注氮增产煤层气的压力控制程序和方法
阅读：34发布：2024-01-16
专利汇可以提供注氮增产煤层气的压力控制程序和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种注氮增产 煤 层气的压 力 控制程序和方法。该方法将 煤层 气储层对注氮井注氮压力、注氮速率的反响—— 生产井 的井口压力、产气量、氮气体积百分含量的变化——反馈到注氮井，调整注氮压力、注氮速率；对高渗透率 煤层气 储层，必要时憋压，甚至转换使用低压振荡加压模式；对低渗透率煤层气储层，必要时转换使用高压振荡加压模式。本 发明 提供的注氮增产煤层气的压力控制程序和方法适用于任意煤层，只要煤层有足够大的含气量。本发明的技术方法保证被注入的氮气进入煤层内部，扫过注氮井与生产井之间的全部煤层，使氮气进入煤层微孔隙，促使 吸附 态煤层气 解吸 ，并驱排解吸后的自由态煤层气至生产井，达到增产煤层气之目的。，下面是注氮增产煤层气的压力控制程序和方法专利的具体信息内容。
1.一种从一口或多口与煤层连通的注氮井向煤层注入氮气，促进烃类气体解吸，从多口与煤层连通的生产井采集产出的烃类气体以及烃类气体与氮气的混合气体，增解增产煤层气时，使用的压力控制程序和方法，其特征是：
(a)在注氮初始阶段、过渡阶段、稳定阶段，根据需要，使用不同的注氮压力；
(b)根据煤层气储层渗透率，使用不同的注氮压力；
(c)监测生产井井口压力、氮气百分含量、排气量；
(d)对高渗透率煤层气储层，在初始阶段和过渡阶段，必要时憋压，使注氮压力大于初始储层压力并且大于煤层静水压力；
(e)对高渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，在保持注氮速率的前提下，选择性减小氮气百分含量异常井排气量，或者降低注氮压力，或者同时减小氮气百分含量异常井排气量并降低注氮压力；
(f)对高渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，在降低注氮压力至小于初始储层压力并且小于静水压力后，如果氮气百分含量异常井数量继续增加或氮气百分含量随时间的变化的速率继续异常地变大，转换使用低压振荡加压模式；
(g)对低渗透率煤层气储层，在保持预定注氮速率和注氮压力大于初始储层压力并且大于煤层静水压力但远小于煤层气储层顶板围岩和底板围岩破裂压力的前提下，使用尽可能小的注氮压力；
(h)对低渗透率煤层气储层，在初始阶段和过渡阶段，在注氮压力大于煤层破裂压力并且远小于煤层气储层顶板围岩和底板围岩破裂压力但是注氮速率仍然小于预定注氮速率的情况下，转换使用高压振荡加压模式；
(h)对低渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，降低注氮压力，或者选择性减小氮气百分含量异常井排气量，或者同时降低注氮压力并减小氮气百分含量异常井排气量；
(i)对低渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，在降低注氮压力至小于煤层破裂压力则注氮速率小于预定注氮速率，升高注氮压力到远小于煤层顶板围岩和底板围岩破裂压力则氮气百分含量异常井数量增加或氮气百分含量随时间的变化的速率继续异常地变大的情况下，转换使用高压振荡加压模式；
(j)在注氮增解增产整个生产期内，按照图3的逻辑判断流程，根据注氮井的注氮压力、注氮速率、生产井的井口压力、产气量、氮气体积百分含量的变化，做出判断，根据判断调整注氮压力、生产井排气量。
2.根据权利要求1，其中所述的注氮初始阶段，其特征是煤层中的流体基本上是一相液体水，其中所述的注氮过渡阶段，其特征是煤层中的流体是水和气体二相流体，其中所述的注氮稳定阶段，其特征是煤层中的流体基本上是一相气体，是烃类气体、氮气等的混合气体。
3.根据权利要求1，其中所述的憋压，其特征是减小生产井排气量，甚至完全关闭生产井产气阀门，促使煤层气储层压力升高，使储层压力达到大于初始储层压力并且大于煤层静水压力。
4.根据权利要求1，其中所述的氮气百分含量异常井，其特征是生产井所产气体的氮气体积百分含量异常地高于其他井，或者氮气百分含量随时间的变化的速率异常地变大，或者井口压力异常地变大。
5.根据权利要求1，其中所述的低压振荡加压模式，其特征是，注氮压力随时间振荡变化，压力振荡变化的区间是，最小注氮压力充分地小于煤层气储层的初始压力并且充分地小于煤层静水压力，最大注氮压力大于煤层气储层的初始压力并且大于煤层静水压力，并充分地小于煤层破裂压力，交替地使用最小注氮压力、最大注氮压力，在使用最小注氮压力时，允许注氮速率小于预定注氮速率，使用低压振荡加压模式期间，保持生产井井口压力大于煤层气储层的初始压力并且大于煤层静水压力。
6.根据权利要求1，其中所述的高压振荡加压模式，其特征是，注氮压力随时间振荡变化，压力振荡变化的区间是，最小注氮压力大于煤层气储层的初始压力并且大于静水压力，最大注氮压力小于煤层顶板围岩和底板围岩的破裂压力，并确保不会压裂煤层顶板围岩和底板围岩，交替地使用最小注氮压力、最大注氮压力，在使用最小注氮压力时，允许注氮速率小于预定注氮速率。
7.根据权利要求1，其中所述的步骤(a)至(j)，其特征是，生产井的井口压力、产气量、氮气体积百分含量的变化作为煤层气储层对注氮井注氮压力、注氮速率的反响，反馈到注氮井，调整注氮压力、注氮速率。
8.根据权利要求1，其中所述的预定注氮速率是单位时间内经一口注氮井注入煤层的标准状况下的氮气体积，时间单位是小时或天，有多口注氮井时，各个注氮井可以有不同的预定注氮速率。
9.根据权利要求1，其中所述的氮气是高纯度氮气或以氮气为主要成分的气体。
10.根据权利要求9，其中所述的以氮气为主要成分的气体是烟囱气、高炉气。
注氮增产煤层气的压力控制程序和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种注氮增产煤层气的压力控制程序和方法。具体地，本发明涉及一种从一口或多口与煤层连通的井(以下简称为“注氮井”)向煤层注入氮气，促进烃类气体解吸，从与煤层连通的多口井(以下简称为“生产井”)采集产出的烃类气体以及烃类气体与氮气的混合气体，增解增产煤层气时，使用的压力控制程序和方法。
