석탄층가스장 개발 초기 단상 배수 특징과 지시 의미-청수 분지 남부 석탄층가스밭을 예로 들자.

기금 프로젝트: 대형 가스전 및 석탄층가스 개발국 중대 과학기술 특별 (2011ZX 05034-001); 국가 중점 기초 연구 개발 계획 프로젝트 (973) (2009CB219600); 중앙고교 기본과학업무비 특별기금 (2011Py0211)

저자 소개: 여옥민, 남자, 강서지안인, 1985, 박사 대학원생은 현재 석탄층가스 지질과 개발 연구에 종사하고 있다. 주소: 베이징시 해전구 학원로 29 호 중국 지질대학 (베이징) 에너지학원. 연락처 전화: 010-82322011. 사서함: Yale1210 @163.com

(중국 지질대학 (베이징) 에너지학원 베이징 100083)

불포화 석탄층가스 개발 과정에서 독특한 단상 수류 단계를 연구하면 이런 석탄층가스 저장고의 초기 배수 특징에 대한 인식과 가스 우물의 잠재적 생산성에 대한 지시 작용을 심화시키는 데 도움이 된다. 진남 석탄층 메탄밭 불포화 석탄층가스 매장을 예로 들어 이런 가스 개발 초기의 단상 배수 채기 특징을 중점적으로 연구하여 후기 가스 우물 생산능력과의 관계를 밝혀내고, 가스 우물의 잠재적 생산능력에 대한 예측의 의미를 분석했다. 그 결과 진남지역 가스 우물 단상 배수 특징이 단층의 영향을 많이 받고 배수 시간이 누적 생산량과 기하급수적으로 관계가 있는 것으로 나타났다. 배수 시간은 50~ 140d 로 누적 생산량이 500m3 미만인 가스 우물은 좋은 가스 생산 능력을 보여준다.

키워드: 불포화 석탄층가스 저장고의 단상 배수 생산 특징을 나타내는 의미

석탄층 메탄이 초기에 개발한 단상 수류 특성과 지시-청수 분지 남부를 예로 들다.

여옥민, 당대진, 서호, 도수, 장표

(중국 지질대학 에너지학원, 베이징, 100083)

다이제스트: 저포화 저수지 개발에서 고유한 단상 물 흐름 특징을 연구하여 초기 펌핑 특성을 얻고 가스 우물 생산성을 예측하는 데 도움이 됩니다. 이 글은 수분지 남부의 불포화 석탄층가스 저장고를 예로 들어 불포화 석탄층가스 개발 초기 단상 양수의 특징을 중점적으로 연구하여 단상 양수 역학과 가스 우물 생산성의 관계를 밝혀내고, 가스 우물의 잠재적 생산성에 대한 지시작용을 분석했다. 그 결과, 수분지 남부의 단상 수류 역학은 주로 단층에 의해 제어되며, 단상 수세 시간은 누적 생산량과 기하급수적으로 관련되어 있는 것으로 나타났다. 또한 펌핑 시간은 50 ~ 140 일, 누적 생산량이 500 m3 미만인 우물에서 좋은 가스 생산 역학을 보였다.

키워드: 불포화 CBM 저수지; 단상 물 펌핑 특성 지시

석탄층가스장은 중요한 비정규 천연가스 매장으로서 국내 학자들의 관심을 받고 있다. 최근 몇 년 동안 국내 많은 학자들이 저수지 물성 (첸 등, 2007), 수문 지질 조건 (등, 2001; 왕파 등, 2007), 경계와 폐쇄 메커니즘 (소선파 등, 2005; 엄송 등, 2009 년) 성장진화 (엄송 등, 2009 년; 조군 등, 2007 년; 조 등, 2005) 등 방면에서 대량의 연구 작업을 전개하여 일정한 성과를 거두었다. 그러나 외국에 비해 우리나라 석탄층가스 매장층 기초 연구는 시작이 늦었고, 석탄 저장층 지질 환경 및 형성 메커니즘, 고온고압에서의 석탄의 흡착 특성, 모형, 석탄 흡착 성능을 설명하는 지질 제어 요소 등을 강화하고 심화해야 한다 (엄송 등, 2005). 현재 우리나라는 석탄층가스 개발에 대한 체계적인 인식이 부족하고, 특히 불포화 석탄층가스 개발 초기 단상 배수 특성과 가스 우물 생산성과의 관계에 대한 인식이 부족하여 가스전의 합리적인 개발 배치를 제한하고 있다. 석탄 저장층은 뚜렷한 응력 민감성을 가지고 있기 때문에 불포화 석탄층가스 저장층 개발 초기 불합리한 단상 배수 조치는 저장층의 절대 침투율을 크게 손상시켜 가스 우물의 잠재적 가스 생산 능력을 낮추고, 심지어 전체 석탄층가스 밭의 후기 개발 배치 및 개발 효과에도 영향을 미칠 수 있다.

