단상 배수의 특성과 석탄층 메탄 저류층 개발 초기 단계의 지표적 의의 - 남부 진수이 분지의 석탄층 메탄전을 예로 들어

Lu Yumin, Tang Dazhen, Xu Hao, Tao Shu, Zhang Biao

(중국 지구과학대학교 에너지 대학(베이징), Beijing 100083)

요약: 불포화 석탄층 메탄 저장소의 개발 과정 연구 석탄층 메탄 저장소의 독특한 단상 흐름 단계는 이러한 유형의 석탄층 메탄 저장소의 초기 배수 특성과 그것이 석탄층 메탄 저장소의 잠재적 생산성에 미치는 지표 효과를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 가스 잘. 이 기사에서는 Qinnan 석탄층 메탄 유전의 불포화 석탄층 메탄 저장소를 예로 들어 이러한 유형의 가스 저장소 개발 초기 단계의 단상 배수 특성을 연구하는 데 중점을 두고 후기 가스정 생산성과의 관계를 밝힙니다. , 가스정의 잠재적 생산성에 대한 예측 중요성을 분석합니다. 연구에 따르면 진난(Qinnan) 지역 가스정의 단상 배수 특성은 단층의 영향을 크게 받으며, 배수 시간이 50~140일 사이인 누적 생산량과 배수 시간 사이에 기하급수적인 관계가 있습니다. 500m3 미만의 물 생산량은 더 나은 가스 생산 능력을 보여줍니다.

키워드: 불포화 석탄층 메탄 저장소의 단상 배수 특성의 지표적 중요성

기금 프로젝트: 대규모 석유 및 가스전 및 석탄층 메탄 개발을 위한 국가 주요 과학 기술 프로젝트( 2011ZX05034-001), 국가중점기초연구개발기획사업(973)(2009CB219600), 중앙대학 기초연구비 지원(2011PY0211)

저자소개: 남, 1985년생 지 장시성 박사과정생 '안'은 현재 석탄층 메탄 지질학 및 개발 연구에 종사하고 있습니다. 주소: 베이징시 하이뎬구 쉐위안로 29호 중국지질대학 에너지학원(베이징) 전화: 010 82322011.

E-mail: yale1210@163. com

석탄층 메탄 초기 개발을 위한 단상 물 흐름 성능 및 표시: 남부 Qinshui 분지의 사례

LV Yumin, TANG Dazhen, XU Hao, TAO Shu, ZHANG Biao

(School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing, 100083, China)

요약: 고유한 단상 물 흐름 성능에 대한 연구 과포화 저수지 개발에서는 조기 펌핑 특성을 확보하고 가스정 생산성을 예측하는 데 유리합니다. 본 논문은 남부 Qinshui 분지의 과포화 CBM 저수지의 경우를 다루며 단상 물의 특성을 강조합니다. 과소포화 저장소 개발 초기 단계의 펌핑을 통해 단상 물 펌핑 성능과 가스정 생산성 사이의 관계를 밝히고 가스정 잠재 생산 능력에 대한 지표를 분석하여 남부 지역의 단상 물 흐름 성능을 보여줍니다. Qinshui Basin은 주로 단층에 의해 제어되며 단상 양수 시간은 누적 물 생산량과 지수 관계에 있습니다. 또한 양수 시간이 50~140d이고 누적 물 생산량이 500m3 미만인 우물은 우수한 가스 생산 성능을 보여줍니다.

키워드: 과포화 석탄층 메탄 저장소; 단상 물 펌핑 특성; 표시

중요한 비전통적 천연가스 저장소로서 석탄층 메탄 저장소는 점점 더 많은 국내 학자들의 관심을 끌고 있습니다. . 최근 국내 많은 학자들이 석탄층 메탄 저장소의 물리적 특성(Chen Zhenhong et al., 2007), 수문지질학적 조건(Wang Hongyan et al., 2001; Wang Bo et al., 2007), 경계 등을 연구해왔다. 밀봉 메커니즘(Su Xianbo et al., 2005; Song Yan et al., 2005), 저수지 형성 진화(Song Yan et al., 2009; Zhao Qun et al., 2007; Zhao Mengjun et al. , 2005) 등은 많은 양의 연구를 수행하여 일정한 성과를 거두었다. 그러나 우리나라의 석탄층 메탄 저장소에 대한 기초연구는 외국에 비해 늦게 시작되었다. 석탄 저장소 개발의 지질 환경과 형성 메커니즘, 고온·고압 하에서의 석탄의 흡착 특성, 기술 모델 및 지질 제어 등이 뒤늦게 시작됐다. 석탄 흡착 성능 요인은 강화되고 심화될 필요가 있다(Song Yan et al., 2005). 우리나라는 현재 석탄층 메탄 저장소 개발에 대한 체계적인 이해가 부족하며, 특히 불포화 석탄층 메탄 저장소 개발 초기 단계의 단상 배수 특성과 가스정 생산성과의 관계에 대한 이해가 부족하여 가스전의 합리적인 개발 및 배치.