背景技术
[0002] 煤层气是煤层中的可燃性烃类气体，又称为瓦斯，其主要成分是甲烷。煤层气既是天然气清洁能源，又是导致煤矿瓦斯突出和爆炸的原因。据报道，在煤炭资源丰富的中国、美国、加拿大、澳大利亚等国家，煤层气资源量大于或相当于常规天然气资源量。煤层气是人类重要的新的清洁能源。
[0003] 95％以上的煤层气以吸附态赋存在煤层中，呈液体薄膜附着在微孔隙表面，不能自由移动，另有不到5％的煤层气以自由态赋存在孔隙、割理、裂隙空间中。当前开发煤层气的主流技术是“钻井-压裂-排水-降压-采气”技术模式，依靠压裂增大煤层渗透率，依靠排水降低煤层压力促进煤层气解吸。但是，大多数煤层的原始渗透率小于1毫达西，并且力学强度小，压裂增加渗透率的效果不明显。此外，如果煤层力学强度小，由于煤层的塑性特征，压裂增大渗透率的效果不能持久；如果煤体结构受成煤期后地质构造运动影响而破坏，煤粉严重，那么，压裂增大渗透率的效果也不能持久。尽管煤层气资源量巨大，2013年世界煤层气资源量超过260万亿立方米，远大于世界常规天然气探明储量187万亿立方米，但是世界煤层气产量微乎其微，2013年世界煤层气总产量不到700亿立方米，仅仅是世界常规天然气产量3.38万亿立方米的2.1％。煤层气储量如此之大而产量如此之低，是因为当前使用的“钻井-压裂-排水-降压-采气”技术模式只能开发少数渗透率高、力学强度适中的优质煤层气储层，不适用于绝大多数煤层气储层。因此，需要发展新的煤层气开发技术。
[0004] Puri和Stein提出一种增产煤层气的方法，该方法从一口注氮井向煤层注入惰性气体，例如，氮气，从一口或多口生产井获得煤层气，能够提高煤层气产量(参见Rajen Puri and Michael H.Stein，1988年，Method of coalbed methane production，美国专利号4883122)。该专利方法要求“注氮压力充分地保持恒定不变(wherein the injection pressure is maintained substantially constant.)”，“注氮压力小于煤层气储层破裂压力但是大于煤层气储层的初始压力(wherein the inert gas is injected at a pressure less than reservoir parting pressure but greater than initial reservoir pressure.)”。
[0005] 虽然在理论上向煤层注入的气体可以是任何惰性气体或不与煤层发生化学反应的气体，但是在实践上向煤层注入的气体常常是高纯度氮气和以氮气为主要成分的混合气体，例如，烟囱气、高炉气等。这主要是因为：(1)获得高纯度氮气的成本低廉，而获得其他惰性气体或不与煤层发生化学反应的气体的成本相对昂贵。(2)由于烟囱气、高炉气的主要成分是氮气和CO2，向煤层注入烟囱气、高炉气，在增产煤层气的同时，又有碳埋藏、抵消二氧化碳排放量的双重益处。但是，煤层对CO2的吸附能力强，煤层吸附大量CO2后对采煤的危害很大，因此，注烟囱气、高炉气不能应用于可开采煤层，而应当应用于埋藏深度大的不可采煤层。
[0006] Puri和Stein的专利方法要求“注气压力充分地保持恒定不变”，“惰性气体被以小于煤层气储层破裂压力但是大于煤层气储层的初始压力的压力注入(煤层)”。Puri和Stein的专利方法没有被世界煤层气行业使用，原因之一是，实际上，该专利方法对注氮压力的要求仅适用于渗透率高的优质煤层气储层，对绝大多数煤层气储层是不正确的，无法实施的。
[0007] 本发明提供的注氮增产煤层气的压力控制程序和方法适用于任意煤层，使被注入的氮气进入煤层内部，扫过注氮井与生产井之间的全部煤层，使氮气进入煤层微孔隙，促使吸附态煤层气解吸，并驱排解吸后的自由态煤层气至生产井，达到增产煤层气之目的。
发明内容
[0008] 本发明涉及一种注氮增产煤层气的压力控制程序和方法。具体地，本发明涉及一种从一口或多口与煤层连通的注氮井向煤层注入氮气，促进烃类气体解吸，从多口与煤层连通的生产井采集产出的烃类气体以及烃类气体与氮气的混合气体，增解增产煤层气时，使用的压力控制程序和方法。
[0009] 本发明是采用以下技术手段实现的：
[0010] 本发明涉及一种注氮增产煤层气的压力控制程序和方法。具体地，本发明涉及一种从一口或多口与煤层连通的注氮井向煤层注入氮气，促进烃类气体解吸，从多口与煤层连通的生产井采集产出的烃类气体以及烃类气体与氮气的混合气体，增解增产煤层气时，使用的压力控制程序和方法，以达到使被注入的氮气进入煤层内部，扫过注氮井与生产井之间的全部煤层，使氮气进入煤层微孔隙，促使吸附态煤层气解吸，并驱排解吸后的自由态煤层气至生产井，达到增产煤层气之目的。
[0011] 具体的压力控制步骤、流程和方法如下：
[0012] (a)在注氮初始阶段、过渡阶段、稳定阶段，根据需要，使用不同的注氮压力；
[0013] (b)根据煤层气储层渗透率，使用不同的注氮压力；
[0014] (c)监测生产井井口压力、氮气百分含量；
[0015] (d)对高渗透率煤层气储层，在初始阶段和过渡阶段，必要时憋压，使注氮压力大于初始储层压力并且大于煤层静水压力；
[0016] (e)对高渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，在保持注氮速率的前提下，选择性减小异常井排气量，或者降低注氮压力，或者同时减小异常井排气量并降低注氮压力；
[0017] (f)对高渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，在降低注氮压力至小于初始储层压力并且小于静水压力后，如果氮气百分含量异常井数量继续增加或氮气百分含量随时间的变化的速率不减小或继续异常地变大，转换使用低压振荡加压模式；
