ИЗМЕРЕНИЕ ГАЗОНОСНОСТИ

«Sigra» применяет три технологии определения объемов запаса газа в нетрадиционных залежах, где большая часть газа хранится за счет сорбции. К ним относятся:

Определение газоносности на основе десорбции из пробы

Определение газоносности на основе зерен породы, получившихся при бурении пробы

Определение газоносности без отбора керна

Последний метод можно также использовать практически для любого традиционного пласта-коллектора.

Кроме того, для определения газоносности «Sigra» применяет и традиционные методы.

Компания «Sigra» предлагает комплекс услуг по количественному определению газоносности в угольной пробе, извлеченной с помощью каротажного кабеля. Эта работа уникальна по своей точности и полноте. Она обеспечивает решения, полезные при оценке угрозы выбросов и прогнозировании выбросов газа из угля в естественных условиях залегания и из подрубленного угля. Ниже описывается применяемый нами порядок действий.

Порядок действий

  • Составление графика выбуривания керна и процесса отбора проб.
  • Размещение всех проб, содержащих больше 300 мм угля, в контейнере (1 м или 3 м), не затрачивая времени на описание керна.
  • Автоматический контроль скорости десорбции газа с шагом примерно 20 мл, сопровождение каждого замера меткой времени.
  • Размещение керна в температурной бане, выдерживаемой при температуре пласта.
  • Сбор всего выделившегося газа и повторное измерение его объема для проверки корректности.
  • Продолжение десорбции до тех пор, пока не выделится примерно 80% от начального объема газа.
  • Анализ состава газа на нескольких образцах, чтобы выявить изменения в составе.
  • Документирование керна по типам угля и заполнению кливажных трещин и измерение кажущейся относительной плотности каждой обнаруженной группы слоев.

Если керн содержит очевидные трещинные карбонаты — исследование их кислотой на способность вступать в реакцию; это может привести к необходимости более точного количественного определения влияния кислотного выщелачивания, что напрямую влияет на проницаемость.

  • Разделение всего керна дроблением на образцы для получения образца для определения остаточного газа (Q3). После этого раздробленная проба становится репрезентативным образцом, чтобы получить измельченный материал для построения изотерм сорбции. Десорбция раздробленного материала осуществляется в два этапа
    • До давления в одну атмосферу парциального давления пластового газа
    • До очень низкого парциального давления пластового газа

Анализ

Технически сложный анализ «Sigra» включает следующие действия:

  1. Учет водяного пара как компонента объема газа, выделившегося из контейнеров. При высоких температурах пласта погрешность может достигать 7%.
  1. Оценка начальных потерь газа во время отбора керна и на поверхности до начала измерений скорости десорбции. Это может быть сделано следующим способом:
    1. С помощью стандартного метода на основе кривой временной зависимости преждевременной десорбции и предполагаемого начала десорбции. В рамках этого исследования вычисляют коэффициент кажущейся диффузии (DA). Такое вычисление коэффициента диффузии опирается на график зависимости начальной крутизны кумулятивной десорбции от корня квадратного из времени, а также на суммарное содержание газа. Расчет основан на допущении, что диффузия в керне происходит по форме цилиндра с равномерным распределением. Поскольку керн угля всегда содержит некоторые неоднородности и трещины, то по сути DA является комбинацией коэффициента диффузии и разрыва внутри керна. Этот коэффициент полезен при моделировании выделения газа из подрубленного угля и служит индикатором подверженности выбросам.
    1. С помощью более строгого подхода, при котором моделируют фактический процесс десорбции в результате бурения с немедленным дроблением для определения остаточного газа. В данном случае числовую модель диффузии, основанную на диффузивном режиме растрескавшегося керна, подгоняют под результаты измерений десорбции керна. Помимо прочего, в модели используются результаты документирования керна, которые имеют форму подобранной подходящей модели растрескивания керна. Затем программа уточняет эти данные с получением уточненного распределения трещин и коэффициента ассоциированной диффузии. Использование этой информации с данными об объеме оставшегося газа, собранного во время дробления, а также применение расчетной или построенной по результатам измерений изотермы сорбции позволяет с помощью числовой модели гораздо более точно оценить потери газа. Так фактически моделируется десорбция при изменении давления в скважине по мере отбора керна, а также в течение периода пребывания на поверхности, когда газ теряется из керна.
  1. Описание формы кривой десорбции как в переводе на стандартное время десорбции (тау) применительно к 2/3 суммарной десорбции газа, так и применительно к отклонению от стандартной фиковской диффузии.
  1. Расчет содержания газа в карбонатной фракции проб угля на основе беззольной массы.
  1. Расчет среднего содержания газа в пласте, включая несколько контейнеров и потери керна.

