确定煤层气排采中产出水来源的方法及煤层气排采方法与流程

本发明属于煤层气开采技术领域，特别涉及一种确定煤层气排采中产出水来源的方法及煤层气排采方法，尤其适用于产水量高的煤层气井。

背景技术：

在煤层气井的排采过程中，经常会遇到产水量大的井，因为这些水会对煤层气井产生影响，一般都需要对其进行处理，而处理方式又因水的来源不同而有所差异，因此，确定产出水来自哪里，找出最佳的处理方案(如堵水方案)就成为煤层气井排采的一个重要工作。

通常，这些产出水往往不是来自煤层，而对煤层气井的产出水分析，还可以得到更多关于地层和井身结构的信息，为煤层气井的排采提供帮助。

目前，尚没有一种确定煤层气排采中产出水来源的方法。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种确定煤层气排采中产出水来源的方法，其可以帮助判断煤层气井中水的来源，从而制定合适的排采方法。

本发明还提供一种煤层气排采方法，其可以先确定煤层气排采中产出水的来源，再依据煤层气井中水的不同来源，来进行其后的工序，有利于提高排采方法的合理性，有助于减少钻出废井的数量。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种确定煤层气排采中产出水来源的方法，其通过检测或分析水中下列成分中的全部或任几种的含量来判断产出水的来源：Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、Cl^-、HCO₃^-、CO₃^2-，其包括如下步骤：

S1、建立标准模型；

S2、检测水中相应成分或成分组的含量；

S3、与标准模型比较，确定产出水来源。

通过上述方法，可以确定产出水的来源，进而为煤层气井的排采提供依据，尤其是，该方法简单、可靠，准确性高，便于推广应用。

本发明一个实施例的确定煤层气排采中产出水来源的方法，其通过检测或分析水中下列成分中的任一组或任几组的含量来判断产出水的来源：

成分组一、Na⁺+K⁺；

成分组二、Ca²⁺+Mg²⁺。

成分组三、SO₄^2-+Cl^-；

成分组四、HCO₃^-+CO₃^2-。

本发明一个实施例的确定煤层气排采中产出水来源的方法，其中：

步骤S1包括：

S11、绘制皮伯三线图，其中，组分一和组分二为菱形图的相对边，组分三和组分四为菱形图的另一组相对边，组分一和组分三的最大值为菱形图的第一顶点，组分二和组分四的最大值为菱形图的第二顶点，第一顶点与第二顶点相对；

S12、选用矿泉水、地表水、高产水不产气井产出的水、压裂井排采预定期限后的产出水和高产井稳定产气后的产出水五种水作为标准样本，在菱形图中建立分区；

步骤S3包括：

S31、确定检测结果落入菱形图的哪个分区；

S32、根据检测结果所落入的分区来确定产出水的来源。

其中，步骤S12中的分区方式包括：

选取矿泉水作为标准样本，得到成分组一(重量份)0％～17％、成分组二(重量份)83％～100％、成分组三(重量份)0％～12％、成分组四(重量份)88％～100％的区域，作为A1区，选取地表水作为标准样本，得到成分组一(重量份)17％～42％、成分组二(重量份)58％～83％、成分组三(重量份)0％～15％、成分组四(重量份)85％～100％的区域，作为A2区。

为了简化操作，便于实施，又不影响其准确性，较佳的，在A1区、A2区的基础上，结合对产气量的影响，扩展得到成分组一(重量份)0％～42％、成分组二(重量份)57％～100％的区域，作为A区，表示可饮用水区域。

其中，步骤S12中的分区方式包括：

选取高产水不产气井产出的水作为标准样本，得到成分组一(重量份)42％～76％、成分组二(重量份)27％～57％、成分组三(重量份)0％～57％、成分组四(重量份)43％～100％的区域，作为B₀区。

为了简化操作，便于实施，又不影响其准确性，较佳的，在B₀区的基础上，结合对产气量的影响，扩展得到成分组一(重量份)42％～76％、成分组二(重量份)27％～57％的区域，作为B区，表示有地表水侵入的煤层水区域。

其中，步骤S12中的分区方式包括：

选取压裂井排采一年后的产出水作为标准样本，得到成分组一(重量份)80％～100％、成分组二(重量份)0％～20％、成分组三(重量份)31％～82％、成分组四(重量份)18％～69％的区域，作为C1区，选取高产井稳定产气后的产出水作为标准样本，得到成分组一(重量份)76％～100％、成分组二(重量份)0％～24％、成分组三(重量份)0％～31％、成分组四(重量份)69％～100％的区域，作为C2区。

为了简化操作，便于实施，又不影响其准确性，较佳的，在C1区、C2区的基础上，结合对产气量的影响，扩展得到成分组一(重量份)76％～100％、成分组二(重量份)0％～27％的区域，作为C区，表示煤层水区域。