[0019] (h)对低渗透率煤层气储层，在初始阶段和过渡阶段，在注氮压力大于煤层破裂压力并且远小于煤层气储层顶板和底板围岩破裂压力但是注氮速率仍然小于预定注氮速率的情况下，转换使用高压振荡加压模式；
[0020] (h)对低渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，降低注氮压力，或者选择性减小氮气百分含量异常井排气量，或者同时降低注氮压力并减小氮气百分含量异常井排气量；
[0021] (i)对低渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，在降低注氮压力至小于煤层破裂压力则注氮速率小于预定注氮速率，升高注氮压力到远小于煤层顶板和底板围岩破裂压力则氮气百分含量异常井数量增加或氮气百分含量随时间的变化的速率继续异常地变大的情况下，转换使用高压振荡加压模式；
[0022] (j)在注氮增解增产整个生产期内，按照图3的逻辑判断流程，根据注氮井的注氮压力、注氮速率、生产井的井口压力、产气量、氮气体积百分含量的变化，做出判断，根据判断调整注氮压力、生产井排气量。
[0023] 本发明与现有技术相比，具有以下明显的有益效果和优势：
[0024] 使用本发明方法提供的注氮增产煤层气的压力控制程序和方法适用于任意煤层气储层，只要煤层有足够大的含气量。
[0025] 世界煤层气储量巨大，而产量很低，是因为当前使用的煤层气开发技术能够开发最优质的煤层气储层，不适用于绝大多数煤层气储层。本发明提供的技术能够开发大多数煤层气储层，使巨量煤层气资源造福人类。附图说明
[0026] 图1(a)是高渗透率煤层气储层煤样品的照片，图(b)和(c)是低渗透率煤层同一个煤样品不同角度的照片。图1的照片比较了高、低渗透率煤层气储层割理、裂隙发育程度的巨大差异，这是煤层气储层渗透率差别的原因，也是确定注氮压力控制程序、选择压力控制方法的依据之一。
[0027] 图2(a)和图2(b)分别是是液体、气体在连通岩石孔隙的孔道中渗流流速断面示意图。该图证明，由于滑脱滑脱效应，管壁处气体分子参与流动，相当于增大了孔道流动空间，因此，气体在煤层中的渗透率Ka大于煤层的绝对渗透率K，当然地远大于液体在煤层中的渗透率KL。
[0028] 图3是注氮压力控制流程图。
具体实施方式
[0029] 以下结合具体实施方式，对本发明做进一步说明。
[0030] 本发明所述的“氮气”是高纯度氮气和以氮气为主要成分的气体。高纯度氮气是氮气体积百分含量大于95％的气体。以氮气为主要成分的气体是氮气体积百分含量大于50％的混合气体，例如，烟囱气、高炉气。
[0031] 注氮增产煤层气的关键是如何使被注入的氮气进入煤层内部，扫过注氮井与生产井之间的全部煤层，使氮气进入煤层微孔隙，促使吸附态煤层气解吸，并驱排解吸后的自由态煤层气至生产井。这个“促解驱排”作用促使煤层气解吸和从注氮井向生产井运移，到达生产井井口被采集。注氮压力必须足够大，至少必须大于初始储层压力，才能够将氮气注入煤层，至少必须大于煤层静水压力，才能将煤层中的水驱排到围岩中或驱排到地面。
[0032] 储层压力是指作用在储层孔隙中的流体上的压力，也称为地层孔隙压力。储层压力就是地层压力，仅仅因为某个地层是储层，所以该地层压力又被称为储层压力。煤层气储层的初始储层压力是煤层气勘探开发之前煤层孔隙中的流体在地下原位时受到的压力。
[0033] 煤层气储层的初始储层压力P初与煤层深度H的关系是：
[0034] P初＝P梯度*H (1)
[0035] 其中P初是煤层气储层的初始储层压力，单位：MPa，即兆帕；
[0036] H是煤层深度，单位：m，即米；
[0037] P梯度是地层压力梯度，即每单位深度地层压力的变化，单位：MPa/m。P梯度一般是随深度而变的变数，但是可以近似为常数。如果P梯度是变数，则式(1)应当是积分表达式。
[0038] 初始储层压力由多种因素形成，但主要有2个来源：(1)上覆岩层重量产生的岩石压力，即地静压力。(2)储层孔隙空间内地层水重量产生的水柱压力，即静水压力。静水压力可以表达为：
[0039] P水＝Hρ水G/1000 (2)
[0040] 其中P水是静水压力，单位：MPa；
[0041] H是煤层深度，单位：m，即米；
[0042] G是重力加速度，单位：9.8m/s2；
[0043] ρ水是水的密度，单位：g/cm3.
[0044] 将初始储层压力P初与静水压力P水的比值定义为储层压力系数αP：
[0045]
[0046] 如果0.75<储层压力系数<0.9，则储层被称为低压储层；如果0.9<储层压力系数<1.1，则储层被称为常压储层；如果1.1<储层压力系数<1.4，则储层被称为高压储层；如果储层压力系数>1.4，则储层被称为超高压储层，是异常高压。常规天然气气田可能存在高压储层或超高压储层。煤层气储层通常是低压储层或常压储层，绝少高压储层，没有超高压储层。
[0047] 注氮增解增产煤层气时，注入的氮气首先驱排煤层割理、裂隙中的水，由近及远地逐渐占据从注氮井向生产井运移路径上的原先被水占据的空间。其次，在此运移的同时，氮气在高压作用下向煤基质块渗透，进入微孔隙，置换微孔隙表面呈吸附态液体薄膜状的煤层气，使之成为自由态煤层气；最后，自由态煤层气在高压驱动下，扩散到达割理、裂隙；在割理、裂隙表面发生二次解吸，进入割理、裂隙网路中，沿割理、裂隙被驱排到达生产井。
[0048] Puri和Stein的专利方法要求“注氮压力充分地保持恒定不变”，“注氮压力小于煤层气储层破裂压力但是大于煤层气储层的初始压力”。这些关于注氮压力的要求，对于割理、裂隙发育因而渗透率高的优质煤层气储层，例如，原始渗透率大于数个毫达西的煤层，虽然不能说是错误的，但是不足以指导注氮压力控制；对于割理、裂隙不发育或者成煤期后遭受地质构造运动改造导致割理、裂隙闭合的低渗透率煤层气储层，是不正确的。例如，图1(a)展示了割理、裂隙发育较好的煤层的照片，割理、裂隙构成了水和氮气运移的网络。对于这样的煤层气储层，只要注氮压力充分地大于煤层初始储层压力，注入的氮气就能够沿割理、裂隙渗流运移，驱排割理、裂隙中的水，充满割理、裂隙的氮气在高压作用下向煤基质块内部扩散运移，进入煤层微孔隙，置换驱排微孔隙表面液体薄膜状的吸附态煤层气。图