석탄 저장소는 응력에 민감한 특성이 뚜렷하기 때문에 불포화 석탄층 메탄 저장소 개발 초기 단계에서 불합리한 단상 배수 조치는 저장소의 절대 투과성을 크게 손상시키고 가스정의 잠재 가스 생산 능력을 감소시키며, 심지어 석탄층 전체에 영향을 미칩니다. 이후 개발 배치 및 가스전 개발 효과.

1 불포화 석탄층 메탄 저장소의 가스 및 물 생산 특성

강력한 흡착 용량은 석탄 저장소의 중요한 특징 중 하나입니다. % (Su Xianbo 외, 1999). 기존의 천연가스 저장소와는 다른 이러한 특수 발생 메커니즘은 석탄층 메탄 생산 메커니즘의 고유성을 결정합니다. 석탄층 메탄 생산은 배수 → 압력 감소 → 탈착 → 확산 → 침투 → 생산의 과정입니다(Feng Wenguang, 2009). 이 과정에서 석탄층 메탄 저장소의 가스 및 물 생산 메커니즘은 가스 포화도에 영향을 받습니다. 즉, 석탄층 메탄 저장소의 가스 포화도(Su)에 따라 석탄층 메탄 우물의 가스 및 물 생산 곡선도 달라집니다. Xianbo et al., 2001).

1.1 과포화/포화 석탄층 메탄 저장소의 가스 및 물 생산 특성

과포화 석탄층 메탄 저장소는 가스 포화도가 100%를 초과하는 석탄층 메탄 저장소를 말하며 부분적인 석탄층을 특징으로 합니다. 메탄 자유 상태의 석탄 저장소의 기공 및 균열 시스템에 존재합니다. 가스정을 열고 배수하고 압력을 낮추면 석탄층 메탄이 빠르게 탈착 및 확산되어 유리 석탄층 메탄과 함께 생성됩니다(그림 1a). 따라서 이러한 형태의 가스 저장소를 개발할 경우, 가스정이 개방되어 배수된 직후에 석탄층 메탄이 생성되는데, 이는 기본적으로 불포화 단상 흐름 단계를 거치지 않고 바로 가스-물 2상 흐름 단계로 유입됩니다. 그림 1의 III 단계).

그림 1 가스 포화도가 다른 석탄층 메탄 저장소의 가스 및 물 생산 특성 곡선

포화 석탄층 메탄 저장소는 가스 포화도가 100%인 석탄층 메탄 저장소를 의미합니다. 가스정을 열고 배수하고 압력을 낮추면 석탄층 메탄이 즉시 탈착되어 확산됩니다. 탈착과 확산이 진행됨에 따라 석탄층 공극과 균열의 자유 가스 포화도는 잔류 가스 포화도보다 커질 때까지 점차 증가하고 가스정은 석탄층 메탄을 생성하기 시작합니다(그림 1b). 따라서 이러한 유형의 석탄층 메탄 저장소를 개발하기 위해 가스정은 석탄층 메탄을 생성하기 전에 짧은 불포화 단일상 흐름 단계(그림 1의 단계 II)를 거칩니다.

1.2 불포화 석탄층 메탄 저장소의 가스 및 물 생산 특성

불포화 석탄층 메탄 저장소는 가스 포화도가 100% 미만인 석탄층 메탄 저장소를 의미합니다. 가스정을 열고 배수하고 압력을 낮추면 석탄층 메탄은 기본적으로 아직 탈착되지 않은 상태이며, 저장소 압력이 임계 탈착 압력보다 낮아질 때까지 석탄층 메탄은 탈착을 시작하지 않습니다. 현재 가스정에서는 아직 석탄층 메탄이 생산되지 않았습니다. 석탄층 기공 균열의 자유 가스 포화도가 잔류 가스 포화도보다 큰 경우에만 가스정에서 석탄층 메탄이 생성되기 시작합니다(그림 1c). 따라서 이러한 유형의 석탄층 메탄 저장소를 개발할 때 가스정은 석탄층 메탄 생산을 시작하기 전에 포화 단상 흐름과 불포화 단상 흐름(그림 1의 단계 I 및 II)을 경험해야 합니다.