上述任一实施例的确定煤层气排采中产出水来源的方法，其是在煤层气生产井达到排采稳定期后做水样采集和分析的。

本发明还提供一种煤层气井的排采方法，其包括如下步骤：

一、通过检测或分析水中下列成分中的全部或任几种的含量来判断产出水的来源：Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、Cl^-、HCO₃^-、CO₃^2-，其包括如下步骤：

S1、建立标准模型；

S2、检测水中相应成分或成分组的含量；

S3、与标准模型比较，确定产出水来源是下列中的哪一个：表示可饮用水区域的A区、表示有地表水侵入的煤层水区域的B区、表示煤层水区域的C区；

二：依据产出水来源的确定结果，执行步骤三、步骤四或步骤五；

三：当产出水来源为A区时，表示该井是刚刚完井或者刚刚用清水进行了洗井，根据产水量情况，继续排采一段时间后，重复执行步骤一和步骤二；

四：当产出水来源为B区时，表示该井已经被地层水侵入了，找出出水点进行堵水作业；

五：当产出水来源为C区时，不论这口井目前产水量多少，继续排采，不必担心其它水层侵入问题。

通过上述方法，可以先确定产出水的来源，进而为煤层气井的排采提供依据，再进行其后的工序，有利于提高排采方法的合理性，有助于减少钻出废井的数量。尤其是，确定产出水来源的方法简单、可靠，准确性高，便于推广应用。

本发明一个实施例的煤层气井的排采方法，步骤一中，确定煤层气排采中产出水来源时，是在煤层气生产井达到排采稳定期后做水样采集和分析的。

本发明一个实施例的煤层气井的排采方法，步骤四中，还根据钻井和录井资料找出出水地层，为将来区块开发提供依据。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的确定煤层气排采中产出水来源的方法，其可以通过在煤层气井达到排采稳定期后做水样采集和分析，帮助判断水的来源，从而制定合适的排采方法和相关的堵水措施。还可以得到更多关于地层和井身结构的信息，为煤层气井的勘探和开发提供帮助。例如，可以为布井提供参考，使得在布井时可以有效地避开断层，减少排采工作的压力，也可减少钻出废井的数量。另外，还可以根据该结果来预测煤层气井的产气量。

附图说明

图1为本发明第一实施例的产出水来源的方法中的分区示意图；

图2为本发明第二实施例的产出水来源的方法中的分区示意图；

图3为本发明第二实施例的第一应用例的示意图(编号GSS-042井)；

图4为本发明第二实施例的第二应用例的示意图(编号GSS-030V井)；

图5为本发明第二实施例的两个应用例的比较示意图(编号GSS-042井与编号GSS-030V井)；

图6为本发明第一应用例的结果示意图(编号GSS-042井)。

图7为本发明第二应用例中的井的剖面示意图。

图8为本发明第二应用例的结果示意图(编号GSS-030V井)。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参见图1(柿庄南区块67口煤层气井产出水与地表饮用水水样分析图)，本发明一个实施例的确定煤层气排采中产出水来源的方法，其包括以下几个步骤：

步骤1，区块选取

柿庄南区块是中国煤层气勘探开发最早的区块之一，到目前为止，已达到了商业开发的阶段。由于进行了接近二十年的勘探开发，该区块有各种不同的生产井型，包括套管井、裸眼井、短半径水平井(SRHD)、水平对接井(SIS)等。选择这个区块主要是想通过不同井型、不同工艺、不同产水量、产气量的井所产出水之间的对比来分析浅层地表水来源以及浅层地表水侵入对煤层气井产气量的影响。

步骤2，水样选取和实验室测试

为了进行对比，我们同时采集了柿庄南67口煤层气井的产出水、区块内三个不同地方的地表水和两个不同牌子的矿泉水水样，送至同一家检测单位进行水样化验。

步骤3，实验室数据分析

然后将所得到的化验结果输入水化学软件AqQA之中。产生了图1所示的皮伯三线图。根据水样的性质、煤层气井井型、运用的工艺并结合煤层气井产气情况，我们将三线图中的菱形部分划分成了五个区域。区域A1中的两个水样是矿泉水；区域A2中的三个水样是地表水；区域B是7口高产水但不产气井的产出水水样；区域C1是8口压裂井生产一年后的产出水；区域C2是52口高产稳产井的产出水水样。

从这五个区的情况来看，地表水和矿泉水具有低Na⁺+K⁺高Ca²⁺+Mg²⁺的特点，而煤层水则具有相反的特性。因此可以判定，位于地表水和煤层水中间的B区的水样应该是地表水和煤层水的混合。位于该区内的井产水量一般都很高，可以推断，由于地表水侵入稀释了煤层水，所以Na⁺+K⁺的含量减少了。同时由于混合水中地表水占的比重较大，这就不难理解为什么Ca²⁺+Mg²⁺离子相对煤层水增加的原因了。

