煤層氣工作流體儲層傷害評價方法的適宜性研究

鄭力會 李秀云 蘇關東,3 趙 煒 鞏旭光 陶秀娟,4

1.油氣資源與探測國家重點實驗室·中國石油大學（北京） 2.中國石化石油工程技術研究院3. 河北省化工學會化學封堵材料綜合利用研究與應用重點實驗室·北京力會瀾博能源技術有限公司 4.陜西科技大學

0 引言

儲層傷害程度的診斷和評價，一直以來都是油氣資源開發過程中的難點、重點和熱點。特別是在煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣等非常規能源成為新的能源增長點后[1-2]，更是研究人員和現場作業人員討論的焦點。除了“解吸存在傷害[3]，擴散存在傷害”等觀點外，關于滲透率傷害方面的研究成果也層出不窮，并研制了許多新的測試方法，以獲得產能傷害的依據，改善開發效果[4]。但是，像煤層氣這種微觀上非均質性極強，宏觀上“單井產量低、產能下降快”的非常規氣[5]，研究其滲流能力難度極大，研究儲層傷害后的滲流能力更是極富挑戰性，其牽涉眾多，如設備儀器的精度、測試方法的程序、測試結果數據處理的方法等等。就連較為普遍的工作流體傷害儲層滲透率程度評價選擇哪一種方法也存在著較大的爭議[6-7]。在理論上的爭議時間長短無關緊要，在生產實際中常常存在“先穩定井壁再控制儲層傷害”[6]等做法，以加快非常規天然氣開發[7-8]。然而，實驗研究工作量的不足，導致許多所謂的理論篩選只能各執一詞，難有定論。

評價儲層傷害的方法很多，總體上分為室內和礦場兩大類。其中，測試滲透率的變化是主要的評價指標，即利用絕對儲層傷害和相對儲層傷害來評價傷害程度[9-12]。測量滲透率變化影響因素較多，存在諸多問題，如測量誤差無法避免、操作可重復性差等，以至于滲透率的真實值無法獲取。目前，測試滲透率相對變化獲得普遍認可。但是，測試滲透率相對變化率的前提是滲透率測試，這又回到滲透率測試方法的篩選上，所以必須尋找到最合適的滲透率測試方法，才能合理評價煤層氣儲層的傷害。

從文獻看，以一維穩態達西定律為測試原理的恒壓法和恒流量法，以非穩態滲流為測試原理的巖屑脈沖衰減法[13]、柱塞脈沖衰減法[14]和壓力振蕩法[15]，以“偽相滲曲線”和孔滲關系為原理的核磁共振分析法（NMR）[16]都曾被用于評價煤層氣儲層傷害。但是，沒有學者從理論上或者從實測的角度對比研究過哪一種方法更適合煤層氣儲層傷害評價，只是簡單說明某方法的原理或者優缺點等。

從實測的角度研究適合的方法，可能會引起“設備精度、操作水平等帶來誤差”造成的爭議，但對于3個以上的平行樣品來說，實測法則彌補了過多測試因素所引起的測量精度、測量結果穩定性上的不足，成為篩選適宜的測試方法最直觀的評價手段。因此，通過室內實際測量36枚/件沁水盆地15號煤樣品的滲透率，對獲取的煤層氣鉆井液和壓裂液兩種工作流體傷害前后的72套滲透率數據，用簡單排序法、減元等序統計算法和測試原理分析法研究了煤層氣儲層傷害程度評價方法的適用性。其中，減元等序統計算法通過統計的方式，一定程度上彌補了簡單排序法存在偶然性的不足，而測試原理分析則從各種方法的測試機理上進一步論證了排序或統計結果的合理性。

1 室內滲透率測試

從礦井下取沁水盆地15號煤巖樣品，制備直徑為2.50 cm、長度為4.90 cm的柱塞30枚，用于恒壓法、恒流量法、柱塞脈沖衰減法、壓力振蕩法和核磁共振法等5種方法測試滲透率。巖樣柱塞的長度與直徑之比為1.96，滿足儲層傷害評價測試的相關標準[17]。砸碎煤巖樣品獲取20～40目的顆粒樣品，用于巖屑脈沖衰減法測試滲透率。