1(b)和(c)是低渗透率煤层同一个煤样品不同角度的照片。该煤样品采自煤矿井下煤巷掘进工作面，该煤层渗透率为0.1～0.001毫达西数量级。这是世界上绝大多数煤层的原始渗透率的范围。对图1(b)和(c)所示煤层，看不到张开的割理、裂隙，可能煤层原始割理、裂隙不发育，也可能成煤期后的地质构造运动导致割理、裂隙闭合。这与图1(a)展示的煤层的割理、裂隙形成鲜明的对比。在图1(b)和(c)中，可以看到煤层存在层理。一般说来，层理之间的晶间孔、原生粒间孔的直径大于层理内部晶间孔、原生粒间孔的直径。这些层理之间以及层理内部的微孔隙、由晶间孔、原生粒间孔构成的连通微孔隙的孔喉，是氮气进入煤层的通路。那些在地应力作用下已经闭合的割理、裂隙，也可能没有完全闭合，只是肉眼看不到了。没有完全闭合的割理、裂隙也可以是氮气进入煤层微孔隙的通路。但是，按照Puri和Stein的专利方法的要求，保持“注氮压力小于煤层气储层破裂压力”，氮气将只能通过微孔隙、晶间孔、原生粒间孔、没有完全闭合的割理、裂隙等渗流扫过煤层。氮气通过晶间孔、原生粒间孔孔喉、没有完全闭合的割理、裂隙渗流进入煤层微孔隙。氮气沿这样的路径运移阻力大，曲折系数大，路径长。显然，在这种情况下，煤层中氮气流量小，注入的氮气运移扫过煤层的时间可能非常漫长，以至于Puri和Stein的专利方法对注氮压力的选择——“注氮压力充分地保持恒定不变”并且“注氮压力小于煤层气储层破裂压力但是大于煤层气储层的初始压力”——在实践上是不可行的。
1(b)和(c)是低渗透率煤层同一个煤样品不同角度的照片。该煤样品采自煤矿井下煤巷掘进工作面，该煤层渗透率为0.1～0.001毫达西数量级。这是世界上绝大多数煤层的原始渗透率的范围。对图1(b)和(c)所示煤层，看不到张开的割理、裂隙，可能煤层原始割理、裂隙不发育，也可能成煤期后的地质构造运动导致割理、裂隙闭合。这与图1(a)展示的煤层的割理、裂隙形成鲜明的对比。在图1(b)和(c)中，可以看到煤层存在层理。一般说来，层理之间的晶间孔、原生粒间孔的直径大于层理内部晶间孔、原生粒间孔的直径。这些层理之间以及层理内部的微孔隙、由晶间孔、原生粒间孔构成的连通微孔隙的孔喉，是氮气进入煤层的通路。那些在地应力作用下已经闭合的割理、裂隙，也可能没有完全闭合，只是肉眼看不到了。没有完全闭合的割理、裂隙也可以是氮气进入煤层微孔隙的通路。但是，按照Puri和Stein的专利方法的要求，保持“注氮压力小于煤层气储层破裂压力”，氮气将只能通过微孔隙、晶间孔、原生粒间孔、没有完全闭合的割理、裂隙等渗流扫过煤层。氮气通过晶间孔、原生粒间孔孔喉、没有完全闭合的割理、裂隙渗流进入煤层微孔隙。氮气沿这样的路径运移阻力大，曲折系数大，路径长。显然，在这种情况下，煤层中氮气流量小，注入的氮气运移扫过煤层的时间可能非常漫长，以至于Puri和Stein的专利方法对注氮压力的选择——“注氮压力充分地保持恒定不变”并且“注氮压力小于煤层气储层破裂压力但是大于煤层气储层的初始压力”——在实践上是不可行的。
[0049] 流体在煤层中的流量Q由下式表述：
[0050]
[0051] 式中，Q是通过煤层的液体流量，单位：cm3/s；
[0052] K是煤层的渗透率，单位：达西(D)，K以煤层的绝对渗透率为基数，因煤层中流体性质不同而变化；
[0053] A是氮气在煤层中扩散波前面面积，单位：cm2；
[0054] L是长度，即同一煤层在注氮井与生产井之间的延展长度，单位：cm；
[0055] △P是加在注氮井与生产井之间煤层两端的压差，单位：MPa(兆帕)；
[0056] μ是流体的粘度，单位：mPa·s(毫帕斯卡·秒)。
[0057] 在同一个煤层中，由于毛细管效应等因素，液体(即地下水)在煤层中的渗透率KL小于煤层的绝对渗透率K；由于滑脱现象，气体在煤层中的渗透率Ka大于煤层的绝对渗透率K，更大于地下水(即液体)在煤层中的渗透率KL。液体在煤层中的渗流受毛细管作用的影响，由于液体分子间存在粘滞阻力，液体分子与孔隙壁之间也存在粘滞阻力，并且液体分子与孔隙壁之间的粘滞阻力F液-管壁大于液体分子之间的粘滞阻力F液-液。在毛细管断面上，管壁处粘滞阻力最大，中心最小，因此，液体流速在毛细管中心最大，管壁最小，管壁上液体分子被粘住，流速等于零，流速断面呈圆锥曲线，如图2(a)所示。这样的流动称之为“牛顿粘性流动”。由于地下水与煤之间的吸附作用，管壁处水分子形成液膜不流动，减小了孔道流动空间，因此，水在煤层中的渗透率KL小于煤层的绝对渗透率K。相比之下，气体在煤层中的渗流，由于分子半径小，分子之间间距大，粘滞阻力消失。分子碰撞，产生动量交换，管壁处分子不会粘在管壁上，仍处于运动状态。因此，煤层孔隙通道断面上气体分子间流速差消失，气体在孔隙通道中流动出现滑动效应，偏离牛顿粘性流动，如图2(b)所示，这就是所谓的滑脱现象，即气体在煤层中渗流时，其流速在毛孔断面上的分布偏离粘性流体流动，出现气体分子在管壁处速度不等于零的流动现象。由于滑脱效应，管壁处气体分子参与流动，相当于增大了孔道流动空间，因此，气体在煤层中的渗透率Ka大于煤层的绝对渗透率K，当然地远大于液体在煤层中的渗透率KL。
[0058] 在压强为一个大气压、温度为20℃的条件下，水的粘度为1.01×10-3Pa·s，氮气的-6粘度为17.58×10 Pa·s，相差57倍。流体的粘度主要受温度和压力的影响。温度升高时，气体的粘度升高而液体的粘度下降。压力增大时，液体和气体的粘度都增大，但增大的量都很小。注氮增解增产煤层气时煤层中的压力和温度，相对于一个大气压、温度为20℃的标准条件，温度和压力变化导致的水和氮气的粘度变化都不大。因此，注氮增解增产煤层气时，对于煤层中的地下水和注入煤层中的氮气，可以粗略地认为它们的粘度相差两个数量级或者说相差几十倍。