그림 1 가스 포화도가 다른 석탄층 가스 저장고의 물 생산 특성 곡선

1 불포화 석탄층 메탄 저장고의 물 생산 특성

흡착력이 강한 것은 석탄 저장층의 두드러진 특징 중 하나이며, 석탄층에 흡착된 가스는 일반적으로 80% 이상 (소선파 등 1999) 에 달한다. 이런 통상적인 천연가스장과는 다른 특수한 발생 메커니즘은 석탄층가스 생산 메커니즘의 독특성을 결정한다. 석탄층가스 채굴은 배수 → 강압 → 탈착 → 확산 → 침투 → 채굴 과정 (폰, 2009) 이다. 이 과정에서 석탄층가스 저장고의 가스수산 출출 메커니즘은 가스 포화도의 영향을 받는다. 즉, 석탄층가스 우물의 가스수산 출출 곡선은 석탄층가스 포화도에 따라 다르다 (소선파 등, 200 1).

1. 1 과포화/포화 석탄층가스 저장고의 가스 특성

과포화 석탄층가스 매장은 가스 포화도가 100% 보다 큰 석탄층가스 매장으로, 일부 석탄층가스가 석탄 저장층 구멍 틈 시스템에 자유상태로 존재하는 것이 특징이다. 기정배액이 강압될 때, 석탄층가스는 빠르게 흡수되어 유류 석탄층가스와 함께 생산된다 (그림 1a). 따라서, 이러한 가스 저장고를 개발할 때, 가스층은 가스 우물이 배출된 직후 생산되며, 기본적으로 불포화 단상 물의 흐름 단계를 거치지 않고, 공기수 2 상 흐름 단계 (예: 1, 3 기) 로 직접 들어간다 (예:1,3 기).

포화 석탄층가스 매장은 가스 포화도가 100% 인 석탄층가스 매장을 말한다. 가스 우물이 배액 강하를 시작할 때, 석탄층가스는 즉시 탈착되어 확산된다. 탈착 확산이 진행됨에 따라 석탄층의 틈새와 갈라진 틈 속의 자유 가스 채도가 점차 증가하여 잔여 가스 채도보다 클 때까지 가스 우물이 석탄층가스를 생산하기 시작했다 (그림 1b). 따라서, 이런 석탄층가스 저장고를 개발할 때, 기정은 짧은 불포화 단상 수류 단계 (예: 1, 2 단계) 를 거쳐 석탄층가스를 생산해야 한다.

1.2 불포화 석탄층 메탄 저장고의 가스 생산 특성

불포화 석탄층가스 매장은 가스 포화도가 100% 이하인 석탄층가스 매장을 말한다. 가스정배액이 강압되었을 때, 석탄층가스는 기본적으로 아직 해착되지 않았다. 저장층 압력이 임계 해흡압력보다 낮아질 때까지 해착이 시작되지 않았다. 이 시점에서 가스 우물은 아직 CBM 을 생산하지 못했습니다. 석탄층의 구멍과 갈라진 틈에서 유류가스의 채도가 잔여가스의 채도보다 큰 경우에만 가스 우물이 석탄층가스를 생산하기 시작한다 (그림 1c). 따라서 이러한 석탄층가스 매장을 개발하기 위해 가스 우물은 포화 단상 물의 흐름과 불포화 단상 물의 흐름 (그림 1 의 단계 I 및 단계 II) 을 거쳐 석탄층가스를 생산하기 시작했습니다.