불포화 석탄층 메탄 저류층 개발의 초기 단상배수 단계는 1~2개월에서 최대 수년까지 오랜 시간이 소요된다. 장기간의 단상 배수에 의해 형성된 가스-물 배수 특성은 가스 저장소의 저장소 특성을 이해하고 가스정의 잠재적 생산성을 연구하는 데 중요한 기초입니다.

2 불포화 석탄층 메탄 저장소 개발 초기 단계의 단상 배수 특성

초기 단계의 단상 배수 특성을 특징짓는 두 가지 주요 정량적 매개변수가 있습니다. 불포화 석탄층 메탄 저장소 개발: 단상 배수 시간 및 단상 누적 생산량.

2.1 단상 배수 시간

단상 배수 시간은 초기 단계에서 석탄층 메탄 유정에서 불포화 가스가 발생하여 물만 생산되고 가스는 발생하지 않는 시간을 말합니다. 석탄층 메탄 저장소. 장기간의 단상 배수 시간은 필연적으로 석탄층 메탄정 개발 운영 비용을 증가시킵니다. 따라서 단상 배수 시간의 길이는 가스전 개발 비용에 직접적인 영향을 미치며, 석탄층 메탄전 개발의 경제성을 평가하는 중요한 매개변수이다.

2.2 단상수 누적 생산량

단상수 누적 생산량은 석탄층 석탄층 메탄 저류층 개발 초기 단계의 지하수 총 누적 생산량을 말한다. 메탄 우물은 물만 생산하고 가스는 생산하지 않습니다. 생산된 물의 대부분은 고염도, 고염도 등의 특성을 갖고 있어 국가 방류기준을 충족하지 못하며 지표수계와 지하수에 오염을 일으키지 않도록 방류 전 반드시 처리를 거쳐야 한다(Pan Honglei et al., 1998; 왕지차오 외, 2009). 생산된 물의 처리는 분명히 석탄층 메탄 개발 비용을 증가시킬 것입니다. 따라서 단상수의 누적 생산량은 가스전의 개발 비용에 영향을 미치며 석탄층 메탄 가스전 개발의 경제성을 평가하는 중요한 매개변수입니다.

2.3 단상 배수 시간과 단상 누적 생산량의 관계

과포화 초기 단상 배수 시간과 단상 누적 생산량의 관계

석탄층 메탄 저장소 개발 동시에 지질학, 공학 및 인적 요소와 같은 많은 유사한 요소의 영향을 받으므로 둘 사이에는 일정한 관계가 있어야 합니다. Qinnan 석탄층 메탄 우물의 단상 배수 시간과 누적 단상 물 생산량 사이의 관계 다이어그램에서 볼 수 있습니다(그림 2): 단상 배수 시간이 250d 미만인 경우 , 단상 물 누적 생산량 출력 사이에는 강한 선형 관계가 있습니다. 단상 배수 시간이 250일을 초과하면 누적 단상 물 생산량과의 상관 관계가 낮고 기하급수적입니다. 관계, 전체적으로 둘 사이에는 지수적 관계가 있습니다:

y=144.37exp(0.0069x)

공식에서: x는 단상 배수 시간, d입니다. y는 단상 물의 누적 생산량, m3입니다. 이 피팅 함수의 R2 값은 0.8323에 도달하며, 이는 이 함수가 해당 지역의 단상 배수 시간과 단상 누적 생산량 간의 관계를 더 잘 설명할 수 있음을 나타냅니다.

2.4 단상 배수 및 생산의 특성에 영향을 미치는 요소

단상 배수 및 생산의 특성에 영향을 미치는 요인은 다양하며, 주로 가스 저장소 즉석 ​​배수를 포함합니다. 저수지 비율, 배수 및 생산 속도, 구조적 지질 조건 및 수문 지질 조건.

동일 배수율 하에서 석탄층 메탄 저류층의 가스 포화도가 높을수록 임계 탈착율이 커지는, 즉 임계 탈착 압력이 저류층 압력에 가까울수록, 이는 가스 우물은 가스 생산을 달성해야 합니다. 압력 감소가 작을수록 단상 배수 시간이 짧아지고 누적 물 생산량이 상대적으로 적습니다.

그림 2 단상 배수 시간과 단상 누적 생산량의 관계

임시 저류율이 비슷한 조건에서는 석탄층 메탄정 배수 속도가 빠를수록 저장소의 감압 속도가 빠를수록 가스 생성 시간이 짧아지고(즉, 단상 물 배수 시간이 짧아짐) 누적 물 생산량이 작아집니다. 예를 들어 표 1의 J7 및 J7의 가스 포화도입니다. J10은 약 82.8%이다.