[0059] 本发明将注氮增解增产煤层气生产过程分为三个阶段：(1)注氮初始阶段，又称为“初始阶段”；(2)注氮过渡阶段，又称为“过渡阶段”；(3)稳定生产阶段，又称为“稳定阶段”。对于注氮增解增产煤层气技术，从开始注氮到稳定状态，煤层中流体的性质有一个从液体到气体的变化过程。在注氮初始阶段，煤层中的流体基本上是一相液体——水。随着氮气注入煤层，进入过渡阶段，煤层中的流体变为二相流体——水和气体的混合体。严格说来，此阶段煤层中的流体是多相流体，至少是水、氮气、甲烷的三相流体。但是，由于氮气与煤层气(其主要成分是甲烷)的渗透率、粘度等流体特性参数之间的差别很小，因此，可以简化处理，不区分氮气与甲烷，认为煤层中的流体是气液二相流体。注氮继续，煤层气中的水逐渐被高压氮气驱排到井区之外和顶、底板围岩中，或者通过生产井的排水管被排至地面。当煤层中的流体变为一相流体——气体，即煤层中只有气体——煤层气与氮气的混合气体时，注氮增解增产煤层气生产达到所谓“稳定阶段”。
[0060] 在注氮初始阶段，煤层中只有少量甲烷和氮气，近似100％水饱和，因此，式(3)中的渗透率K和粘度μ分别是水的渗透率和粘度。随着氮气注入煤层，水的饱和度降低，气体(氮气或氮气与甲烷的混合体)饱和度增大，煤层中的流体变为二相流体，式(3)中的渗透率K和粘度μ应当是该二相流体的等效渗透率和等效粘度。
[0061] 该等效渗透率是水的渗透率及其饱和度、气体的渗透率及其饱和度的函数，它随着注氮继续而增大。在初始阶段和过渡阶段早期，因为气体饱和度低，该等效渗透率的主要成分是水的渗透率，气体渗透率对该等效渗透率的影响较小。随着注氮继续，气体饱和度增大，气体渗透率对该等效渗透率的影响增加，水饱和度减小，水渗透率对该等效渗透率的影响亦减小。由于气体渗透率大于水渗透率，该等效渗透率在过渡阶段将逐渐增大。在过渡阶段晚期，因为水饱和度低，该等效渗透率的主要成分是气体渗透率，水渗透率对该等效渗透率的影响较小。当注氮增解增产达到稳定状态后，式(3)中的渗透率K是气体的渗透率。
[0062] 类似地，气水二相流体的等效粘度是水的粘度及其饱和度、气体的粘度及其饱和度的函数，它随着注氮继续而减小。在初始阶段和过渡阶段早期，因为气体饱和度低，该等效粘度的主要成分是水的粘度，气体粘度对该等效粘度的影响较小。随着注氮继续，气体饱和度增大，气体粘度对该等效粘度的影响增加；水饱和度减小，水粘度对该等效粘度的影响亦减小。由于水粘度远大于气体粘度，该等效粘度在过渡阶段将逐渐减小。在过渡阶段晚期，因为水饱和度低，该等效粘度的主要成分是气体粘度，水粘度对该等效粘度的影响较小。当注氮增解增产达到稳定状态后，式(3)中的粘度K是气体的粘度。
[0063] 因此，从注氮初始阶段，到过渡阶段，再到稳定阶段，随着煤层中流体性质从一相液体变化为气水二相混合体，再变化为一相气体，流体的等效渗透率经历了一个从小到大的变化过程，即从水的渗透率变化为气体的渗透率，而流体的等效粘度经历了一个从大到小的变化过程，即从水的粘度变化为气体的粘度。
[0064] 本发明将单位时间内经一口注氮井注入煤层的标准状况下的氮气体积，称之为“注氮速率”。有多口注氮井时，各个注氮井可以有不同的预定注氮速率。注氮速率与式(3)中的流量Q正相关，但是不等同。使用制氮机作为氮源时，一般将“预定注氮速率”设定为3
等于氮气源供应氮气的速率。例如，如果制氮机的制氮能力是2000m/h，那么，预定注氮速
3
率一般也是2000m/h，一方面避免浪费氮气，另一方面保持生产井稳定的产气量。使用低温液化制氮或使用高炉气、烟囱气时，通常有多口注氮井，各个注氮井可以有不同的预定注氮速率。在生产实践中，当注氮速率小于预定注氮速率时，就需要查明原因，采取相应措施。
等于氮气源供应氮气的速率。例如，如果制氮机的制氮能力是2000m/h，那么，预定注氮速
3
率一般也是2000m/h，一方面避免浪费氮气，另一方面保持生产井稳定的产气量。使用低温液化制氮或使用高炉气、烟囱气时，通常有多口注氮井，各个注氮井可以有不同的预定注氮速率。在生产实践中，当注氮速率小于预定注氮速率时，就需要查明原因，采取相应措施。
[0065] 对于高渗透率煤层，由于渗透率K大，只要注氮压力大于煤层气储层的初始压力并且大于静水压力，就能够将氮气按照预定注氮速率注入煤层。在注氮开始后，氮气将沿着割理、裂隙构成的网络通路，从注氮井向生产井运移，并在网络通路中形成气水二相流体，包围煤基质块。注氮继续，生产井需要憋压，逐渐提高网络通路中流体的压力，直到注氮压力大于煤层的初始储层压力并且大于静水压力，并达到如下四个目的：(1)驱使氮气沿煤基质块中的微裂隙渗流，氮气尽可能均匀地扫过注氮井与生产井之间的煤层。(2)驱使氮气通过显微裂隙、晶间孔喉、粒间孔喉扩散运移进入煤基质块中的微孔隙，促使微孔隙表面的吸附态甲烷解吸。同时，一小部分氮气转换为吸附态氮气，挤占微孔隙表面的位置，“剥离”吸附态甲烷，促进甲烷解吸。(3)将煤层晶间水、微孔隙中的水，驱排到割理、裂隙构成的网络通路，将该网络通路中的水驱排到生产井井筒。(4)将生产井井筒中的水自动压排到地面，使煤层中的流体完成从气水二相混合体变为一相气体的变化过程。当注氮压力大于煤层初始储层压力并且大于静水压力足够长时间后，煤层中的流体变为一相(气相)流体，注氮增解增产进入稳定状态。对高渗透率煤层，既没有必要也不应当大于煤层破裂压力，原因如下：(1)只要煤层渗透率足够大大，即使在注氮初始阶段和过渡阶段早期，只要保持注氮压力大于煤层初始储层压力并且大于静水压力，就足以保证按预定注氮速率将氮气注入煤层，因此，没有必要使用更大的注氮压力。如果煤层渗透率非常大，有可能注氮压力小于煤层初始储层压力时，也能够按预定注氮速率将氮气注入煤层。在这种情况下，需要控制生产井产气量，甚至完全关闭生产井产气阀门，促使煤层气储层压力升高；这称之为“生产井憋压”。通过憋压，将注氮压力提升到大于煤层初始储层压力并且大于静水压力，达到将煤层中的水排挤到围岩中，或排挤到生产井井筒之后，在气体压力作用下，经生产井排水管排至地面。(2)注氮增解增产的成败和成效大小，决定于注入煤层的氮气能否在从注氮井向生产井运移的路途中，能够尽可能多的扫过注氮井与生产井之间的煤层，进入煤基质块的微孔隙中，“置换”、“剥离”吸附态煤层气，并将其驱排至生产井井筒。对高渗透率煤层气储层，注氮压力控制的重点不是保证氮气运移到生产井，因为做到这一点很容易；而是保证氮气既要从注氮井向生产井运移，又不能直接从注氮井窜入生产井。因此，注氮压力不应当大于煤层破裂压力，否则，强大的破裂压力可能造成氮气从注氮井直接窜入生产井的通路。(3)注氮压力大，增压机消耗的动力多，注氮增解增产成本升高。因此，应当在保证注氮速率的前提下，使用尽可能低一些的注氮压力。