按照沁水盆地煤層水的礦化度配制地層水[18]，用于飽和巖樣。按照沁水盆地現場用的鉆井與壓裂流體配漿水配方，配制礦化度相當的配漿水，用于配制工作流體；再按照該盆地現場的鉆井液和壓裂液配方，配制2%KCl溶液作為模擬鉆井液，配置滑溜水作為模擬壓裂液，為實驗提供儲層傷害工作流體。

測試樣品先用模擬地層水飽和，然后按照標準或者儀器推薦的操作流程進行滲透率測試。室溫下，以儲層埋深800 m計算，巖樣柱塞圍壓取10 MPa。根據動液面深度，恒壓法測試入口壓力為5 MPa；恒流量法測試入口流量設置為0.5 mL/min（小于速敏臨界流速）。使用巖屑脈沖衰減法、柱塞脈沖衰減法和壓力振蕩法測試的初始壓力分別為1.15～1.20 MPa、4.8～5.0 MPa和10 MPa。取值不同是因為壓力波穿透巖屑比巖樣更容易，而氣體產生脈沖的壓力低于壓力產生振蕩的壓力。

用恒壓法、恒流量法、巖屑脈沖衰減法、柱塞脈沖衰減法、壓力振蕩法和核磁共振法測定同種鉆井液和同種壓裂液分別連續污染傷害兩小時前后實驗樣品的滲透率。因為不同方法測量的滲透率大小不同，測量結果保留到小數點后7位便于比較。測量得到的滲透率及其平均值以及對應的實驗條件如表1、2所示。

從表1可以看出，鉆井液傷害前，滲透率由大到小的順序是：恒流量法＞恒壓法＞核磁共振法＞柱塞脈沖衰減法＞壓力振蕩法＞巖屑脈沖衰減法；鉆井液傷害后滲透率由大到小的順序是：恒流量法＞恒壓法＞核磁共振法＞柱塞脈沖衰減法＞壓力振蕩法＞巖屑脈沖衰減法。鉆井液傷害前后滲透率大小順序一致。

表1 鉆井液傷害前后煤巖樣品的滲透率統計表

表2 壓裂液傷害前后煤巖樣品的滲透率統計表

從表2可以看出，壓裂液傷害前，滲透率由大到小的順序是：恒壓法＞恒流量法＞核磁共振法＞柱塞脈沖衰減法＞壓力振蕩法＞巖屑脈沖衰減法；壓裂液傷害后，滲透率由大到小的順序是：恒壓法＞恒流量法＞核磁共振法＞柱塞脈沖衰減法＞壓力振蕩法＞巖屑脈沖衰減法。壓裂液傷害前后滲透率大小順序一致。

綜合表1、2可以看出，鉆井液和壓裂液傷害前后，滲透率由大到小的順序除了恒壓法與恒流量法位置對調外，其他方法測出的滲透率大小排序基本一致。測得的滲透率介于0.001×10－3～0.045 mD，屬于超低滲范圍，符合煤層氣低孔低滲的地層特點。

2 結果與討論

將表1、2中各組數據的平均值，分別代入絕對儲層傷害和相對儲層傷害的計算公式，計算出絕對儲層傷害和相對儲層傷害。鉆井液和壓裂液傷害前后的滲透率以及儲層傷害程度的分布如圖1、2所示。

圖1 鉆井液傷害前后滲透率及儲層傷害程度的分布圖

圖2 壓裂液傷害前后平均滲透率及儲層傷害程度的分布圖

從圖1中可以看出，各種方法測出的滲透率和儲層傷害程度差別較大。滲透率由大到小的順序是：恒流量法＞恒壓法＞核磁共振法＞柱塞脈沖衰減法＞壓力振蕩法＞巖屑脈沖衰減法。

恒壓法和恒流量法測出的滲透率都相對較大，并且比較接近。這是因為二者的測試原理都是一維的達西定律[19]。二者的主要區別在于，恒壓法是在恒定的壓差下、流量穩定后，利用穩定的流量代入達西定律計算滲透率；恒流量法則是恒定流量，待兩端壓差穩定后，將穩定壓差代入達西定律計算出滲透率。一般來說，流量恒定時，壓力也相對恒定。因此，二者的結果較為相近。

