水基压裂液对煤层储气层伤害的室内研究

发布日期:2015-06-02 11:55:33
煤层气井的开发通常采用压裂和裸眼完井》所 用压裂液性能应符合煤层特点,在考虑造縫及携 眇[1_2]的同时,水基压裂液对煤基质的伤害是一个 需要研究的课题[1]。从宏观来讲,在煤层气井压裂 中,压裂液与煤层接触造成的渗透率降低,一般是由 煤基质的割理被堵塞及液体吸附所造成的。
煤是组成和性质极其复杂的棍合物,直到现在 对于煤的化学结构还没有认识清楚[6]。但对各种 不同煤化程度或者同一煤化程度的煤,在表征各种 性质的指标之间已有一定的规律可循[6]。通过实 验研究,对煤层气井压裂过程中压裂液对煤层造成 的伤害有了基本的认识,#由于煤的复杂性、多样 性,所总结出的规律,还有待深化、细化和提高。
1实验研究方法
以下所进行的冻胶压裂液对煤层渗透率的伤害 测试中,使用彻底破胶并经重复过摅、除去残渣的压 裂液破胶液,以测定吸附引起煤基质膨胀导致的煤 层渗透率的伤害程度。
由于压裂液可能堵塞割理,在压裂中煤层渗透 率的减小程度可能大于仅由吸附产生的膨胀造成的
渗透率下降程度4在最佳条件下,裂缝内将形成高 效滤饼,破胶液经过滤饼过摅后才侵人煤层,因此对 煤层渗透率的伤害较小。 i.i煤心制备
煤具有非均一性,渗透率很低,液体不易通过, 天然煤心的测试结果很难横向比较,因此采用人工 充填棋型。在长管棋型内表面悬挂石英砂,以避免 液体流动时发生指进现象,再将80〜100目煤粉填 人并充实棋型e这样的煤心具有均质性,煤心测试 结果的对比性增强
1.2实验压裂液与标准盐水
活性水压裂液:0.2%表面活性剂DL>10 + 2.0%KC1+AD
线性胶压裂液:0.3%HPG + 2.0%KCl+0.2% DL-10 + 0.01%NaOH + 0.08% 过硫酸铵+ 0.1% 低 温活化剂LBT-6 +水。
冻胶压裂液:0.35%HPG 十 2.0%KC1 + 0.2% DL-10+0.01%NaOH+0.015%过硫酸铵 + 0•l% 1£丁-6 + 0.02%硼砂 + 水。
标准盐水含 7 g/L NaCl,0.6 g/L CaCl2 和 0.4
:、用滤纸重复过滤后测试。
将充实的均质填煤粉模型抽真空,饱和标准盐 水,在动态滤失仪(美国Stime-lab公司)上测定标准 盐水的渗透率,再将待测液(活性水、线性胶、冻胶破 胶液)注人模型直至2 PV,密闭模型数小时,然后反 向注入标准盐水,测定渗透率,直至渗透率平稳。测 试在室温下进行。
1.4待测液的制备
活性水经滤 冻胶经彻底破胶
结果与如
2.1测试结果
活性水、线性胶、冻胶破胶液对填煤粉模型渗透 率伤害测试过程渗透率随时间的变化,示于图1U) 一(D。表1列出测试各阶段的渗透率值和伤害率。
煤层是包括微孔隙基质及割理这类天然裂缝网 络的双孔隙储层岩石。当割理与水力裂缝相交时, 大置压裂液将进人割理。由于压裂液滤饼不一定能 沿整个裂縫壁面形成,割理较容易被压裂流堵塞,割 理堵塞造成的煤层渗透率伤害较砂岩地层严重。若 煤层薄,割理孔隙度低而渗透率高,压裂液在煤层中 侵人会更深,伤害的潜力将比预想的严重。在上述 测试中均消除了压裂液堵塞割理造成的伤害。
(2)液体吸附造成的潘瑪率伤害 煤层是由连通性极好的大分子网络和互不连通 的大分子通道所组成。因此煤层与砂岩不同,具有 很髙的吸附或吸收各类液体和气体的能力。煤层吸 附液体的后果之一是造成煤层塞质的膨胀,膨胀程 度取于液体的化学性质。
煤层总的割理孔隙度仅为1%~2%,即使压裂 液(破胶的或未经破胶的)发生吸附导致基质的膨胀 极轻微,也会引起割理孔隙度友渗透率相对很大的 下降。加之煤对液体的吸附和所引起的基质膨胀是 完全不可逆的,通过降压去除吸附在煤层上的液体 化学剂基本上是不可能的。因此煤与液体化学剂接 触会对煤层渗透率及割理孔隙度造成严重的伤害。
室内实验研究表明,在煤层水力压裂中使用冻 胶压裂液时,煤棊质与经过破胶并过滤后的压裂液 接触而发生吸附并产生膨胀,可以对煤层渗透率造 成极大的伤害。据报道[11:发生伤害后即使长期用 水和酸冲洗,在室内也不可能恢复煤层渗透率。实 际上,如果裂缝壁面上不能形成好的滤饼,割理将被 凝胶所堵塞,则压裂造成的裂缝的高导流能力将部 分或绝大部分被伤害所抵消。必须针对不同的煤层 地质条件优化冻胶压裂液配方,尽可能减少压裂液 对煤基质的伤害。因此,使用冻胶压裂液进行煤层 气井水力压裂应慎重。
通常在地面压力较高的深井中使用加人降阻剂 的压裂液。本实验工作中所用线性胶是加人了降阻 剂瓜尔胶的压裂液。在测试中法入煤粉充填模型的 线性胶从两方面造成伤害;滤液吸附引起膨胀,破胶 不彻底产生残渣、残胶堵塞孔道,因而•伤害很严重。 在煤层压裂中线性胶将极大地降低煤层渗透率。通 常降祖剂造成的伤害与降阻剂的类型、用量有关。 据报道使用0.24%的羟丙基瓜尔胶或0.003% 的丙烯基聚合物作降阻剂时,压裂液对煤层基质渗 透率的伤害率为60% -70% ,表明加入降阻剂对不 同煤样的伤害有所不同。尽管降阻剂对煤层渗透率 的伤寄不小,对于地面压力太高的深煤层气井,在压 裂中使用降阻剂是合理的》活性水压裂液对煤基质渗透率的伤害最小。