불포화 석탄층가스장 개발 초기 단상 배수 채굴은 1~2 개월에서 몇 년까지 오랜 시간이 걸린다. 장기 단상 배수 시기에 형성된 가스 배수 특징은 가스 저장층의 특징을 인식하고 가스 우물의 잠재적 생산능력을 연구하는 중요한 근거이다.

2 개발 초기 불포화 석탄층 메탄 저장고의 단상 배수 생산 특성

불포화 석탄층가스 개발 초기에 단상 배수 특징을 표상하는 정량 매개변수는 주로 단상 배수 시간과 단상 물 누적 생산량의 두 가지입니다.

2. 1 단상 배수 시간

단상 배수 시간은 불포화 석탄층 메탄 저장고를 개발할 때 석탄층 메탄 우물 초기에 물만 나와서 가스를 생산하지 않는 시간을 가리킨다. 장기 단상 배수 시간은 반드시 석탄층가스 우물 개발 비용을 증가시킬 것이다. 따라서 단상 배수 시간은 가스전 개발 비용에 직접적인 영향을 미치며 석탄층 메탄밭 개발의 경제성을 평가하는 중요한 매개 변수다.

2.2 단상 물 누적 생산

단상수의 누적 생산량은 불포화 석탄층가스 저장고를 개발할 때 석탄층가스 우물 전 지하수의 누적 총생산량을 말한다. 채출수의 대부분은 높은 염량, 높은 광화도의 특징을 가지고 있어 국가 배출 기준에 맞지 않기 때문에 반드시 처리한 후에야 배출할 수 있어 지표수 시스템과 지하수 (팬 등,1998) 를 오염시키지 않도록 해야 한다. 왕지초 등, 2009 년). 채취수 처리는 의심할 여지 없이 석탄층가스 개발 비용을 증가시켰기 때문에 단상수 누적 생산량이 가스전 개발 비용에 영향을 미치는 것은 석탄층가스밭 개발의 경제성을 평가하는 중요한 매개 변수다.

2.3 단상 배수 시간과 단상 수의 누적 수율 사이의 관계

불포화 석탄층가스 개발 초기 단상수의 배출 시간과 단상수의 누적 생산량은 지질, 공사, 진입 요소 등 많은 같은 요인들의 영향을 받으며, 이들 사이에는 일정한 관계가 있어야 한다. 진남 석탄층가스밭 석탄층가스 우물 단상 배수 시간과 단상 물 누적 생산량 관계도 (그림 2) 에서 볼 수 있듯이 단상 배수 시간이 250d 미만이면 단상 물 누적 생산량과 강한 선형 관계가 있음을 알 수 있다. 단상 수 배수 시간이 250d 보다 크면 단상 수 누적 생산량과의 연관성이 떨어지고 지수 관계가 나타납니다. 일반적으로 이들 사이에는 지수 관계가 있습니다.

Y= 144.37exp(0.0069x)

형식 중: x 는 단상 배수 시간, d; Y 는 단상 물의 누적 생산량, m3 입니다. 맞춤 함수의 R2 값이 0.8323 에 달하면 해당 지역의 단상 물의 배수 시간과 단상 물의 누적 생산량 사이의 관계를 잘 설명할 수 있음을 알 수 있습니다.

2.4 단상 배수의 영향 요인 및 생산 특성

단상수 배수 특징에 영향을 미치는 요인이 많은데, 주로 가스 비율, 배수 속도, 시공 지질 조건 및 수문 지질 조건을 포함한다.

배수율이 같은 경우 석탄층가스 저장고의 가스 포화도가 높을수록 임계 탈착 압력이 커질수록 가스 생산에 필요한 압력 강하가 줄어들기 때문에 단상수 배수 시간이 짧을수록 누적 생산량이 작아진다.

