龔 偉，李 鸘，宋軍政，鄧元洲

（1.中石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶大石壩 400061；2.中石油西南油氣田分公司金秋項(xiàng)目部，四川成都 610051；3.中石油川慶鉆探工程公司鉆采工程研究院，四川德陽(yáng) 618300）

煤巖儲(chǔ)層中發(fā)育著大量的孔隙和天然裂縫，是典型的雙重介質(zhì)結(jié)構(gòu)。煤層氣以吸附狀態(tài)賦存于基質(zhì)內(nèi)壁中，當(dāng)儲(chǔ)層壓力下降到臨界壓力以下時(shí)，煤層氣開(kāi)始有吸附態(tài)轉(zhuǎn)為游離態(tài)，割理（天然裂縫）是煤層氣的主要滲流通道。然而，學(xué)者[1-4]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)盡管煤巖中的內(nèi)生裂隙沒(méi)有完全閉合，但往往被方解石等巖石礦物所充填，使得儲(chǔ)層的滲透率非常低，嚴(yán)重制約煤層氣的排采效果。酸化增產(chǎn)技術(shù)廣泛應(yīng)用于低滲油氣藏，但在煤層氣領(lǐng)域還處于探索階段。2012 年，趙文秀[5]對(duì)酸化技術(shù)清除煤層礦物質(zhì)進(jìn)行了初探，提出將酸化技術(shù)應(yīng)用于清除煤層礦物質(zhì)是有價(jià)值的，并且有待開(kāi)展更深入、更廣泛地研究。

1 煤巖儲(chǔ)層潛在酸化改造礦物成分

煤中含有多種礦物質(zhì)，主要為粘土類礦物、硫化物礦物、氧化物礦物和碳酸巖類礦物。碳酸鹽類礦物（如方解石，菱鐵礦）是潛在的酸化改造對(duì)象，方解石以充填裂隙為主（包括內(nèi)生，構(gòu)造裂）。在煤樣標(biāo)本上，經(jīng)?？梢?jiàn)裂隙為方解石所完全充填，但破裂時(shí)依然順裂縫延伸。掃描電鏡分析知（見(jiàn)圖1），方解石晶間隙不發(fā)育，具兩組解理。煤樣裂隙被方解石部分充填或完全充填，是造成煤巖儲(chǔ)層孔道連通性差、滲透率低的主要原因，但對(duì)煤層穩(wěn)定起到積極作用。

圖1 煤層球狀方解石

菱鐵礦（FeCO3）是另一種常見(jiàn)碳酸鹽礦物，多出現(xiàn)在礦化煤中，呈結(jié)核狀或分散晶粒狀（見(jiàn)圖2）。碳酸鹽礦物由于富含鈣、鎂、鐵等離子，在鹽酸酸化和土酸酸化過(guò)程中可能產(chǎn)生二次沉淀堵塞喉道，造成儲(chǔ)層損害。

圖2 煤層間蜂窩狀菱鐵礦

黃鐵礦具分布普遍，含量高的特點(diǎn)，黃鐵礦的產(chǎn)狀有：細(xì)粒鑲嵌散布于有機(jī)質(zhì)中，晶體直徑可達(dá)1 mm，呈浸染狀和薄層狀，僅在部分組分內(nèi)發(fā)育，掃描電鏡下觀察，黃鐵礦呈草莓集合體，充填溶孔，晶形好（見(jiàn)圖3）。黃鐵礦的存在，使煤巖的比重增加，強(qiáng)度提高，因黃鐵礦充填絲質(zhì)組的微孔，各類氣孔而使煤巖的孔隙度降低。由于富含鐵離子，黃鐵礦具有可酸化性。

圖3 煤層中粒狀黃鐵礦

2 酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)儀器及流程

酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置采用儀器如下：高溫、高壓多功能酸化流動(dòng)儀、干燥器、溫度計(jì)、電子天平、計(jì)時(shí)秒表、造沫流量計(jì)、氮?dú)馄?。酸敏?shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)程序如下：

（1）用地層水飽和巖心24 h，正向測(cè)定酸處理前的液體滲透率。

（2）反向注入0.5～1.0 倍孔隙體積的10 % HCl，停驅(qū)替泵，讓巖心與酸反應(yīng)6 個(gè)小時(shí)。

（3）開(kāi)驅(qū)替泵正向驅(qū)替，注入地層水，連續(xù)驅(qū)替，累積驅(qū)替量達(dá)到10～15 倍體積，連續(xù)測(cè)定pH 和滲透率，直到pH 和滲透率穩(wěn)定為止，停止實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)國(guó)家天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)酸敏性評(píng)價(jià)指標(biāo)的劃分判斷煤巖的酸敏性程度，酸敏指數(shù)用下式計(jì)算：

式中：DK－水敏指數(shù)；Ki－15 %的HCl 溶液條件下測(cè)定的巖樣滲透率，×10-3μm2；Ki－1-5 %KCl 溶液巖樣滲透率，×10-3μm2。

具體酸敏程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1）。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)用的四塊巖心的原始參數(shù)表（見(jiàn)表2）。

表1 酸敏性評(píng)價(jià)指標(biāo)

表2 巖心原始參數(shù)表

計(jì)算酸敏指數(shù)（見(jiàn)表3）。

表3 巖心酸敏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

酸敏實(shí)驗(yàn)前后滲透率變化情況（見(jiàn)圖4～8）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：巖樣具有一定的酸溶性，酸液對(duì)煤心傷害后，滲透率得到明顯改善。

圖4 煤樣1 酸敏實(shí)驗(yàn)曲線

圖5 煤樣2 酸敏實(shí)驗(yàn)曲線

圖6 煤樣3 酸敏實(shí)驗(yàn)曲線

圖7 煤樣4 酸敏實(shí)驗(yàn)曲線

4 結(jié)論

（1）煤巖中發(fā)育著大量的天然裂縫，這些裂縫主要被碳酸鹽類礦物（如方解石，菱鐵礦等）等充填，導(dǎo)致煤巖滲透率極低。

（2）方解石、菱鐵礦等碳酸鹽類礦物具有一定酸溶性，酸化后煤巖滲透率可提高3～4 倍。

（3）煤巖儲(chǔ)層的酸化改造具有一定可行性，但未來(lái)還需繼續(xù)廣泛、深入研究，進(jìn)而更好的指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐。

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