中国煤田地质COAL GEOLO GY OF CHINAVol.12No.1Mar.2000第12卷1期2000年3月作者简介:曹立刚,男,高级工程师,煤层甲烷气开发中心主任。
收稿日期:1999—09—13编辑:葛晓云煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨曹立刚,郭海林,顾谦隆(东北煤田地质局,沈阳110011)摘要:煤层气井必须进行排水降压,才能达到产气的目的。
而煤层气井的产气量又受控于储层特性并由排采时的各参数所制约,只有掌握产气量与这些参数的关系才能制定合理的开采工作制度。
本文利用铁法D T3井资料研究了在供气条件具备时,排采中产气量、排水量、井口压力和液面深度间的关系,提出了井底压力的作用及估算方法,将有利于煤层气井生产过程的认识和合理开发。
关键词:煤层气;排采;参数关系;井底压力中图分类号:P618111文献标识码:A文章编号:1004—9177(2000)01—0031-05排采是煤层气井开发中的一个重要环节,排采中必须测定各项排采参数,通过对排采参数的分析,建立排采参数间的关系,是极其有意义的一项工作,它将成为掌握排采特征,建立合理的工作制度的基础。
铁法煤田大兴区D T3井在完井和压裂以后,连续进行了479天的排采,总计产气量15019万m 3,排水1128万m 3,积累了丰富的基础资料。
现将该井排采时各排采参数之间的关系和做法初步总结,供参考。
1排采中应测定的参数排采工作应测定的参数一般为:产气量、排水量、井口套压、液面深度、系统压力、气温、水温、气体成份、水成份、固体携出物和携出量、油嘴直径、抽油机特征数(如冲程、冲次、工作时间和功能图等)等。
其中:系统压力和气温用于标准方气量的换算;气体成份用以确定气体质量以及判断产气层位;水成份用以确定压裂液排出情况及指示水的来源;根据固体携出物和携出量判断井的工作状况;抽油机特征数用以了解抽油机的工作效率和工作状况等等。
因此参数中经常直接影响产气量的参数为排水量、井口套压和液面深度。
2参数间的相互关系211计算基础数据选择由于排采时各参数值都是变化的,有的甚至出现跳跃和突变,计算时采用相对稳定段作为基础,即每个计算时段内的产气量、排水量、套压和32中国煤田地质12卷液面深度相对稳定,本次计算共选取了11个时段数据(表1)。
212二元相关计算4个参变量的两两之间相关计算成果如表2。
由于条件不一,在计算时分别对11个点和8个采点(即剔除2、3、4号)进行计算。
两两参数间的散点图和回归曲线见图1。
213二元相关关系的分析(1)套压和液面深度的关系套压和液面深度这两个参数都是反映储层产气时的压力参数。
散点图表明套压和液面深两者之间保持着良好的正相关关系,即套压升高,液面降低;套压降低,液面抬升,而且在D T3井的整个排采阶段中,无论是产气量很小或产气量为每天数千方以致最大产量达到13550m3/d时,均保持着这种相应的依赖关系。
这种关系表明在排采中,套压的大小可由人为予以控制,而液面深则相应自动进行调整;反之,控制液面深,套压亦将相应自动进行调整。
在产气以后,井内的液柱,实际上已是水气混合柱,这种混合液柱的密度小于1,其密度及液柱压力将随气量大小而改变,而气量影响已经受控于套压和液面深的相互依赖关系之中,并已自动进行了调整。
据11个段点计算,套压和液面深之间应该是指数正相关关系,其回归方程为:P t=01133+e0100612H(n=11)相关系数达0198。
根据上述关系,可以认为,当套压很小时,其压力有较小的变化,液面深度则有较大变化,此时井底压力将主要为液柱压力;而当套压图11期33图2井底压力构成示意图大时,液面深较小变化,而套压变化大,此时井底压力将主要取决于套压。
(2)产气量与套压的关系从8个相对稳定段点散点图和相关计算表明,两者之间总体趋势是随套压的降低而产气量增加的负相关关系,相关系数201933,这种关系符合流体的渗透规律,但是对于包括2、3、4号段点在内的11个段点而言,这三个点明显偏离产气量与套压的关系,相关系数仅201333,以致显示出产气量几乎与套压无关的现象,这不符合渗流规律,显然是套压受液面深和产气量大小的影响所致。
(3)产气量与液面深的关系从8个较稳定段点的散点和相关计算表明,产气量与液面深之间呈负相关关系,相关系数为201892,关系比较明显,即液面深度越大,产气量越小。
而对11个采点而言,其相关系数仅为2011036,可以认为两者之间无相关性,但上述现象显然不符合流体的渗透规律。
造成上述现象的原因,主要在于套压和液面深之间存在着密切正相关关系,液面深度受套压控制,两者之间的这种在人为作用下可以随迂相互调正的关系,致使液面深与产气量的关系受控于产气量与套压的关系,因此出现了产气量与液面深之间负相关关系。
而2、3、4号点液面浅,与其它点差值过大,前者的总压力组成中以液柱压力为主,而后者则以套压为主,因而就液面深或套压与产气量的单因素关系而言,相关系数偏低。
(4)产气量与排水量的关系产气量与排水量之间呈正相关关系,相关系数为01917较为明显,即使包括2、3、4号点在内,相关系数仍可达01694。
