煤層氣壓裂液傷害對比實驗研究

周睿，江厚順, 簡霖，陳飛

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煤層氣壓裂液傷害對比實驗研究

周睿1，江厚順1, 簡霖1，陳飛2

（1. 長江大學， 湖北 武漢 430000； 2. 中國石油川慶鉆探工程有限公司 長慶井下技術作業公司，陜西 西安 710000）

我國煤層氣儲層條件較差，具有低滲、低孔、非均質性強的特點，均存在的問題就是一般開采方式效果不好。壓裂是煤層巖增產的主要技術之一，而壓裂的關鍵在于壓裂液體系的選擇，壓裂液對儲層的傷害將會導致達不到理想的產量。通過室內實驗研究，進行煤層氣壓裂傷害評價實驗，對壓裂液體系的進行優選，選擇濃度低，低摩阻的清潔壓裂液,提高煤層氣單井產量，改善井底滲流條件，提高煤層氣滲透率以及儲層滲透能力。解決寧武地區煤層氣井壓裂改造成功率低的問題，取得了巨大的突破，增產效果明顯。

煤層氣；儲層損害機理；壓裂液；潤濕性；清潔壓裂液

在我國，有著十分充足的煤層氣資源，然而大部分煤層氣儲層條件較差，壓裂則是提高產能的一項重要措施，現已經得到了很好的發展及廣泛的運用了[1]。而在水力壓裂過程中壓裂液是一個重要環節，而由于較差的儲層物性，在水力壓裂的過程中儲層就可能受到傷害，這個時候就需要要求更高的壓裂液，所以清潔與環保的壓裂液是今后壓裂技術發展的重要研究對象之一。目前煤層氣井現場采用的壓裂液主要有清水壓裂液、活性水壓裂液、清潔壓裂液、胍膠壓裂液等[2-6]?；诿簝拥莫毺匦?，使得煤層氣井壓裂液與常規的油氣井壓裂液存在較大的區別。在煤層氣壓裂過程中，壓裂液對儲層的傷害造成的開發效果并不理想。所以有關煤層氣壓裂液對儲層的傷害對比實驗研究具有十分深遠的研究必要性。

國內外開展壓裂液對煤層儲層傷害評價研究多選用煤粉壓制的人造巖心，然而不能夠充分反映煤巖儲層天然構造特性，對煤巖的滲流能力評價不夠。高品質的壓裂液不僅可以提高煤層氣的產量，而且可以提高近井地帶的滲透率，達到很好的產量的目的。這次實驗主要以寧武地區為例，開展煤層氣壓裂液傷害對比實驗研究，根據寧武盆地煤巖儲層的特點及其壓裂液適用情況，選擇瓜膠壓裂液、活性水壓裂液、廊坊清潔壓裂液、分別將這三種壓裂液體系對儲層的傷害進行評價。為后續開發提供一定的指導意義。

1 煤巖儲層壓裂液損害機理

壓裂液對儲層的主要傷害是壓裂液濾液對基質滲透率的傷害和壓裂液遇黏土膨脹及濾失等對支撐裂縫導流能力的傷害[7,8]。

1.1 壓裂液對煤層基質滲透率的傷害

（1）黏土具有顆粒性、可塑性強、結合性好。壓裂液濾液中含水，而黏土的特征是與適量水結合，易造成黏土水化膨脹，運移后將孔道堵塞，致使油相滲透率降低，對儲層造成傷害。

（2）由于濾失作用，壓裂液破膠水化后，殘留固相顆粒和因為壓裂液濾失造成的濃縮膠堵塞地層喉道從而影響支撐劑的導流能力[7]。

1.2 壓裂液濾液對煤層基質滲透率的傷害

（1）粘土水化膨脹、分散運移

基本上有產油砂巖顆粒間都含有粘土礦物，它的含量一般在1%～20%之間[9]。由于粘土礦物的膨脹和分散運移，壓裂液將會傷害儲層，降低地層的滲透率。在膨脹過程當中，黏土與適量的水相結合，使粘土發生水化膨脹，引起堵塞地層孔道[7]；在運移過程中，在孔隙喉道處形成封堵，進而降低地層滲透率，傷害儲層。

（2）乳化

地層油和壓裂液發生乳化時，乳化液滴將會在孔隙介質中堵塞與附著，將導致堵塞地層。這種堵塞作用是乳化液中的分散相在流經地層毛管、喉道時產生的賈敏效應疊加而成的[7]。所以對孔隙介質的對滲透率具有重要的影響。

（3）潤濕性反轉

作為壓裂施工的砂巖油藏，巖石表面大多數都是親水性。如果表面活性劑使用不當，將會發生潤濕性反轉[9]。盡管潤濕反轉不會改變巖石的絕對滲透率，然將對油、水兩相的相對滲透率有著不小的影響。

2 實驗部分

2.1 壓裂液傷害對比實驗基礎數據

以陜西寧武盆地某煤層區塊為例，將寧武盆地煤巖儲層石炭統太原組某煤層作為研究對象，該煤層厚度為13~21 m，煤巖特性整體以半暗-半亮型為主。實驗煤樣是沿平行層理方向鉆取柱狀巖心，測量后獲得滲透率以及用液體加壓飽和法測孔隙度[10]。巖心基本物性見表1。