[0066] 对于高渗透率煤层气储层，Puri和Stein的专利方法的要求——“惰性气体被以小于煤层气储层破裂压力但是大于煤层气储层的初始压力的压力注入(煤层)”，虽然不能说是错误的，但是不足以指导注氮压力控制。首先，从煤层气储层的初始压力到煤层气储层破裂压力是一个很大的压力范围。如果煤层气储层是常压储层，初始储层压力近似等于静水压力。当前开发的绝大多数煤层气储层的深度小于1000m。埋深为1000m的煤层的静水压力大约为9.8MPa。煤层破裂压力通常在25～35MPa之间。从煤层气储层的初始压力到煤层气储层破裂压力，压力变化范围在15MPa以上，甚至达到25MPa。选择注氮压力为10MPa，符合Puri和Stein的专利方法的要求。选择注氮压力为24MPa，也符合Puri和Stein的专利方法的要求。显然，10MPa注氮压力与24MPa注氮压力的效应差别很大。Puri和Stein的专利方法没有提供选择的依据。其次，对高渗透率煤层气储层，即使注氮压力小于破裂压力，也有氮气直接从注氮井窜入生产井的危险，需要监测确定这样的危险已经发生或者预测这样的危险即将发生。再者，煤层的破裂压力是未知的。实施压裂工程过程中获得的煤层破裂压力，仅仅是一个估计值。保持注氮压力小于这个估计值，不能保证煤层不发生破裂。这也说明需要检测存在煤层破裂危险或者已经发生煤层破裂。Puri和Stein的专利方法没有提供检测煤层破裂的方法以及相应的处置方法。第三，如果煤层气储层是低压储层，即使注氮压力大于初始储层压力，也不能保证注氮压力大于静水压力，妨碍注氮增解增产煤层气进入稳定阶段。因此，注氮压力的最低要求不是“大于初始储层压力”，而应当是“大于初始储层压力并且大于静水压力”。第四，由于在初始阶段和过渡阶段早期，式(3)中的渗透率K和粘度μ分别是水的渗透率和粘度，渗透率K值小，粘度μ值大，而在过渡阶段晚期和稳定阶段，式(3)中的渗透率K和粘度μ分别是气体的渗透率和粘度，渗透率K值大，粘度μ值小，因此，为了保持预定的注氮速率，初始阶段和过渡阶段早期的注氮压力，应当大于过渡阶段晚期和稳定阶段的注氮压力。Puri和Stein的专利方法没有体现注氮压力在不同阶段应当有的变化。
[0067] 对于高渗透率煤层气储层，由于渗透率非常大，或者由于注氮压力过分地大，或者由于这两个原因共同的作用，氮气有可能从注氮井直接窜入生产井，没有充分地扩散到煤基质块中。这是影响注氮增解增产效果主要因素。煤层是局部高渗的储层，也是渗透率方向性较大的储层，因为煤层渗透率主要决定于割理、裂隙发育程度，而割理、裂隙的发育程度是变化的和有方向性的。某一个或某几个生产井井口压力异常地变大，所产气体的氮气百分含量异常地高于其他井，或者氮气百分含量随时间变化的速率异常地变大(以下简称为“氮气百分含量异常井”)，是判断氮气从注氮井直接窜入生产井的依据。本发明对高渗透率煤层气储层的“氮气百分含量异常井”提供三个处理方法：(1)减小注氮压力；(2)减小“氮气百分含量异常井”产气量，甚至暂时关闭“氮气百分含量异常井”；(3)在实施前两个方法之后，如果“氮气百分含量异常井”数量不减少，而是继续增加，转换到“低压振荡加压模式”，即注氮压力随时间振荡变化，压力振荡变化的区间是，最小注氮压力充分地小于煤层气储层的初始压力并且充分地小于静水压力，最大注氮压力大于煤层气储层的初始压力并且大于静水压力，并充分地小于煤层破裂压力，交替地使用最小注氮压力、最大注氮压力，允许注氮速率小于预定注氮速率，但是，保持生产井井口压力大于大于煤层气储层的初始压力并且大于静水压力。
[0068] 对于低渗透率煤层，由于原始割理、裂隙不发育或者成煤期后地质构造运动和地应力闭合了部分或全部原始割理、裂隙，注入煤层的氮气很难或者根本不可能沿割理、裂隙向生产井运移，而是通过晶间孔、粒间孔以及显微裂隙构成的通路，扩散进入煤层内的微孔隙，置换、“剥离”吸附态甲烷。晶间孔、粒间孔、显微裂隙的尺度通常为1～100微米数量级，水、甲烷、氮气分子直径分别为0.40纳米、0.414纳米、0.35纳米。因此，一方面，水、甲烷、氮气能够沿孔喉半径为微米数量级的通路从注氮井向生产井运移；另一方面，这样的运移通路曲折系数大、运移阻力大。根据式(3)，为了保持预定的注氮速率，只有增大注氮井与生产井之间煤层两端的压差△P，即增大注氮压力。对于图1(b)和(c)所示的原生割理完全闭合的煤层，注氮压力必须足够大，才能够在微米数量级的晶间孔、粒间孔、显微裂隙构成的通路中，才能形成水或气水二相流体或气体的渗流运移，才有可能获得和保持预定的注氮速率。
[0069] 对于低渗透率煤层，在注氮初始阶段，式(3)中的渗透率K和粘度μ分别是水的渗透率和粘度，渗透率K值小，粘度μ值大。即使注氮压力大于煤层气储层的初始压力，有可能经过短暂的时间后，注氮速率变得小于预定注氮速率。根据式(3)，为了维持注氮速率，不仅需要增大注氮压力，而且有可能需要将注氮压力增大到大于煤层破裂压力。特别地，对于渗透率低至0.01mD～0.001mD数量级的煤层(以下称为“微达西煤层”)，例如，图1(b)和(c)所示的煤层，有必要将注氮压力增大到大于煤层破裂压力，如同氮气泡沫压裂那样，压裂煤层，在煤层中造成裂隙、微裂隙、显微裂隙，作为氮气从注氮井向生产井运移的通道，为氮气进入煤层微孔隙的提供便捷的通道。相反，如果像Puri和Stein的专利方法要求的那样，限制注氮压力，使之小于煤层破裂压力，氮气从注氮井运移到达生产井的时间将非常漫长，从而是注氮增解增产煤层气成为不可能。但是，不能无限制增大注氮压力，必须保证注氮压力远小于煤层顶板和底板围岩的破裂压力，否则，顶板或底板围岩被压裂，形成氮气逸出煤层的通道，注氮增解增产将失败。因此，在注氮初始阶段，注氮压力应当大于煤层气储层的初始压力并且大于静水压力，同时充分地小于顶板和底板围岩的破裂压力。由于砂岩、页岩、灰岩等常见煤层顶、底板围岩的破裂压力远大于煤层的破裂压力，因此，使注氮压力大于煤层破裂压力并充分地小于顶板和底板围岩的破裂压力，能够容易地做到。