核磁共振法測出的滲透率數值居中。由于核磁共振法不對巖樣造成損傷，核磁共振法測出的滲透率可能最接近真實值，其相對儲層傷害較之前兩種方法也居中。但是，通過該方法測出的絕對儲層傷害較前兩種方法低，可能是這種方法沒有用流體流動表征巖樣性質的原因。因而，只能表征傷害物質的量，但無法表征其流動阻力大小。但從測得的滲透率變化看，穩定居中，有一定的可信度。

巖屑脈沖衰減法、柱塞脈沖衰減法和壓力震蕩法測出的滲透率都相對較小。因為這3種方法很大程度上是測量基質滲透率的，因為連通的裂縫無法產生壓力波，或者說，有力作用在樣品上，就有可能導致裂縫或者割理的閉合，損傷巖樣，引起滲透率變化。但是，如果這種測量的力損傷程度不足以影響工作流體損傷前后的滲透率，或者說對工作流體傷害前后的滲透率影響一致，則不影響使用絕對損傷率作為指標對儲層傷害評價的準確性。同時，由于這種滲透率損傷還可以放大相對儲層傷害，檢測到無損傷的測量方法檢測不到的流體傷害，因此，更有助于研究傷害機理。但是，在研究工作或現場實踐中，由于其“傷害”太大而使選擇它們作為工作流體儲層傷害評價方法時猶豫不決；同時這些方法測定的工作流體儲層傷害過大，以至于作為評價方法在現場選擇工作流體時，使得對一些工作流體的選擇也猶豫不決。

圖2展示的壓裂流體傷害前后的滲透率、相對儲層傷害和絕對儲層傷害與鉆井流體的結果類似。但是在鉆井流體傷害下，壓力震蕩法對相對儲層傷害的放大效應最大，而在壓裂流體傷害過程中，柱塞脈沖衰減法的放大效應最大。

總的來看，各種方法測量出的滲透率和儲層傷害程度的準確與否是無法用觀察法直接判斷得到的，故需要利用數學方法來定量分析。

2.1 用簡單排序法篩選適用的測試方法

對各種方法測出的滲透率計算出的絕對儲層傷害和相對儲層傷害進行組內排序，并求取它們的排位差值，計算絕對值，得到對應兩種工作流體的結果如圖3、4所示。

圖3 鉆井液傷害作用下儲層傷害程度排序圖

圖4 壓裂液傷害作用下儲層傷害程度排序圖

由圖3可知，鉆井液對儲層的傷害，只有巖屑脈沖衰減法測得的絕對儲層傷害和相對儲層傷害的排位是相同的，排位差為0。故從鉆井液的數據來看，巖屑脈沖衰減法評價煤層氣儲層傷害相對其他5種方法最可靠。同時，排位差從小到大對應的測試方法為：巖屑脈沖衰減法＜核磁共振法＜柱塞脈沖衰減法＝恒壓法＜恒流量法＜壓力振蕩法。排位差越小，測定的儲層滲透率傷害程度就越可靠。因此，僅從鉆井液的數據來看，評價儲層傷害方法的可靠程度為：巖屑脈沖衰減法＞核磁共振法＞柱塞脈沖衰減法＝恒壓法＞恒流量法＞壓力振蕩法。

同理，從圖4可以看出，就壓裂液傷害測得的數據而言，恒流量法評價滲透率的傷害程度最可靠。評價儲層傷害方法的可靠程度為：恒流量法＞巖屑脈沖衰減法＝核磁共振法＝壓力振蕩法＞柱塞脈沖衰減法＞恒壓法。

綜合鉆井液和壓裂液的結果，巖屑脈沖衰減法和恒流量法是評價煤層氣儲層滲透率傷害程度兩種相對最為準確的方法。但是，“兩種方法都可靠”的結論，還是給測試帶來選擇難題，需要進一步篩選。