표 1 단상 배수 특성과 단층의 관계

구조적 지질학적 조건과 수문지질학적 조건은 단상 배수 특성에 큰 영향을 미친다. 구조적 부분이 다르고 수문지질학적 조건이 다른 지역은 저수지 투과성, 수분 함량 및 지하수 활동이 다르므로 가스정의 단상 배수 특성에 차이가 있습니다. Qinnan 탄층 메탄 지대에서는 종종 정상적인 단층이 발생합니다(Wang Hongyan, 2005). 이러한 단층 근처의 수문지질학적 조건은 복잡하여 배수 및 압력 감소에 도움이 되지 않으며, 단상 배수에는 오랜 시간이 걸리고 누적 생산량이 많습니다. 1 번 테이블).

3 단상 배수 특성과 가스정 생산성의 관계

응력에 민감한 석탄 저장소의 경우 불포화 석탄층 개발 초기 단계에서 불합리한 단상 배수 특성 메탄 저장소 추출 조치(배수가 너무 빠르거나 너무 느림)는 필연적으로 저장소 투과성에 손상을 초래하고 이후 단계에서 가스정의 배수 및 가스 생산 용량을 감소시킵니다. 단상 배수 특성 매개변수와 가스정 생산성 간의 관계를 연구하면 개발 초기 단계에서 합리적인 단상 배수 계획을 수립하고, 석탄층 메탄정 생산성을 사전에 예측하며, 필요한 저수지 생산 촉진 및 전환을 위한 지침을 제공할 수 있습니다. 측정.

현재 Qinnan 석탄층 메탄전은 개발 초기 단계에 있으며 대부분의 석탄층 메탄정은 오랫동안 배수되지 않았습니다. 이 지역의 Fanzhuang, Panzhuang 및 Zhengzhuang 블록에 있는 석탄 저장소의 가스 포화도는 일반적으로 80~90%이며 이는 불포화 석탄층 메탄 저장소입니다(Yao Huifang et al., 2009). 단상 배수 특성과 가스정 생산성과의 관계를 과학적으로 평가하기 위해 가스 생산 후 1년간 연속 가스 생산 후 형성된 평균 가스 생산량과 최대 가스 생산량을 가스정 생산성 지표로 선정하였다.

3.1 단상 배수 시간과 가스정 생산성의 관계

가스정 배수가 너무 빠르고 단상 배수 시간이 너무 짧아 회복 불가능한 스트레스를 유발하는 경우가 많습니다. 저수지의 손상, 투과성을 감소시키고 동시에 생산성에 영향을 미치며, 단상 물 배수 시간이 너무 길고 저수지의 물의 양이 많아 도움이 되지 않습니다. 가스정의 생산성 향상에 기여합니다.

그림 3은 Qinnan 지역의 단상 배수 시간과 가스 생산 간의 관계를 보여줍니다. 가스정의 단상 배수 시간과 1년 이내에 가스정의 가스 생산량 사이에는 네 가지 명백한 특성이 있음을 그림에서 분명히 볼 수 있습니다. 1) 단일 가스정을 사용한 석탄층 메탄 우물의 평균 생산량 단계 배수 시간 140일 초과 가스량은 기본적으로 3000m3/d 미만이고 최대 가스 생산량은 6000m3/d 미만입니다. 2) 단상 배수 시간이 있는 석탄층 메탄 우물의 평균 가스 생산량은 다음과 같습니다. 50일은 기본적으로 3000m3/d 미만이고 최대 가스 생산량은 6000m3/d 미만입니다. 3) 생산성이 더 높은 석탄층 메탄 우물이 있습니다(평균 가스 생산량은 3000m3/d 이상, 최대 가스 생산량은 6000m3 이상). /d) 단상 배수 시간은 50~140일입니다. 4) 배수 시간이 50~140일인 일부 단상 석탄층 메탄 우물은 생산성이 낮습니다. 이는 너무 길거나 너무 짧은 단상 배수 시간이 석탄층 메탄 우물의 생산량을 높이는 데 도움이 되지 않음을 보여줍니다.