产气量随排水量的增加而增加,储层气在水带动下产出,储层具有水携气而不是水驱气的特征。
在水未疏干,并且能保持井稳定不排砂和煤粉的条件下,加大排水量将提高产气量。
(5)排水量与套压的关系排水量与套压之间呈明显的负相关关系,套压越高,排水量越小,符合渗流规律。
(6)排水量与液面深的关系据实际资料,排水量与液面深之间呈负相关关系。
按渗流规律,液面越深,排水量应该增大,因此,实际资料不符合渗流规律。
其原因和产气量与液面深的关系相同,液面深受控于套压,致使排水量与液面深的关系呈现了和排水量与套压之间相同的负相关关系。
总之,上述D T3井两两参数间的关系表明:①产气量受控于套压,液面深和排水量;②由于套压、液面深之间存在能相互调正的随迂依赖关系,因此套压和液面深中任何一项均不是影响产气量的独立参量。
而两者组合成的井底压力才是影响产气量的独立参量。
即稳定段的产气量将实际受控于井底压力和排水量。
这是制定合理的排采制度的基础;③产气量的变化应符合于流体的渗透规律。
3产气量、排水量与井底压力的关系311井底压力的计算井底压力由三部分组成,即套压、井筒液面至井口区段中气柱重和气自液面至井口的环空间中的摩阻损失而构成的液面压力,以及水气混合液柱压力(图2)。
(1)套压P t由井口压力表直读。
(2)液面压力P d可以认为是纯气井井底压力,即包括套压和H深度内的气柱重量以及气经油套管间环形断面的摩阻损失。
其计算式为近似计算式为P d=P t e1.293×10-4rh(2)经验算,在D T3井中,利用近似计算式所得结果与利用(1)式结果比较,液面压力差为013%～3%,据此计算的井底压力差不足015%,为此本次作为研究规律,采用了近似计算式。
(3)井底压力P d即液面压力与气水混合液柱压力之和,气水混合液柱压力是气水混合液柱高度h与密度的乘积。
曹立刚等:煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨34中国煤田地质12卷①气水混合液柱密度计算,目前还没有确当的方法,本次计算的假设前提是:气水混合液柱的密度取决于通过液柱的气量,是气量的函数。
因此,对于稳定排采而言,任两个产气量和排水量相应的相对稳定段,其井底压力应该相等,以符合稳定条件下的渗流定律,并以此为基础计算该气量条件下的气水混合液密度。
通过不同产气量条件下的气水混合液柱密度计算(表3),可以获得气水混合液柱密度与产气量的变化关系曲线(图3),进而计算气水混合液柱的压力。
②本次井底压力计算以4煤顶,即447m 为统一基准,对以上11个相对稳定段的井底压力进行了计算(表4)。
312产气量与井底压力的关系产气量与井底压力间呈明显的负相关关系(图4),相关计算结果如下:Q q ×103=101212-31395P d r =20185(n =11)Q q ×103=101436-31349P d r =201891(n =8)即在目前的产气量(7000m 3/d )范围内,随井底压力的减少,产气量呈直线增大。
由于井底压力已经综合包括了井口套压、气柱压力和水气混合液柱压力,故而产气量与井底的关系明显优于产气量和套压以及产气量和液面深度的单因素关系。
尤其是计算点2、3、4号点,因受套压与液面深的影响,其单因素相关系数仅为201333和201106,而在Q q =f (P d )中相关系数达到201861,从不相关转化为相关性较好,说明在井底压力中包括了套压和液面深两个因素,井底压力充分反映了产气量的渗流压力特征。
313产气量与压力平方差的关系根据砂体储层的天然气理论,考虑到气体从储层的孔隙、裂隙中渗流至井内时,其状态复杂,以至可能破坏线性规律,故一般天然气产量与压力平方差相关,其表达式亦称为气体方程。
1期35曹立刚等:煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨图5产气量与压力平方差关系图6排水量与井底压力关系新书简介《中国煤层气资源》一书是站在中国的地质背景上,讨论中国的煤层气资源和煤层气地质的新书。
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《中国煤层气资源》由中国煤田地质总局著,叶建平、秦勇、林大杨主编,中国科学院戴金星院士作序。
该书具有很强的实用性,又有较高的理论价值。
适合于煤层气勘探、开发和利用领域的研究人员、工程技术人员、管理人员和高校相关专业的师生阅读,对从事煤矿瓦斯和安全工作的生产及研究人员亦有参考价值。
中煤第一勘探局叶建平在计算中,储层实际压力根据产气初期关井压力确定为 2.8M Pa 据此,经计算产气量与压力平方差之间的关系如下(图5)。
(1)指数式Q q ×103=01712(P 20-P 2d )11058r =01668(n =10)(2)直线式Q q ×103=201017+01808(P 20-P 2d )r =0184(n =11)Q q ×103=0135+01814(P 20-P 2d )r =01902(n =8)由于指数为11052接近于1,所以指数式与线性关系相近。
亦即表明D T3井现实条件下仍基本符合线性渗流定律。