為了尋找一種測量方法誤差最小的測試方法，“減元排序統計算法”應運而生，通過統計的方式減小實驗結果偶然性帶來的誤差。

2.2 用減元等序統計算法篩選適用的測試方法

減元等序統計算法簡稱為等序統計法，是一種以“剝繭尋根算法”的數學思想為指導，受世界大學排名評價體系啟發而開發的用于評價儲層傷害評價方法適用性的新算法，屬于“剝繭尋根算法”的子算法之一。剝繭尋根算法是力會瀾博團隊研究儲層傷害主控因素時，解決眾多相互關聯的影響因素的一種尋找最主要因素的方法。

眾所周知，目前國際上的大學排名體系十分多樣，例如Quacquarelli Symonds（簡稱QS）世界大學排名、《美國新聞和世界報導》（簡稱US News）全球大學排名、泰晤士世界大學排名、上海交大世界大學排名等。這些大學的評價體系由于評價的標準不同，各所學校在每個評價體系中的排名也不盡相同，究竟哪個或者哪幾個評價體系是最可信的呢？除了具體分析各個排名體系背后的評分標準外，各個排名體系中的某所大學的排名也是一種對評價方法是否可信的檢驗方法。譬如，2018年清華大學在QS評價體系中的排名是25，在泰晤士評價體系中的排名是30，在上海交大評價體系中的排名是48，由此可以認為清華大學的真實水平約為30左右，也就是說前兩種評價體系比較可信。這種排序測試的方法就是通過樣本（各個大學）的排序反過來對得到排序的不同評價方法（各個排名評價體系）進行檢驗評價的方法。

這種方法也可以借鑒性地用于儲層傷害室內測試評價方法科學性的評價和檢驗中去，因為二者的評價機制是相似的。不同的是，此排序測試方法中的樣本就是各個巖樣的滲透率和通過它們計算出來的絕對儲層傷害和相對儲層傷害，被評價的方法就是前文提到的6種滲透率測試方法。若某種方法的排位是相同或相近的，則認為這種方法是科學可信的。與世界大學排名不同的是，由于測試滲透率的方法比較少，即樣本容量比較小，所以，某測試方法在排序后的排位需要嚴格一致，才可以認為該測試方法是可信的。

但是，如果通過嚴格排序方法的篩選出來的方法有兩個或多個，又如何進一步確定哪種方法才是最科學可靠的呢？為解決這個問題，可以通過減元或者增元統計的方法來進一步優選，即增加或者減少樣本容量，再重新排序，統計排位相同的次數，進而進一步檢驗排序方法的合理性，排位相同次數越多，該方法得到的結果就越穩定，因而就越可信。對大學排名而言，就是增加或減少被評價的大學數量，而對于本文中的儲層傷害而言，則是增加或減少被評價的測試方法測出的儲層傷害值。由于不論是大學，還是儲層傷害值，都不可以憑空捏造以增加樣本容量，所以采取減少樣本容量的方法進一步優選，即減元優選，通過對變化率運行減元等序統計算法來評價這6種方法的準確性和合理性是比較合理的。具體的方法和步驟如圖5所示。

圖5 減元等序統計算法流程圖

如圖5所示，減元等序統計算法對儲層傷害測試方法優選過程分為以下4個步驟：①將實驗得到的巖樣傷害前和傷害后的滲透率測量值分別代入絕對儲層傷害和相對儲層傷害公式，計算出絕對儲層傷害和相對儲層傷害；②再對兩種不同的傷害程度值進行組內排序，標記等序的測量方法；③去掉第n組數據（n=1,2,3…6），重新對兩種不同的傷害程度值進行組內排序，標記等序的測量方法；④統計排序相同的測量方法的次數，得到排序統計結果。

測試方法等序次數越多，說明這種方法在評價滲透率傷害時越合理，等序次數最多的方法便是評價儲層滲透率傷害程度最合理的測試方法，也就是要尋找的方法。

分別對用鉆井液和壓裂液傷害后的巖樣獲得的數據在組內單獨運行圖5的算法程序，得到的結果分別如表3、4所示。其中，綠色底紋標記的數據是排序相同的實驗組。值得注意的是，對于壓裂液傷害而言，恒壓法和恒流量法測得的絕對儲層傷害相等，可視作并列第一或者第二。