表1 壓裂液傷害評價煤樣基本物性參數

2.2 壓裂液傷害評價方法

將準備好的巖心裝入巖心夾持器，然后在接好流程。接著在先正向驅替地層水，驅替液量為巖心孔隙體積的10倍以上，可以讓巖心更好的飽和溶液。測定巖心滲透率a。然后再反向驅替壓裂液，驅替液量為巖心孔隙體積的2倍以上，停止驅替，待巖心冷卻后，再用煤油正向驅替其流量，直至流量穩定，測得壓裂液傷害后巖心滲透率b。

2.3 實驗評價

實驗研究中，以巖心基質滲透率的傷害率作為評價參數。巖心基質滲透率傷害率按下式計算：

式中：d——巖心基質滲透率損害率，%；

a——巖心基準滲透率，10-3μm2；

b——壓裂液損害后巖心滲透率，10-3μm2。

2.4 評價標準

壓裂液傷害程度評價指標見表2。

表2 壓裂液傷害程度評價指標

為了評價不同壓裂液對煤巖儲層的傷害程度，按照壓裂液傷害評價程序對三種不同壓裂液進行了實驗，實驗結果如表3、圖1。

表3 壓裂液傷害實驗結果

由表3、圖1 所示，通過實驗結果可以發現煤巖比表面積較大。與常規砂巖不同，煤巖具有很強的吸附的能力，吸附液體的后果將會導致煤基質膨脹[10]。而清潔壓裂液對黏土有著較好的防膨作用，減少對儲層的傷害。而且清潔壓裂液徹底破膠能力很容易，破膠后不易產生固相顆粒，同時具有較好的攜砂能力。這些特征使得清潔壓裂液具有更大的優勢[11]。由實驗結果可知，瓜膠壓裂液對巖心滲透率損害率平均為86.62%，活性水壓裂液損害率平均為46.79%，廊坊清潔壓裂液損害率平均為39.12%。但是目前清潔壓裂液體系還不夠成熟，其成本高是制約其大規模應用的影響因素之一。

3 結論

（1）實驗研究中，針對三種壓裂液：活性水壓裂液、瓜膠壓裂液、清潔壓裂液對巖心滲透率的傷害進行對比。其中清潔壓裂液對黏土具有不錯的防膨能力，不僅對煤層的傷害更小，而且提高了巖心的滲透率，是煤層氣壓裂的理想壓裂液之一。

（2）活性水壓裂液粘度低，配液工藝簡單、成本偏低，具有一定的防膨效果，易反排，對儲層傷害較小，不會發生破膠現象，可以隨地層水一起采出，在現場應用中取得了不錯的應用。不足之處就是由于活性水壓裂液的特性，導致近井地帶滲透率降低，所以壓裂的整體效果不會達到很好的效果。

（3）針對煤層的不同特點，既要考慮通過壓裂的增產改造又要需求儲層保護和增產改造的平衡點，當然還需要重點考慮的一點就是成本以及施工配套等因素。開發出更加清潔的新型壓裂液體系，并在未來考慮可否將淺層氣壓裂的壓裂液回收再利用，這樣能夠更好的降低成本，節約水資源，保護環境。這樣對于水資源匱乏的地區，有著巨大的優勢。

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Experimental Study on Damage of Coalbed Gas Fracturing Fluid

1,1,1,2

（1. Yangtze University, Hubei Wuhan 43000，China; 2.Changqing Downhole Technology Service Company, CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co.,Ltd., Shaanxi Xi'an 710000，China）

China's coalbed methane reservoir conditions are poor, these reservoirs have the characteristics of low permeability, low porosity and heterogeneity, common development methods is not effective for these reservoirs. Fracturing is one of the important technologies for coal seam rock production, and the key to fracturing is the choice of fracturing fluid system, and the damage of fracturing fluid to reservoir will lead to poor yield. Through the laboratory experiment, the evaluation of fracturing damage of coalbed methane was carried out. The fracturing fluid system was optimized, the clean fracturing fluid with low concentration and low friction was selected to improve the single well production of coalbed methane, the bottom seepage condition and reservoir permeability. The problem of low success rate of fracturing and reforming coalbed methane wells in Ningwu area was solved, and great breakthroughs were obtained, and the effect of increasing production was obvious.

Coalbed methane; Mechanism of reservoir damage; Fracturing fluid; Wettability; Clean fracturing fluid

TE 357

A

1671-0460（2017）10-2153-03

2017-09-18

周睿（1992-），男，湖北省荊門人，長江大學油氣田開發專業在讀碩士研究生，主要從事采油采氣工藝技術研究。E-mail：15771062805@163.com。

江厚順（1969-），教授，碩士生導師，從事高含水油田提高采收率技術、采油采氣工程技術等油氣田開發工程方面的研究及教學工作。E-mail：40592597@qq.com。