相至无固相钻井液，防止试井测试过程中井壁坍塌。
（3）设备检查，测试地区位于黑龙江北部，冬季室外温度在零下20℃～30℃，测试前必须克服恶劣的自然气候环境，在试井前对结冰处用开水浇灌并对水管部位进行加热处理防止冻结。
（4）丈量、记录下井管柱长度，并结合之前准备的录井测井数据和煤层顶底板岩性描述合理的安排封隔器坐封位置。
3.2 管柱下井
（1）根据试井设计下井管柱数据将测试管柱依次下井并对每根油管丝扣进行清理并涂抹密封油脂。
（2）安装防喷头和井口三通，连接地面试井设备。
（3）对测试管柱试压，试压10 MPa观察地面压力表，半小时后压力不降合格。
（4）顶替钻井液，上提工具串，顶替测试管柱和封隔器以下钻井液。
（5）封隔器坐封，关闭井口投球，胶筒膨胀坐封，当压力达到设定值时，停泵关闭井口，20 min压力稳定，证明封隔器坐封良好。
3.3 注入压降测试
设计注入时间必须大于井筒储集结束时间，根据文献[4]
为井筒储集结束时间，h；
S为表皮系数，%；
C为井筒储集系数，m3/MPa；
h为煤层有效厚度，m。
为注入时间，h；
为孔隙度，%；
μ为流体黏度，maP·s；
Ct为总压缩系数，MaP-1；
ri为探测半径，m；
K为煤层渗透率，mD。
为达到足够的测试半径，设计注入12.00 h，关井24.00 h。注入从较低的注入压力开始，小于破裂压力50%，以减小应力对煤层渗透率的影响。在注入初期压力不稳定，逐渐调节注入量待稳定后以较为稳定压力注入，持续注入12.00 h，不关闭注水泵，下放关井工具串，关井测试井底压力恢复情况。
3.4 原地应力测试
采用微型压裂法，将煤层压裂出小裂缝，以恒定排量向煤层注水。原地应力测试共做4个循环，用时2 h24 min。根据文献[5]注入持续时间分别为0.5 min、1 min、2 min、4 min，关井时间为20 min、30 min、30 min、40 min，并测得数据结果，原地应力实测压力曲线。
3.5 解封
通过现场录取压力计数据，满足资料分析的要求，上提测试管柱，在拉力的作用下剪短销钉，悬吊20 min，封隔器胶桶恢复原状后，上提测试管柱。
4 结果分析
4.1 注入压降试井分析
试井主要包括试井测试和试井解释两部分，该次试井测试采用半对数Horner拟合分析法和双对数拟合分析法相结合，并辅以压力历史拟合检验，对地层渗透率、储层压力、表皮系数等进行分析。
4.1.1 流动阶段划分
绘制煤层注入/压降试井流动阶段划分曲线图，在注入前期为注入排量调整阶段此时压力不稳定，待到中、后期为稳定注入阶段，此时排量基本稳定不变；同时观测关井阶段压力恢复曲线正常，由此可见在压降初期曲线光滑，关井压降后期压力基本稳定不变，符合压降曲线特征。正因为注入阶段压力不稳定不能有效反映出煤储层参数与压力变化之间的关系，因此在注入/压降试井中压降曲线的分析最具代表性，这里选择关井压降阶段的压力数据进行分析。 4.1.2 双对数拟合分析
对测得试井数据进行双对数拟合分析，根据双对数曲线所反映的特征，分析选取具有对应井筒储集效应及表皮系数的储层模型进行试井解释。实测压力及压力导数曲线分别表示压力随时间的变化，对双对数曲线初拟合划分流动阶段，早期表现为单位斜率直线段，为早期井储段；之后表现为过渡段特征；井储结束后出现水平直线段，表现为径向流特征。试井解释中通常先利用双对数压力及其导数曲线对煤层气井储层参数进行初步估算，求得表皮系数、渗透率、储层压力等参数。
4.1.3 半对数拟合分析
对所测得试井压力数据进行半对数拟合分析，可以看出井筒储集段、径向流段各段特征明显，说明所选取的模型合理。由于半对数试井分析方法基于寻求直线段的线性关系，因此在直线段的寻求上具有较大的人为影响因素。在试井测试中常作为双对数曲线模型解释的进一步精确验证。而在双对数拟合分析图中，压差曲线对压力的细微变化并不敏感，且导数曲线可能会受噪声影响；但在半对数叠加坐标Y轴中，压力响应特征的确定得到了很好的改善，而不受光滑处理等手段的影响[6]。因此双对数拟合分析与半对数拟合分析相互验证相互检验。从以上分析情况看，两种拟合分析方法结果一致，说明分析解释结果真实可靠。
4.1.4 压力历史拟合检验