그림 3 단상 배수 시간과 가스정 생산성의 관계

석탄 저장소의 가스 포화도가 유사하고 지하수가 일반적으로 비활성인 Qinnan 지역에서는 일부 우물의 가스 포화도가 과도하게 높습니다. 단상 배수 시간이 길다는 것은 우물이 활성 수층과 연결되어 가스정의 감압이 어렵고 가스 생산이 제한된다는 것을 의미하며, 단상 배수 시간이 지나치게 짧다는 것은 가스정이 너무 빨리 배수된다는 것을 의미합니다. 저장소의 투과성은 다양한 정도로 회복 불가능하게 손상되어 가스 생산에 해를 끼칩니다. 따라서 단상 배수 시간이 140일을 초과하거나 50일 미만인 Qinnan 지역의 석탄층 메탄 우물은 일반적으로 생산성이 낮다는 것을 나타내며, 지속 기간이 50~140일인 석탄층 메탄 우물은 더 높은 생산성에 도움이 됩니다. .

3.2 단상수 누적 생산량과 가스정 생산성 간의 관계

단상수 누적 생산량은 종종 지역적 수문지질학적 특성을 나타냅니다. 동일한 수문지질학적 배경에서 일부 가스정은 장기간에 걸쳐 다량의 단상수를 배출하는데, 이는 저수지가 대수층과 연결되어 배수 및 생산에 도움이 되지 않으며 좋은 형성이 어렵다는 것을 의미할 수 있습니다. 생산력.

그림 4는 진난 지역의 단상수 누적 생산량과 가스 생산량의 관계를 보여준다. 가스정의 단상 배수 시간과 1년 이내 가스정의 가스 생산 사이에는 세 가지 명백한 특성이 있음을 그림에서 분명히 볼 수 있습니다. 1) 500m3 이상의 누적 단상 물 생산량은 기본적으로 2000m3/d 미만이며 최대 가스 생산량은 4000m3/d 미만입니다. 2) 생산성이 더 높은 석탄층 메탄 우물이 있습니다(평균 가스 생산량은 2000m3 이상). /d, 최대 가스 생산량은 4000m3/d 이상), 누적 단상 물 생산량은 500m3 미만입니다. 3) 누적 단상 물 생산량이 500m3 미만인 일부 석탄층 메탄 우물은 생산성이 낮습니다.

그림 4 누적 단상 물 생산량과 가스정 생산성 사이의 관계

표 1에서 볼 때 Qinnan의 단상 물 누적 생산량이 높은 대부분의 석탄층 메탄 우물은 정상 근처에 위치합니다. 결점. 석탄층 메탄 저장소가 형성되는 동안 정상 단층은 대부분의 시간 동안 석탄층 메탄이 빠져나가는 통로 역할을 하여 정상 단층 근처의 석탄층 메탄 보존 조건이 열악하고 석탄 저장소의 가스 포화도가 낮으며 단상 물 배수 시간이 증가하고 배수 시간이 길어집니다. 배수 단계에서 누적 물 생산량. 동시에 정상적인 결함은 인근 대수층과 소통하므로 배출 및 생산 단계에서 장기간 단상 물의 감압을 어렵게 만들고 배출 시간을 연장하고 가스정의 물 생산량을 증가시킵니다. 따라서 Qinnan 지역에서 누적 단상수 생산량이 500m3를 초과하는 석탄층 메탄정은 일반적으로 생산성이 낮다는 것을 나타내며, 500m3 미만의 석탄층 메탄정은 생산성 향상에 더 도움이 됩니다.

4 결론

(1) 과포화, 포화 및 불포화 석탄층 메탄 저장소 개발 과정에서 가스 및 물 생산 특성은 서로 다릅니다. 불포화 석탄층 메탄 저장소의 수생 생산량의 특성이 가장 일반적입니다. 불포화 석탄층 메탄 저장소의 가스 및 물 생산 특성 중 가장 중요한 특징은 개발 초기 단계에서 단상 배수 단계가 길다는 점입니다.

(2) 단상 배수 시간과 단상 누적 생산량은 불포화 석탄층 메탄 저장소 개발 초기 단계의 단상 배수 특성을 설명하는 두 가지 중요한 매개변수입니다. 단상 배수 특성은 단층에 의해 크게 영향을 받습니다. Qinnan 탄층 메탄 가스정의 단상 배수 시간과 누적 단상 물 생산량 사이에는 기하급수적 관계가 있습니다.

(3) Qinnan 석탄층 메탄 분야에서 생산성이 좋은 석탄층 메탄정의 경우, 단상 배수 시간은 50~140일이고, 누적 단상 물 생산량은 500m3 미만입니다. 단상 배수 시간은 140일 이상이고, 누적 단상 수 생산량이 50일 미만이거나 500m3 이상인 석탄층 메탄 우물은 일반적으로 생산 능력이 낮습니다.

참고 자료

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