綜合表3、4中兩種工作流體的數據，統計排位相同的總次數，結果如圖6所示。

從圖6可以看出，排序相同的次數最多的方法是巖屑脈沖衰減法，故巖屑脈沖衰減法是等序算法篩選出的測試煤層氣儲層滲透率傷害程度最為合理的方法。因此，評價滲透率傷害程度的方法優先級是：巖屑脈沖衰減法＞恒流量法＞核磁共振法＞柱塞脈沖衰減法＝壓力振蕩法＝恒壓法。同時，還可以看出，用恒流量法測量，排位相同的總次數是5，而巖屑脈沖衰減法的是6，二者十分接近，這與前文使用簡單排序法無法將二者篩分一致。這表明，采用評價常規儲層滲透率傷害的恒流量法來評價煤儲層這種非常規的儲層傷害程度是可行的。

那么，“減元等序統計算法”得到的序列：巖屑脈沖衰減法＞恒流量法＞核磁共振法＞柱塞脈沖衰減法＝壓力振蕩法＝恒壓法，從理論的角度能否解釋清楚呢？以下從各種方法的測試機理的角度對其進行進一步的闡述。

表3 鉆井液傷害減元等序統計結果表

表4 壓裂液傷害減元等序統計結果表

圖6 綜合排位相同的總次數統計圖

2.3 用測試原理分析法篩選適用的測試方法

測試滲透率的方法按照測試機理可大致分為直接法和間接法兩類。直接法又可以分為穩態法和非穩態法兩大類。穩態法主要有恒壓法和恒流量法兩種，非穩態法可分為壓力脈沖法和壓力震蕩法。

壓力脈沖法主要是模擬氣體在巖樣中一維非穩定滲流求取滲透率，原理依舊是一維的達西定律；壓力震蕩法則是利用壓力波的傳播來模擬氣體的流動。使用這兩種方法測試滲透率，均需要借助相對達西定律較為復雜的滲流模型，可以認為是一種相對間接的測試方法。壓力脈沖法又可以分為柱塞脈沖衰減法、巖屑脈沖衰減法和脫氣法。因為脫氣法需要現場密閉取心，且只能利用樣品巖樣測量一次滲透率，故無法用于滲透率傷害的室內評價。

間接法有壓汞法和核磁共振法。使用壓汞法測定滲透率會破壞柱塞[20]，一般用于獲取毛細管壓力曲線以表征孔隙結構而無法用于儲層傷害的評價，主要原因是測量傷害前的滲透率時巖樣被破壞，無法完成后續的工作流體傷害巖心和傷害后巖心的滲透率測量。

在測量用于工作流體儲層傷害評價的滲透率時，需要測試發生在工作液傷害前和傷害后兩次滲透率。設巖樣的初始滲透率的真值為Ki，流體傷害后的滲透率真值為Kf，絕對儲層傷害和相對儲層傷害的測量值的數學表達式為：

式中Da,m表示絕對儲層傷害的測量值，mD；Ki表示巖樣的初始滲透率真值，mD；Kf表示流體傷害后的滲透率真值，mD；ΔK1、ΔK2分別表示第一次、第二次測試的室內實驗方法誤差，mD；Dr,m表示相對儲層傷害的測量值，無因次。