[0070] 对于低渗透率煤层，在注氮过渡阶段，以下几点影响注氮压力的选择：(1)初始阶段注氮压力大，已经在煤层中制造出大量的显微裂隙。如果初始阶段注氮压力大于煤层破裂压力的程度较大，注氮也在煤层中造成了微裂隙、裂隙。因此，煤层已经或多或少地被改造，绝对渗透率增大了。(2)煤层中气体饱和度逐渐增大，气体相对渗透率逐渐增大，煤层的等效渗透率逐渐增大，等效粘度逐渐减小。(3)如果注氮压力大于煤层破裂压力或者曾经大于煤层破裂压力，高压氮气可能造成注氮井与生产井之间直接连通的气体通路，氮气有从注氮井沿煤层破裂造成的通道直接窜入生产井可能性。因此，在过渡阶段，按如下原则控制注氮压力：(1)注氮压力变化范围是，大于煤层气储层的初始压力并且大于静水压力，并充分地小于顶板和底板围岩的破裂压力。(2)在能够保证预定注氮速率的前提下，使用尽可能小的注氮压力。(3)如果不得不长时间使注氮压力大于煤层破裂压力，应当考虑转换使用“高压振荡加压模式”，即使注氮压力随时间振荡变化，压力振荡变化的区间是，最小注氮压力大于煤层气储层的初始压力并且大于静水压力，最大注氮压力小于煤层顶板和底板围岩的破裂压力，并确保不会压裂煤层顶板和底板围岩，交替地使用最小注氮压力、最大注氮压力。(4)在不得不使注氮压力大于煤层破裂压力时，监测生产井井口压力、所产气体中氮气百分含量的变化。如果存在一个或几个“氮气百分含量异常井”，做相应的处置。本发明对低渗透率煤层气储层的“氮气百分含量异常井”提供三个处理方法：(i)减小注氮压力；(ii)减小“氮气百分含量异常井”产气量，甚至暂时关闭“氮气百分含量异常井”；(iii)在实施前两个方法之后，如果“氮气百分含量异常井”数量不减少，而是继续增加，转换到“高压振荡加压模式”。对于低渗透率煤层，在注氮过渡阶段，注氮所要达到的目标与前述高渗透率煤层注氮过渡阶段所要达到的4个目标相同，主要是将煤层晶间水、微孔隙中的水驱排到到生产井井筒，将生产井井筒中的水自动压排到地面，使煤层中的流体完成从气水二相混合体变为一相气体的变化过程。在这个过程中，按前述四个原则控制注氮压力至关重要，既要保证按预定注氮速率将氮气注入煤层，扩散和/或渗流进入煤层微孔隙，又要保证氮气不直接从注氮井窜入生产井，保证不压裂煤层顶板和底板围岩，避免注入煤层的氮气逸散到围岩中。在初始阶段和过渡阶段，由于注氮压力大，特别地，如果注氮压力大于煤层破裂压力，高压氮气在煤层中造成的裂隙、显微裂隙，将明显地增大煤层气渗透率。
[0071] 对于低渗透率煤层，在注氮稳定阶段，一方面，由于煤层中的流体是一相气体，式(3)中的渗透率K和粘度μ分别是气体的渗透率和粘度。该气体是煤层气(主要成分是甲烷)、氮气或二者的混合气体。甲烷、氮气或其混合气体的渗透率、粘度有差别，但差别不大，故统称为气体。如前述，气体渗透率大于水的渗透率，气体粘度远水的粘度小两个数量级。因此，如果稳定阶段的注氮速率与过渡阶段的注氮速率相同，那么，稳定阶段所需要的注氮压力有可能将远小于过渡阶段的注氮压力。另一方面，煤层是塑性形变大的岩石，在过渡阶段高压氮气在煤层中造成的裂隙、显微裂隙，在稳定阶段注氮压力减小之后，裂隙、显微裂隙可能逐渐闭合，造成煤层渗透率减低。为了保持预定的注氮速率，需要增大注氮压力，甚至再次或多次使注氮压力大于煤层破裂压力。因此，对于低渗透率煤层，稳定阶段的注氮压力不是固定不变的，而是根据预定注氮速率、氮气在煤层中渗流和扩散运移状况，时时调整的。随着注氮时间延长，煤层气大量解吸，煤层气的解吸-收缩效应将导致煤层收缩，在煤层气产生新的裂隙、显微裂隙，并且而高压注氮造成的裂隙、显微裂隙将逐渐地越来越多地不再闭合。
[0072] 无论对于高渗透率煤层气储层还是对于低渗透率煤层气储层，无论在注氮初始阶段、过渡阶段还是稳定阶段，都存在注入煤层的氮气从注氮井直接窜入生产井的可能性，尽管产生这种可能性的原因不尽相同。因此，在注氮整个过程中，都需要监测是否发生了氮气从注氮井直接窜入生产井，并采取相应措施。监测的方法是实时分析各个生产井所产气体中氮气的百分含量、产气量变化、氮气百分含量的变化。在发现氮气百分含量异常井以及其他异常变化时，需要根据煤层气储层特性、注氮历史(注氮压力、速率等变化史)、生产井历史(井口压力、产气量、各气体成分体积百分含量等变化史)，做相应处置；必要时转换使用振荡加压模式。
[0073] 图3所示的注氮增产煤层气的压力控制程序和方法是上述讨论的总结和具体化、图形化成果。图中“井口压力>煤层静水压力吗？”是“生产井井口压力大于煤层气储层初始储层压力并大于静水压力吗？”的缩写；“氮气百分含量”指的是“生产井所产气体中氮气的体积百分含量”；“异常生产井”是“氮气百分含量异常井”的缩写。
[0074] 图3适用于任意煤层气储层的注氮增解增产压力控制，适用于注氮增解初始阶段、过渡阶段和稳定阶段。在前述段落中，分别讨论了高渗透率煤层气储层和低渗透率煤层气储层对注氮压力的不同要求和反响。图3没有明确流程的哪些部分适用于高渗透率煤层气储层，哪些部分适用于低渗透率煤层气储层，因为不应当也不可能做这样明确的区分。对此，解释如下：(1)“高渗透率煤层气储层”、“低渗透率煤层气储层”，都是定性的概念，没有明确界线。在高渗透率煤层气储层与低渗透率煤层气储层之间，还可以有中等渗透率煤层气储层。渗透率高或低，在不同的地方，对不同的人，标准是难以统一的。这不否认“高渗透率煤层气储层”、“低渗透率煤层气储层”是客观存在的。(2)煤层气储层是局部富集高渗的。一个煤层气盆地中，一些煤层气区块煤层渗透率较高，另一些煤层气区块煤层渗透率较低。在同一个煤层气区块中，可能煤层渗透率普遍较高，也有低渗透率的部位；也可能煤层渗透率普遍较低，也有高渗透率的部位；有可能高渗透率煤层与低渗透率煤层呈补丁状镶嵌。(3)在注氮增解增产技术模式下，煤层气储层渗透率可能是未知的，因为注氮增解增产技术常常不做压裂，也就没有通过压裂测试等方法获得渗透率。本发明不是根据人为测定的渗透率区分高渗透率煤层气储层与低渗透率煤层气储层，而是根据储层对注氮压力、注氮速率的反响，判断渗透率高低，调整注氮压力和生产井产气量。(4)在注氮增解增产长达十余年的生产期间，煤层渗透率因为解吸-收缩效应将缓慢地增大，原来的低渗透率煤层可能逐渐转变为高渗透率煤层。因此，针对高渗透率煤层气储层、低渗透率煤层气储层分别制定不同的压力控制程序，即使制定了，也无法遵循。