压力历史拟合检验曲线是对整个测试过程的解释模板，通常用作结合双对数、半对数拟合分析对解释结果作出检验。测试压力经历史拟合检验，解释结果合理准确，证明所选试井解释模板正确。
4.2 原地应力測试分析
煤层的闭合压力，是压裂设计所必须的参数之一。选取原地应力测试中较好的一到两个循环，对其压降段数据进行分析求取闭合压力。在煤层原地应力实测压力曲线4个循环中选取破裂闭合较好的第1循环，对第1循环进行了分析，闭合压力分析曲线，采用时间平方根法分析其关井段的压力数据并求取闭合压力值：对这组数据做井底关井压力Pws—关系曲线，在压降的初期阶段出现一条直线段，偏离该直线的点对应的压力即为裂缝闭合压力。在第一循环闭合压力时间平方根图上线性关系明显，测得此次试井所对应的闭合压力为14.38 MPa。
4.3 储层参数评价
4.3.1 煤层渗透率
煤层渗透率，表示煤层气在煤层中运移的难易程度，煤层渗透率越高，则表示煤层气在煤层中运移状态越好，越便于煤层气开采[7]。此次试井鹤岗地区煤层的渗透率为0.147 md。渗透率较低，不利于该区域煤层气后续的开采工作，可采用水力压裂提高煤层气井产能。
4.3.2 煤层储层压力
煤层储层压力是作用于煤层孔隙裂隙间的流体压力，储层压力越大越有利于煤层气井的开采[8]，鹤岗地区煤层的储层压力为5.6 MPa，储层压力梯度为5.47×10-3 MPa/m。研究区属于低压储层，对煤层气的开采有一定的影响。
4.3.3 闭合压力
煤层的闭合压力反映了由于打压张开的煤层裂缝恰好没有闭合时的压力值。鹤岗地区煤层的闭合压力为14.38 MPa；应力梯度为1.40×10-2 MPa/m。鹤岗研究区煤层处在较低应力场中。
5 讨论
5.1 试井技术评价
（1）注入系统采用高压三缸清水泵，操作方便易于控制，地面配备压力表可同时记录注入压力与注入流量。
（2）坐封封隔器采用水力膨胀式封隔器，试井测试中坐封解封操作方便。
（3）关井采用井下关井方式，可方便地实现井底关井，有效地降低了井筒储集效应对测试的影响[9]。
（4）录取数据采用加拿大DDI-T-150系列存储式电子压力计，技术参数指标精度高，具有良好的稳定性和抗震性，录取数据准确可靠。
（5）地面压力数据记录采用压力表记录地面压力，方便直观，便于对注入压力和注入流量的掌控，实现了压力与流量的同步记录。
（6）资料解释采用Saphir 3.20试井分析专用软件，结合半对数、双对数拟合分析法和压力历史拟合曲线分析方法，对分析结果进行检验。
5.2 测试中注意事项
（1）注意前期测试准备，主要包括测试前进行通井循环，确保管柱顺利起下，煤层顶底板资料收集，测试装置的数据连接，初始压力校准、入井前的地面试压，以及井内的密封校对。
（2）为防止注入的流体伤害地层，把取自被测试层位的地层水回注到测试井中是最理想的，或者选用与地层和气藏流体相容的淡水，不可用含砂石过多的泥浆，有可能造成物理、化学伤害，影响渗透率测试准确度。
（3）最大注入压力要低于煤层破裂压力的80%，防止在注入过程中造成煤层破裂，影响试井数据测试精度。
（4）对于注水时间的要求，从理论上来说，要获得最具代表性的参数，需要恒量注入的时间尽可能长，一般说来渗透率愈低，要求的注水时间愈长。从井筒安全和经济角度考虑，注水时间不能太长，但不应少于8 h，如果进水量过少，在注水压力足够的情况下应适当增加注入时间。
（5）在试井测试过程中，起下管柱应缓慢平稳，防止由于管柱与吊卡或井壁碰撞造成封隔器解封，导致测试失败。
参考文献
[1] 董健，胡均.煤层气井试井施工常见问题与对策[J].中国石油和化工标准与质量，2013，34（4）：121-122，133.
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[6] 张裕虎，曲鹏程.注入/压降试井方法在煤层气井中的应用分析[J].油气井测试，2015，24（1）：20-22，76.
[7] 任平.基于试井结果的煤层气资源开发潜力评价—以贵州某矿区为例[J].工业技术，2015（20）：135.
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[9] 安杰，杨振东.低压煤储层注入/压降试井存在的问题及分析方法研[A].2013年煤层气学术研讨会论文集[C].2013.