對式（1）進行化簡，得：

式中Da,t表示絕對儲層傷害的真值，mD。

類似地，若相對儲層傷害的測量值Dr,m和真值Dr,t相同，則需要滿足：

式中Dr,t表示相對儲層傷害的真值，無因次。即為：

化簡得：

由于在一般情況下 Kf、Ki、ΔK1和 ΔK2大于 0，且Kf、Ki大于ΔK1、ΔK2，故式（8）可化簡為：

進一步根據合比定理或差比定理，可得：

綜上所述，可知欲使絕對儲層傷害和相對儲層傷害的測量值都與真值相同，物理量Kf、Ki、ΔK1和ΔK2需要同時滿足 式和式（9），即滿足以下方程組：

此時，需要滿足：

式（11）的物理意義是，工作流體沒有對儲層造成傷害，或者說測試過程中測量方法帶來的負儲層傷害的誤差抵消了工作流體帶來的正儲層傷害。顯然，這與實際情況是不符的。因此，方程組（10）無現實意義的解。既然不能同時滿足絕對儲層傷害和相對儲層傷害的測量值都與真值相同，只能尋求一種折中的測量方法，使得二者都盡可能地接近真實值，或者應用價值較大的相對儲層傷害盡可能接近真實值，而絕對儲層傷害也具有一定的評估作用。

絕對儲層傷害和相對儲層傷害都是評價儲層傷害程度的合理參數。當兩次測量帶來的方法誤差相等時，絕對儲層傷害的測量值與真值相等；當流體傷害前后兩次測量帶來的方法誤差與流體傷害前后的滲透率比值相等，即滿足式（9）時，相對儲層傷害的測量值與真值相等。因此，可以結合測試機理特別是測試方法帶來的儲層傷害來研究哪種方法更適合。

核磁共振法是公認的一種對巖樣沒有損害[21]的測試方法，但因為它是靜態的，影響“流”動的諸多因素不能表征。其求解滲透率的過程和壓汞法比較類似，主要是根據核磁共振橫向弛豫時間與孔喉半徑之間的轉換關系[22]，先構造出“偽毛細管壓力曲線”[23]，再通過孔喉半徑與滲透率的關系求解滲透率。其原理與壓汞法的原理相似，主要差別在于毛細管壓力曲線的獲取方式[24]，且壓汞法會破壞巖樣而核磁共振法則不會。然而，盡管核磁共振法是一種對巖樣無損的測試方法，但并不代表測試出來的滲透率就沒有測試方法所帶來的誤差，即所謂的方法誤差。因為在利用“偽毛細管壓力曲線”求解滲透率的過程中，原始數據經過了多次的非線性迭代和傳遞，并且計算過程中使用的模型在業界也沒有統一或者相對權威的定論，目前比較有影響力的計算模型是Schlumberger Doll Research Model（SDR模型）、Coates模型以及它們的擴展模型，現階段還有很多學者正在致力于模型的研究和改進[25]。因此，核磁共振法測試滲透率的方法誤差可能主要來源于計算模型。

另外一方面，因為煤儲層相對特殊，含有大量的裂縫或割理，非均質性極強，這些特性對核磁共振法獲得的滲透率的準確性具有一定的負面影響[26]。當這種方法測試出的滲透率用于表征儲層傷害時，也就沒有那么高的準確性了，而且測量值的方法誤差也相對隨機。因為無論是SDR模型、Coates模型還是它們的擴展模型，滲透率與孔喉半徑之間、孔喉半徑與弛豫時間之間的關系都不是簡單的線性關系。用核磁共振法測試滲透率和進行儲層傷害評價，很難得到準確的定量評價結果。舉個簡單的例子，用核磁共振法測得A巖樣的滲透率為0.8 mD，而在同等條件下測得相同巖性的B巖樣滲透率為0.4 mD，此時只能定性地說明A巖樣的滲透率比B巖樣的滲透率大，而不能定量地說明A巖樣的滲透率是B巖樣的兩倍或者A巖樣的滲透率比B巖樣大0.4 mD。綜上所述，核磁共振法對煤層氣儲層的滲透率測定只是定性的，無法用于儲層傷害評價。

對于恒流量法和恒壓法而言，二者的基本原理都是一維穩態的達西定律。恒流量法在測試滲透率時，保持工作流體傷害前后的流量一致，而恒壓法則是保持巖樣兩端的壓差一致。如果工作流體對巖樣的滲透率具有較大的傷害，那么在用恒壓法測量滲透率時，相同的壓差下，第一次測得的流量，即工作流體傷害前的流量，便會比第二次測得的流量即工作流體傷害后的流量大許多。流量增大，煤儲層中一些弱膠結面的縫隙或割理便會被較大幅度地撐開，在滲透率測量值上的表現便是測出的滲透率較大[27]，導致工作流體傷害前后的測量方法誤差不一致，即不滿足關系式從這個角度來看，恒壓法用于儲層傷害評價的準確性是相對較低的，而恒流量法則是相對較為準確合理的。