잠적비가 비슷한 조건에서 석탄층가스 우물의 배수 속도가 빠를수록, 저장고의 강압이 빨라질수록, 가스를 생산하는 시간이 짧아지고 (즉, 단상수 배수 시간이 짧을수록), 누적 생산량이 작아진다. 예를 들면 표 1 중 가스 포화도가 약 82.8% 인 J7 과 J/KLOC-와 같다.

그림 2 단상 배수 시간과 단상 물의 누적 생산량 사이의 관계

표 1 단상 배수 특성과 결함의 관계

구조 지질 조건과 수문 지질 조건은 단상 배수 및 생산 특성에 큰 영향을 미친다. 구조부위와 수문지질 조건 지역에 따라 저장층 침투율, 수분 함량, 지하수 활동성이 달라 우물 단상 배수와 생산 특징이 다르다. 진 남부의 석탄층 메탄밭은 여러 개의 정단층 (,2005) 을 발전시켰다. 이 단층 부근의 수문 지질 조건은 복잡하여 배수 강압에 불리하다. 단상 배수는 시간이 오래 걸리고 누적 생산량이 크다 (표 1).

3 단상 배수와 생산 특성 및 가스 우물 생산성 간의 관계

응력에 민감한 석탄 저장층의 경우 불포화 석탄층가스 저장층 개발 초기 불합리한 단상 배수 조치 (배수가 너무 빠르거나 너무 느림) 로 인해 저장층 침투율이 손상되어 후기 가스 우물의 배수 배출 능력이 떨어질 수밖에 없다. 단상 배수 특성 매개변수와 가스 우물 생산성의 관계를 연구하고 검토하면 개발 초기에 합리적인 단상 배수 방안을 마련하고 석탄층가스 우물 생산능력을 미리 예측하며 저수지 증산 개조에 필요한 조치를 취하는 데 필요한 지침을 제공할 수 있다.

현재, 진남 석탄층 메탄 밭은 개발 초기에 있으며, 대부분의 석탄층 메탄 우물은 배수 시간이 짧다. 이 지역은 범장, 판장, 블록 석탄 저장층의 가스 포화도가 보통 80 ~ 90% 로 불포화 석탄층가스 저장층 (요 등, 2009) 에 속한다. 단상 배수 특성과 가스 우물 생산성 간의 관계를 과학적으로 평가하기 위해 연속 배수 1 년 후 형성된 평균 가스 생산과 최대 가스 생산량을 가스 우물 생산성 지표로 선택합니다.

3. 1 단상 배수 시간과 가스 우물 생산성의 관계

가스 우물 배수가 너무 빨라서 단상 물 배수 시간이 너무 짧아 저수지에 돌이킬 수 없는 응력 손상을 입히고 침투율을 낮추며 생산성에 영향을 미치는 경우가 많습니다. 동시에, 단상 배수 시간이 너무 길고, 저장층의 수량이 많거나 (또는 수층과 연결됨) 가스 우물이 좋은 생산능력을 형성하는 데 불리하다.

그림 3 은 진남 지역의 단상 배수 시간과 산량 관계를 보여줍니다. 그림에서 볼 수 있듯이, 가스 우물 단상 배수 시간과 1 연간 생산량 사이에 네 가지 뚜렷한 특징이 있습니다. 1) 단상 배수 시간이 140d 보다 큰 석탄층 메탄 우물의 평균 가스 생산량은 기본적으로 3000m3/d 미만이며 최대입니다. 2) 단상 배수 시간이 50 일 미만인 석탄층가스 우물의 평균 생산량은 기본적으로 3000m3/d 미만이고 최대 생산량은 6000m3/D 미만이다. 3) 고 수율 CBM 우물 (평균 가스 생산량이 3000m3/d 보다 크고 최대 가스 생산량이 6000m3/d 보다 큼), 단상 배수 시간은 50~ 140d 사이입니다. 4) 단상 배수 시간이 50~ 140d 인 일부 석탄층가스 우물 생산능력이 낮다. 이것은 단상 배수 시간이 너무 길거나 너무 짧으면 석탄층 메탄 우물의 고산물 형성에 불리하다는 것을 보여준다.