综合上述情况，结合对产气量的影响，我们可以将图1的菱形部分重新划分成如图2所示(柿庄南区块67口煤层气井产出水与地表饮用水水样分析图)的三个区，A区为可饮用水区域，和我们日常生活相关的大部分饮用水都在这个区域。B区煤层水被地表水侵入了。C区主要是煤层水，虽然有些井因为压裂的原因引起氯离子含量增加，但经过排采以后，不会影响该井的产气。目前，该区内60口井的平均日产气量已经超过了3,700方/天。

仔细查阅B区内七口井的井史，不难发现所有这些井都存在不同程度的和地表水联通地可能。它们有的是固井质量有问题，上部地层水侵入了煤层；有的是套管质量不合格，上部地层水直接从套管连接的缝隙进入井筒；有的是因为地质原因，特别是断层的存在，使上部地层水直接侵入煤层；还有的是因为压裂的原因，造成了地表水和煤层的串通。

为了进一步说明本发明，下面我们通过实例对比一下压裂井和水平对接井在施工过程中可能造成的地层水侵入。我们分别选择了两种井型各12口井，将它们的水样化验结果放到图3和图4的三线图中。可以看到无论是压裂还是水平对接只要选井位置合适，施工质量没有问题，大部分井都不会造成地层水的入侵。但是，每种施工都有例外。在这二十四口井中，压裂和水平对接都有一个井落在了B区。

我们下面分别通过实际数据和图形来分析一下是什么原因造成了这两口井被浅层水侵入的情况。这两口井在图3和图4中都被放在图例的最下面。为了便于对比将这两口井单独放入图5所示的三线图(GSS-042井压裂前后产出水对比图&GSS-030V水平对接井产出水图)，而且增加了压裂井在压裂之前产出水的化学分析数据。

将GSS-042井进行压裂前后产出水对比，从图5中可以看到压裂前后同一个井的产出水成分发生了很大变化，从它的产水曲线(图6中h1处，表示压裂前后产水量发生了很大变化)也可以看出压裂后产水量明显增加。据此我们可以推断，该井在压裂的过程中很可能造成了井筒的破坏，由于该井的固井质量很好，排除了水泥环被压穿的可能，因此，推测应该是在压裂过程中造成了上部套管悬空段被压穿，地表水由此进入井筒。由于该井产水量不是很大，套管的破裂程度应该不严重，只要坚持排采仍然可以产气。

图7是第二应用例中水平对接井的剖面图，从图中可以看到，该分支穿越了两个大断层，煤层落差h2高达200米，而200多米的断层落差，使得浅层地表水很容易被导入生产井。由于地表水和其它地层水可以通过断层进入井筒，所以该井的产水量非常大(图8)，平均日产水量高达40多方。如此大的产水量给排采工作带来了巨大的压力，经过近两年的排采，液面仍然高于煤层以上200多米。对这种井的排采投入本身就是浪费，而且对它的排采也不会给其它井带来帮助。

而由于当时不具有本发明的方法，不能及时分析得知具体情况，导致了这些井的废弃，浪费了大量的资源。

而采用本发明的方法分析之后，可以根据分析结果相应地选择下一步的工序，具体的：

当产出水来源经上述方法确定为A区时，表示该井应该是刚刚完井或者刚刚用清水进行了洗井，根据产水量情况，继续排采一段时间，可以再使用同样的方法继续确定产出水的来源。

当产出水来源经上述方法确定为B区时，表示该井已经被地层水侵入了，采用相关方法找出出水点进行堵水作业；同时，根据钻井和录井资料找出出水地层，为将来的区块开发提供依据。

当产出水来源经上述方法确定为C区时，不论这口井目前产水量多少，继续排采，不必担心其它水层侵入问题。

借此，依据产出水来源的不同，制定相应的排采方法和相关的堵水措施，能够为煤层气的排采提供帮助。另外，经过上述分析可知，在选择水平对接井布井时，一定要做好前期的地质分析工作，尽可能避开大的断层。

综上所述，本发明的确定煤层气排采中产出水来源的方法，其可以通过在煤层气井达到排采稳定期后做水样采集和分析，帮助判断水的来源，从而制定合适的排采方法和相关的堵水措施。还可以得到更多关于地层和井身结构的信息，为煤层气井的勘探和开发提供帮助。例如，可以为布井提供参考，使得在布井时可以有效地避开断层，减少排采工作的压力，也可减少钻出废井的数量。另外，还可以根据该结果来预测煤层气井的产气量。