使用巖屑脈沖衰減法、柱塞脈沖衰減法和壓力振蕩法室內測試滲透率以評價煤層氣儲層傷害，測試原理都是通過脈沖波或者壓力波（機械波）在多孔介質中的傳播來對地下不穩定滲流進行物理模擬，準確而言，真正在多孔介質中傳播的是空氣或者是儲層巖樣中殘留的氣體，而脈沖波或壓力波僅僅是在為巖樣中的不穩定滲流提供動力而已。從圖1、2中可以看到這3種方法測量出的滲透率處于同一區間，這與它們的測試機理是一致的，正好從實驗數據的角度論證了前文的分析。

因為煤儲層具有應力敏感的特性[28]，脈沖波或壓力波在衰減的過程中會對巖樣造成機械傷害，這也是圖1、2中這3種方法測出的滲透率相對其他方法較低的原因。對于柱塞脈沖衰減法和壓力振蕩法，測試滲透率的過程中，隨著脈沖壓力波的衰減，弱膠結面上的割理會由高脈沖壓力下的張開狀態[29]，變成低脈沖壓力下的閉合狀態，這便是這兩種測試方法對被測巖樣產生傷害的主要機理[30]。因此，在工作流體傷害前后，用這兩種方法測試滲透率帶來的測量方法誤差可以認為是一致的，即滿足。所以，柱塞脈沖衰減法和壓力振蕩法用于煤儲層傷害室內評價時優先級一致。

巖屑脈沖衰減法較之前面兩種方法，主要的區別在于測試的樣品為巖屑，而非前兩種方法所使用的巖樣柱塞。這樣便導致在使用巖屑脈沖衰減法測定滲透率時，樣品的大部分弱膠結面已經分開，可以這樣認為，在使用巖屑脈沖衰減法測定滲透率評價儲層傷害時，只測量了煤基質的滲透率，而大部分裂縫的滲透率卻沒有包含在內，所以測量出的滲透率相對偏小。一般而言，在儲層傷害的過程中，工作流體對基質的滲透率傷害更傾向于永久性，而對裂縫的傷害則是可以通過后期相應的重復壓裂等解堵方法對其進行減輕修復的。所以，從儲層傷害的治理上來看，用巖屑脈沖衰減法來評價煤層氣的儲層傷害是較為合理的，但這種方法忽略了煤層氣流動的另一通道，偏重于現場，可能只在一定程度上對現場有指導意義。

綜上所述，間接法測試滲透率用于煤層氣儲層傷害評價直接棄用，因為壓汞法只能測量一次滲透率而核磁共振法對滲透率的測試僅僅是停留在定性的“觀望”階段；對于直接法而言，穩態法中最適合用于儲層傷害評價的滲透率室內測試方法是恒流量法，而非穩態法中最適合的方法則是巖屑脈沖衰減法。恒流量法和巖屑脈沖衰減法之所以相對準確的原因是這兩種方法都契合了測量對象的特點。相比之下，恒流量法測量的是儲層的整體滲透率，和頁巖氣儲層相似[31]；而巖屑脈沖衰減法測量的則是基質的滲透率。這兩種方法中的哪一種才是最適合煤層氣儲層傷害評價的實驗方法呢？需結合現場的生產動態具體分析。