Проводимая компанией «Sigra» с помощью этих методов оценка содержания газа намного превосходит требования стандарта AS 3980-1999.

Рис. 1. Контейнер «Sigra» для определения десорбции из керна, подсоединенный к автоматическому контрольно-измерительному устройству для определения десорбции и газосборнику на бане с регулируемой температурой, в которой размещают контейнер.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОНОСНОСТИ БЕЗ ОТБОРА КЕРНА

Определение газоносности без отбора керна – это новая услуга, предназначенная для определения содержания газа во всех пластах, бурение которых осуществляется в режиме репрессии в скважине с открытым стволом. Типичные примеры применения:

  • Бурение для первичного геологического изучения — подходит в тех случаях, когда заказчик предпочитает избежать отбора керна.
  • Бурение эксплуатационных скважин — подходит для тех ситуаций, когда заказчику требуется подкрепить знания о газоносности во время бурения эксплуатационных скважин.
  • Если свободный газ ожидается в таких формациях, как пористый песчаник, где при отборе керна будет происходить утечка газа.
  • Если требуется количественно определить все содержание газа в стратиграфическом комплексе.

Система не заменяет собой определение газоносности из керна, если она направлена на один или два хорошо известных угольных пласта, или если керн требуется для других целей. Однако эта система позволяет, в частности, проводить абсолютные измерения газоносности во всех пробуренных пластах.

Система может быть смонтирована практически на любой бурильной установке в необсаженной скважине, снабженной традиционной системой для работы с буровым раствором, содержащей емкости для бурового раствора и вибросито. Требуемое дополнительное оборудование:

  • Устройство для измерения положения головки бурильной штанги.
  • Клапан предотвращения подтекания у промывочного вертлюга.
  • Предохранительный клапан за буровым долотом.
  • Поворотное уплотнение в верхней части скважины. Его можно устанавливать над обсадными трубами или над ПВП.
  • Тарифный счетчик на циркуляционном буровом насосе.
  • Циклонный сепаратор, размещаемый между выходной стороной поворотного уплотнения с выпускными отверстиями для газовых расходомеров и виброситом.
  • Оборудование для регистрации расхода и состава газа.
  • Средства для отбора проб выбуренной породы из вибросита.

Это простые дополнительные меры для большинства буровых работ.

 

Определение газоносности в угле на основе выбуренной породы

Наиболее общей формой исследования свойств продуктивного пласта является оценка пластового давления и газоносности. Газоносность обычно измеряют отбором пробы в виде керна, помещением ее в контейнер и измерением выделяемого газа. Этот метод имеет определенные ограничения, если применяется в подземных условиях, т.к. уголь выделяет газ с момента его подрубания, и потому что на отбор керна может уйти слишком много времени. Зачастую допущения, используемые для определения значения утечек газа из керна, не соблюдаются из-за задержки времени до момента, когда станет возможным измерение скорости десорбции из керна.

В результате бурения и вымывания выбуренной породы из скважины удается достичь значительных преимуществ для количественного определения газоносности. Это можно сделать с помощью воздуха или воды. Воздух обеспечивает наиболее быстрый возврат выбуренной породы и подходит для более сухих пластов. Схематически этот процесс представлен на рис. 1. Сбор угольной мелочи здесь происходит очень быстро. Объем выбуренной породы с данного участка бурения после измерения можно использовать в качестве индикатора сколотого (рассланцованного) угля или угля, иным образом подверженного выбросам.

Тем не менее, в данном случае сравнительно короткие скважины можно промывать водой на высокой скорости, собирая угольную мелочь и помещая ее в контейнер для десорбции. После замедления десорбции в контейнере фрагменты нарубленного угля можно отшлифовать для определения наличия остаточного газа, как это традиционно делается при десорбции из керна. Потери газа на этапе транспортировки выбуренной породы определяют путем решения уравнений диффузии для десорбирующих частиц. Для этого частицы пропускают через сито, чтобы установить гранулометрический состав. Таким образом возможно определение не только содержания газа, но и коэффициента диффузии угля. Данный процесс позволяет достичь очень высокой точности результатов.

На рис. 2 представлена реальная кривая зависимости десорбции от времени.

Рис. 1. Система отбора проб сухим бурением для получения выбуренной породы в подземных условиях

Рис. 2. Десорбция газа во времени. Фактические данные отмечены x, изображен подбор смоделированной десорбции. Верхний график отражает общую газоносность.