[0075] 尽管如此，图3中最左侧的压力控制流程更紧密地与低渗透率煤层气储层相关。如果“注氮速率<预定注氮速率”条件成立，并且“注氮压力>煤层破裂压力”条件也成立，这个煤层气储层不仅是低渗透率的，而且可能是很低渗透率的。特别地，只有低渗透率煤层气储层才有可能使用图3中最左侧的压力控制流程的最后一个选项“转换为高压振荡加压模式”。类似地，图3中最右侧的压力控制流程更紧密地与高渗透率煤层气储层相关。在初始阶段，如果“注氮速率<预定注氮速率”条件不成立(即“注氮速率≧预定注氮速率”条件成立)，并且“注氮压力>煤层破裂压力”条件也不成立(即“注氮压力<煤层破裂压力”条件也成立)，这个煤层气储层很可能是高渗透率的；如果还成立条件“井口压力<煤层静水压力”，基本上可以肯定这个煤层气储层是高渗透率的，甚至可能是很低渗透率的。特别地，只有高渗透率煤层气储层才有可能使用图3中最右侧的压力控制流程的最后一个选项“转换为低压振荡加压模式”。在整个注氮流程中，本发明不是根据煤层气储层渗透率选择注氮压力、注氮速率，而是将煤层气储层对注氮井注氮压力、注氮速率的反响——即生产井的井口压力、产气量、氮气体积百分含量的变化，反馈到注氮井，调整注氮压力、注氮速率。
[0076] 图3适用于注氮增解增产初始阶段、过渡阶段和稳定阶段。一个煤层气区块的注氮增解增产有长达数年至十几年的生产期。在整个生产期，都需要根据注氮井的注氮压力、速率、生产井的井口压力、产气量、各气体成分体积百分含量等参数的变化，根据图3的流程，做出判断，根据判断调整注氮压力、生产井排气量。
[0077] 图3适用于适用于注氮增解增产的全过程。图3既适用于高渗透率煤层气储层，也适用于低渗透率煤层气储层。这与前述在注氮增解增产初始阶段、过渡阶段和稳定阶段，注氮压力控制应当有所不同，不矛盾；也与前述对高渗透率煤层气储层、低渗透率煤层气储层，应当使用不同的注氮压力控制。也不矛盾。图3注氮压力控制流程中的逻辑判断保证了图3注氮压力控制流程的普遍适用性，也证明了本发明技术方案的普遍适用性。
[0078] 本发明在详细论述了注氮增解增产煤层气时控制注氮压力的理论、方法、程序之后，总结本发明提供的注氮增产煤层气的压力控制程序和方法如下：
[0079] 本发明涉及一种注氮增产煤层气的压力控制程序和方法。具体地，本发明涉及一种从一口或多口与煤层连通的注氮井向煤层注入氮气，促进烃类气体解吸，从多口与煤层连通的生产井采集产出的烃类气体以及烃类气体与氮气的混合气体，增解增产煤层气时，使用的压力控制程序和方法，以达到使被注入的氮气进入煤层内部，扫过注氮井与生产井之间的全部煤层，使氮气进入煤层微孔隙，促使吸附态煤层气解吸，并驱排解吸后的自由态煤层气至生产井，达到增产煤层气之目的。具体的压力控制步骤、流程和方法如下：
[0080] (a)在注氮初始阶段、过渡阶段、稳定阶段，根据需要，使用不同的注氮压力；
[0081] (b)根据煤层气储层渗透率，使用不同的注氮压力；
[0082] (c)监测生产井井口压力、氮气百分含量；
[0083] (d)对高渗透率煤层气储层，在初始阶段和过渡阶段，必要时憋压，使注氮压力大于初始储层压力并且大于煤层静水压力；
[0084] (e)对高渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，在保持注氮速率的前提下，选择性减小异常井排气量，或者降低注氮压力，或者同时减小异常井排气量并降低注氮压力；
[0085] (f)对高渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，在降低注氮压力至小于初始储层压力并且小于静水压力后，如果氮气百分含量异常井数量继续增加或氮气百分含量随时间的变化的速率不减小或继续异常地变大，转换使用低压振荡加压模式；
[0086] (g)对低渗透率煤层气储层，在保持预定注氮速率和注氮压力远小于煤层气储层顶板和底板围岩破裂压力的前提下，使用尽可能小的注氮压力；
[0087] (h)对低渗透率煤层气储层，在初始阶段和过渡阶段，在注氮压力大于煤层破裂压力并且远小于煤层气储层顶板和底板围岩破裂压力但是注氮速率仍然小于预定注氮速率的情况下，转换使用高压振荡加压模式；
[0088] (h)对低渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，降低注氮压力，或者选择性减小氮气百分含量异常井排气量，或者同时降低注氮压力并减小氮气百分含量异常井排气量；
[0089] (i)对低渗透率煤层气储层，在出现氮气百分含量异常井时，在降低注氮压力至小于煤层破裂压力则注氮速率小于预定注氮速率，升高注氮压力到远小于煤层顶板和底板围岩破裂压力则氮气百分含量异常井数量增加或氮气百分含量随时间的变化的速率继续异常地变大的情况下，转换使用高压振荡加压模式；
[0090] (j)在注氮增解增产整个生产期内，按照图3的逻辑判断流程，根据注氮井的注氮压力、注氮速率、生产井的井口压力、产气量、氮气体积百分含量的变化，做出判断，根据判断调整注氮压力、生产井排气量。
[0091] 虽然在图3中煤层气储层渗透率没有作为一个参数出现在逻辑判断中，但是，这与(b)项所述“根据煤层气储层渗透率，使用不同的注氮压力”不矛盾。煤层气储层渗透率之所以没有作为一个参数出现在图3的逻辑判断中，是因为煤层气储层渗透率可能是未知，可能是空间变化的，可能是随注氮时间变化的。煤层气储层渗透率是影响注氮压力的主要因素，即使该参数出现在注氮压力控制流程图中，该参数对注氮压力选择的影响力丝毫没有被减损。
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