煤岩储层伤害机理及评价方法

煤岩储层伤害机理及评价方法

崔思华

1,2

管保山2 张遂安1 伊向艺3 梁 利2 刘 萍

2

(1.中国石油大学(北京),北京 102249; 2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院,

河北 065007; 3.成都理工大学,四川 610059)

摘 要:我国多数地区煤层的渗透率较低,通常小于1@10-3L m 2,煤层渗透率一般在011~01001@10-3L m 2,属于特低渗透或致密储层,对各种伤害因素更为敏感,伤害评价显得尤为重要。本文介绍几种评价煤岩储层伤害的实验方法,可评价压裂液对煤岩基质的伤害、对裂缝割理的伤害。

关键词:煤岩 伤害实验 评价方法

Mechanism of Coal &Rocks Reservoirs and Evaluation Methods

Chui Sihua 1,2,Guan Baoshan 2,Zhang Sui c an 1,Yi Xiangyi 3,Liang Li 2,Liu Ping 2

(1.China Pe troleum University (Beijing),Beijing 102249; ngfang Branch,C hina Petr oleum Exploration Development and Researc h Institute,Hebei 065007; 3.C hengdu Polytechnic University,Sic huan 610059)Abstract:The permeability of coal seams is low in most areas in ually,it is less than 1@10-3

L m 2.The permeability of coal seams generally varies from 011to 01001@10-3L m 2.These seams belong to especially low permeability sea ms or c ompact reservoirs,which are more sensitive to all the damaging factors.Therefore,damage evaluation becomes very important.The paper introduces several experimental me thods for evaluation of damages of lithologic reservoir,which can be used for evaluation of damages of frac fluids to lithologic matrix,and their damage to fissure &cleavages.Keywords:Litho type;da mage test;evaluation method

1 煤岩储层伤害机理

为了达到较好的压裂效果,需要对压裂过程中可能产生的损害进行评价。与常规油气藏的油气层敏感性损害和保护评价相似,压裂过程中的煤层气储层保护技术评价也是基于考虑外界环境作用于煤岩储层后的渗透率变化特征为主要目的,在保护技

术实施过程中需要考虑三个方面的内容:(1)煤岩储层潜在损害因素及敏感性程度评价;(2)煤岩储层压裂液损害实验评价;(3)保护煤岩储层的压裂液体系的建立及应用。

结合煤层气开发特征,进行煤岩储层的应力敏感、速敏、水敏等敏感性评价,以及入井流体对煤岩储层损害因素分析,能够为煤岩气藏的开发过程

基金项目 (本文由国家重大专项5煤层气完井与高效增产技术及装备研制6项目(编号:2008ZX05037)资助。

作者简介 崔思华,男,中国石油大学(北京)石油与天然气工程博士后,主要从事天气、煤层气勘探开发及储层改造等方面研究工作。

第9卷第3期 中国煤层气

Vol 19NO 132012年6月 C HINA COALBED METHANE

June 12012

中的储层保护工作提供基础参数,对于提高煤层气开采产量,加大煤层气开采力度,有着积极的意义。

煤岩储层的潜在敏感性损害与其独特的孔隙结构特征、割理和微裂缝系统、敏感性矿物类型以及润湿性等有关。针对煤岩储层特征,结合开发过程可能遇到的作业情况,对煤岩储层潜在损害进行分析。

煤岩裂缝发育具有平直的特征,是煤层甲烷渗流的通道,很容易在受外来流体和压力的情况下,发生堵塞与闭合,造成渗透率降低,产能下降,严重影响煤层气产量。煤岩基块微孔隙发育,比表面积大,具较强的吸附能力,它的这些特性容易引起工作液及添加剂的吸附与滞留,加重了损害的严重性和防治难度。在煤层压裂造缝的过程中,压裂液体系对煤层具有一定的正压差作用,在压裂液正压差作用下,压裂液部分固、液相会沿裂缝通道向煤层基质孔隙中滤失,煤岩储层孔径微小使得其具有高的毛管压力作用特征,进入基质孔隙中的压裂液组分在高的毛管压力作用下也很难被返排出来,滞留在中等孔隙及微孔隙中的固相和液相组分会造成孔隙体积的减小、增加储层的致密程度,从而影响储层的渗透能力。通过大量的试验研究认为压裂液对煤岩储层的伤害机理主要以下几点:

(1)煤岩储层主要由有机高分子组成,比表面积大,吸附性强,因吸附造成的储层损害严重。压裂液吸附在煤表面形成渗透率近似于为零的致密带,使甲烷气体很难从内部孔隙中扩散出来,降低煤层气的渗流能力;

(2)煤岩低孔低渗,毛管力作用强,引起压裂液滞留在煤层,形成水相圈闭,造成对储层的伤害韩城区块煤岩基质孔隙以粒内孔和植物组织孔为主,孔隙直径为5~15L m,平均孔隙度41872%,渗透率为01009~1901115@10-3L m2,低于1@10-3 L m2占57%;低孔、低渗透、含水饱和度高,非均质性强煤层气藏的喉道半径小,毛细管压力大,产生的自吸和滞留作用明显;

(3)煤岩是孔隙和裂隙都极其发育的双重孔隙结构,固相侵入是造成渗透率损害的主要因素,易发生堵塞与闭合,严重影响煤层气产量。韩城地区煤岩裂隙平均宽015~17mm,裂隙密度012~216条/m,发育密度最大在45条/m左右,平行组割理和正交产状裂缝组均有出现;

(4)煤岩储层应力敏感性强,塑性特征明显使得更易产生煤粉发生运移、堵塞,降低裂缝导流能力,影响煤层气产量。

2伤害实验评价方法

针对上述主要伤害机理,设计合理的实验方法,正确评价各种压裂液对煤岩储层的伤害,为优化压裂液配方提供重要的实验数据。

(1)煤岩吸附伤害实验

煤岩储层主要由有机高分子组成,比表面积大,吸附压裂液中的有机组分,在毛管压力作用下产生/滞留效应0,增加储层的致密程度,对储层的渗透能力造成损害,使甲烷气体很难从内部孔隙中扩散出来,降低煤层气的渗流能力。实验室采用人工煤心柱,利用压裂液动态滤失伤害仪进行吸附伤害评价。取小于100目的煤粉40g(在105e下烘4小时),装入胶筒中,在一定的压力下制成煤心柱待实验,该情况下扩大了与液体接触的煤粉的表面积,能更好的反应由于吸附而造成的伤害。将充填好的动态滤失仪胶筒安装在动态滤失仪上测其通过标准盐水的渗透率;再将待测液(活性水、线性胶、冻胶压裂液以及清洁压裂液)反向注入煤心中,密闭数小时;然后再注入标准盐水,测其渗透率,直至渗透率平稳。实验在储层温度下进行。实验液体用活性水、清洁压裂液滤液、植物胶压裂液滤液,实验用煤样为韩城3#煤。实验结果见表1及图1~3。

表1煤芯柱伤害实验结果

伤害液体

伤害前渗透率

(@10-3L m2)

伤害后渗透率

(@10-3L m2)

伤害率

(%)活性水

410231649145

0153014711132清洁压裂液滤液

5128412419170

3126215422108植物胶压裂液滤液

5135111378188

4129110276122从实验结果看,不含有机物的活性水压裂液由于吸附对煤岩造成的伤害小于含有机物的清洁压裂液和植物胶压裂液。在选用压裂液时,要充分考虑其中的有机质由于吸附对煤储层造成的伤害。

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第3期煤岩储层伤害机理及评价方法