在現場排采煤層氣時，一般情況下會控制氣井的流量在短期內相對穩定。因此，恒流量法在一定的程度上可看作是對現場生產動態的還原或者在實驗室內的物理模擬，其測試值對生產也具有一定的指導意義。但是，如圖6所示，等序統計時為何巖屑脈沖衰減法的等序次數還是比恒流量法多一次呢？主要是因為在實際生產過程中氣井的流量很難保持絕對的恒定。在實際生產過程中，由于地層出砂（煤粉出現）、多相流不穩定等工程因素，無法避免地產生不穩定的流量波動，即生產過程是非穩態或者說僅僅是擬穩態的滲流過程。而恒流量法則沒有體現這些影響因素。因此，巖屑脈沖衰減法相對來說更適合用于煤層氣儲層傷害評價。但是，不能忽略的是，在一階減元等序統計算法的結果（圖6）中，巖屑脈沖衰減法等序的次數僅僅比恒流量法多一次，故從定量的角度來看，二者評價儲層傷害時的合理性相差不大，各有千秋。所以，結合二者的特點，我們可以這樣認為，巖屑脈沖衰減法比恒流量法更適合室內評價煤層氣儲層基質滲透率的傷害，而恒流量法得到的滲透率測量值則比較接近基質和天然裂縫共同作用下的滲透率，更適合用于評價整體的儲層傷害。

總而言之，巖屑脈沖衰減法是目前最適合用于室內評價煤層氣儲層傷害的測試方法，這是由于煤儲層具有割理發育、非均質性強和應力敏感等特性所決定的，巖屑脈沖衰減法則排除這些不確定因素的干擾，與實際巖樣相比卻又忽略了滲流的裂縫；恒流量法測試出的結果反映巖樣整體受傷害的狀況，接近現場作業情況，雖然無法區別儲層傷害作用的對象，但一定程度上彌補了巖屑脈沖法的不足。故推薦實驗室綜合使用兩種方法并行評價儲層傷害，其中，恒流量法測量整體的滲透率變化，而巖屑脈沖衰減法測量基質滲透變化。

3 結論與建議

1）實際測量表明，通過恒壓法和恒流量法測出的滲透率計算出的絕對儲層傷害偏大，巖屑脈沖衰減法、柱塞脈沖衰減法和壓力振蕩法偏小，核磁共振法得到的結果居中。相對儲層傷害的分布無明顯規律。

2）在“剝繭尋根算法”數學思想指導下，開發的“減元等序統計算法”解決了煤層氣儲層工作流體傷害滲透率適用的室內測試方法的篩選問題。通過一階減元等序統計得到在煤層氣儲層傷害評價時，滲透率測試方法優先選擇順序為：巖屑脈沖衰減法＞恒流量法＞核磁共振法＞柱塞脈沖衰減法＝壓力振蕩法=恒壓法，這是由各種方法的測試機理決定的。這種方法對其他領域評價方法優選也有一定的指導作用。

3）實際測量結合數學處理認為，恒流量法和巖屑脈沖衰減法并行使用測定滲透率以評價煤層氣儲層傷害程度最為合理。一定程度上規避了學術界用理論表明哪個方法更優的爭論，為室內測試提供測試依據。對致密砂巖氣等低孔低滲儲層，破碎性頁巖氣等裂縫發育的特殊儲層的儲層傷害評價也具有一定的借鑒意義。

從研究的角度來看，任何一種測試方法都有其適用范圍。清楚地知曉研究目標，是選擇測試方法的前提。但必須清楚，不論是在實驗室對煤儲層樣品測試滲透率測試并計算儲層傷害率排序，或是采用“減元等序統計算法”推算優先級序列，還是從測試機理上分析推薦測試方法，都是基于現有的操作程序，對煤層氣儲層傷害程度的“黑盒測試”。煤巖沉積過程、煤層氣藏成藏過程、煤層氣滲流機理未明確之前，尋找工作流體儲層傷害從制備樣品到評價指標，乃至形成完整的方法體系，依然任重道遠。現場評價則有望依賴于剝繭尋根算法的進步和發展，直接用現場數據計算出可能更具有說服力的煤層氣儲層傷害程度。

致謝：感謝中國地震局地質研究所、中國石油大學（北京）非常規天然氣研究院、北京力會瀾博能源技術有限公司以及蘇州紐邁分析儀器有限公司提供的實驗室條件或實驗設備。感謝中國石油大學（北京）程林峰對核磁共振法測量滲透率的有益探討以及中國石油大學（北京）周琳與嶺南師范學院楊增標對儲層傷害等值條件的有益探討。