석탄 저장층에는 가스 포화도가 비슷하고 지하수가 보편적으로 활발하지 않은 진남 지역에서 일부 우물은 단상 배수 시간이 길기 때문에 이 우물이 활성 수층과 연결되어 가스 우물 강압이 어려워지고 산량이 제한된다는 것을 의미한다. 단상 배수 시간이 짧다는 것은 가스 우물 배수 속도가 너무 빠르다는 것을 의미하며, 저장층 침투율은 서로 다른 정도의 돌이킬 수 없는 손상을 입어 가스 생산에 불리하다는 것을 보여준다. 따라서 진남 지역의 단상 배수 시간이 140d 보다 크거나 50d 미만인 석탄층 메탄 우물은 일반적으로 생산 능력이 낮다는 것을 보여준다. 50~ 140d 사이의 석탄층가스 우물은 높은 생산능력을 형성하는 데 더 유리하다.

그림 3 단상 배수 시간과 가스 우물 생산성의 관계

3.2 단상 물의 누적 수율과 가스 우물 생산성의 관계

단상 물의 누적 생산량은 종종 지역 수문 지질 특징을 반영한다. 같은 수문 지질 배경에서 일부 가스 우물은 장기적으로 대량의 단상수를 배출하는데, 이는 저장층이 수층과 통하여 배수에 불리하고 좋은 생산능력을 형성하기 어렵다는 것을 나타낼 수 있다.

그림 4 는 진남 지역의 단상수 누적 생산량과 천연가스 생산량 사이의 관계를 보여준다. 그림에서 볼 수 있듯이, 가스 우물 단상 배수 시간과 1 년 내 가스 생산 사이에는 1) 누적 단상 생산량이 500m3 보다 큰 석탄층 메탄 우물의 평균 가스 생산량은 기본적으로 200M3/D 미만이고 최대 가스 생산량은 4000M3/미만입니다. 2) 고산능 석탄층가스 우물 (평균 산량이 2000 m3/d 보다 크고 최대 산량이 4000 m3/d 보다 큼), 누적 단상 생산량이 500m33 보다 작음) 일부 누적 단상 생산량이 500m3 미만인 석탄층가스 우물 생산능력이 낮다.

그림 4 단상 물의 누적 수율과 가스 우물 생산성의 관계

표 1 에서 알 수 있듯이 진 남구의 누적 단상 다산의 석탄층 메탄 우물은 대부분 정단층 부근에 위치해 있다. 석탄층 메탄 축적 과정에서 정층은 대부분 석탄층 메탄의 탈출 통로로 사용되어 정단층 부근의 석탄층 메탄 보존 조건이 좋지 않고, 석탄 저장층에는 공기 포화도가 낮으며, 단상 배수 단계의 배수 시간과 누적 생산량을 증가시켰다. 동시에, 정단층은 부근의 수층과 상통하여 단상 물의 장시간 강압이 어렵고, 배수 시간이 길어지고, 가스 우물 생산량이 증가하였다. 따라서 진남지역 석탄층가스 우물의 누적 단상 생산량은 500m3 이상이며, 이는 그 생산능력이 보편적으로 낮다는 것을 보여준다. 500m3 미만의 석탄층가스 우물은 생산능력을 높이는 데 더 유리하다.

4 결론

(1) 과포화, 포화, 불포화 석탄층가스 저장수산물의 가장 두드러진 특징은 개발 초기에 장기간의 단상 배수 단계가 있다는 것이다.

(2) 단상 배수 시간과 누적 단상 생산량은 불포화 석탄층가스 개발 초기 단상 배수 특징을 설명하는 두 가지 중요한 매개변수다. 단상 배수 특성은 단층의 영향을 많이 받는다. 진 남부 석탄층가스밭의 우물 단상 배수 시간과 단상 물의 누적 생산량은 기하급수적으로 관계가 있다.

(3) 진남 석탄층 메탄밭이 더 잘 생산될 수 있는 석탄층가스 우물, 단상 배수 시간은 50~ 140d, 누적 단상 생산량은 500m3 단상 배수 시간보다 140d 가 50d 보다 크거나 누적 단상 출수량이 500m3 보다 큰 석탄층 메탄 우물 생산능력은 일반적으로 낮다.

참고

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