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(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023) (中海油研究總院鉆采研究院，北京 100200) (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

壽陽區(qū)塊煤層氣井地層水配伍性及對煤層損害研究

甘秀玉，劉書杰，張濱海，黃曉霞，岳前升

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023) (中海油研究總院鉆采研究院，北京100200) (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023)

在煤層氣儲(chǔ)層損害研究中，往往忽視了煤層產(chǎn)出水(地層水)與地表水之間因不配伍產(chǎn)生的損害。分析了山西煤層氣壽陽區(qū)塊產(chǎn)出水和地表水的化學(xué)成分，利用飽和指數(shù)法、靜態(tài)結(jié)垢和動(dòng)態(tài)結(jié)垢法評價(jià)了煤層產(chǎn)出水和地表水之間的配伍性。結(jié)果表明，煤層產(chǎn)出水屬NaHCO3水型，地表水屬Na2SO4水型，兩者混合不配伍，有結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生。地層水與地表水之間因不配伍產(chǎn)生的結(jié)垢對煤層造成的損害不容忽視，可以通過優(yōu)選適宜的防垢劑來解除這種損害。

煤層氣；地層水；配伍性；結(jié)垢；煤層保護(hù)

我國煤層氣儲(chǔ)層普遍屬低滲至超低滲儲(chǔ)層，基于煤層自身的屬性，易受到外來工作液體的污染而發(fā)生煤層損害[1～12]。在煤層損害因素研究方面，對于前期鉆完井、壓裂等作業(yè)中所涉及到的鉆完井液、壓裂液等流體造成的煤層損害比較重視，而對于后期煤層氣井的洗井和改造作業(yè)中存在的煤層損害問題重視不夠甚至于忽視，尤其大劑量洗井作業(yè)時(shí)所涉及的外來水相與地層水之間的配伍性問題，這種不配伍造成的煤層損害同樣會(huì)降低煤層氣井的產(chǎn)能。壽陽區(qū)塊是中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司最大自營區(qū)塊，包括南燕竹、七元礦和丹鳳區(qū)等，主力煤層為15#煤層。筆者通過化學(xué)方法分析了南燕竹、七元礦煤層氣井產(chǎn)出水和地表水成分，對地表水和煤層產(chǎn)出水之間的配伍性進(jìn)行了研究。

1 水樣及分析方法

1.1水樣品

包括南燕竹6口井產(chǎn)出水、七元礦區(qū)3口井產(chǎn)出水、壽陽城區(qū)濱河地表水。

1.2分析方法

水樣化學(xué)成分分析方法參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油氣田水分析方法》[13]，水樣混合后的結(jié)垢趨勢預(yù)測參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油田水結(jié)垢趨勢預(yù)測》[14]，防垢劑優(yōu)選參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油田用防垢劑性能評定方法》[15]。

1.3巖心流動(dòng)試驗(yàn)

將現(xiàn)場15#煤層煤心用煤層產(chǎn)出水飽和并測產(chǎn)出水水相滲透率Kw，用地表水連續(xù)驅(qū)替巖心，并計(jì)算此時(shí)的地表水水相滲透率Kd和滲透率恢復(fù)值Kd/Kw。

2 結(jié)果分析與討論

2.1水樣化學(xué)成分分析

表1 壽陽區(qū)塊煤層氣井水樣水質(zhì)分析匯總表

2.2地表水與煤層產(chǎn)出水結(jié)垢趨勢預(yù)測

以SYNY-189井和QYN1-12V井產(chǎn)出水分別代表壽陽區(qū)塊南燕竹和七元煤礦2個(gè)地方15#煤層產(chǎn)出水，用飽和指數(shù)法預(yù)測壽陽區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)出水與地表水混合后的結(jié)垢趨勢。

飽和指數(shù)法是一種預(yù)測油田水結(jié)垢情況的方法，飽和指數(shù)SI的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，SI為飽和指數(shù)；IAP為離子活度積；K為系數(shù)。

飽和指數(shù)SI>0，則表示有結(jié)垢趨勢；飽和指數(shù)SI<0，則表示無結(jié)垢趨勢。SYNY-189井和QYN1-12V井產(chǎn)出水與地表水以不同比例混配的結(jié)垢飽和指數(shù)SI的計(jì)算結(jié)果見表2和表3，地表水和地層水混合后存在產(chǎn)生CaCO3垢趨勢。

表2 SYNY-189井產(chǎn)出水與地表水以不同比例混配的結(jié)垢飽和指數(shù)SI(35℃)

表3 QYN1-12V井產(chǎn)出水與地表水以不同比例混配的結(jié)垢飽和指數(shù)SI(35℃)

2.3地表水與煤層產(chǎn)出水靜態(tài)結(jié)垢試驗(yàn)

將2口井煤層產(chǎn)出水與地表水按不同體積比混合，在35℃放置24h后測定混合前后的鈣鎂離子變化，分析結(jié)垢程度，試驗(yàn)結(jié)果見表4和表5。靜態(tài)結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果與飽和指數(shù)法預(yù)測結(jié)果比較相符，存在結(jié)垢現(xiàn)象。2種水樣混合后鈣鎂損失率在2%～22%，生成垢量最大可達(dá)33.34mg/L，說明這2種水樣與地表水混合后存在明顯的CaCO3垢。

表4 SYNY-189井產(chǎn)出水與地表水不同比例混合后的結(jié)垢程度研究(35℃)

表5 QYN1-12V井產(chǎn)出水與地表水不同比例混合后的結(jié)垢程度研究(35℃)

2.4防垢劑優(yōu)選試驗(yàn)

防垢劑優(yōu)選試驗(yàn)參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5673-93《油田用防垢劑性能評價(jià)方法》[15]，采用成垢離子測定法，防垢率計(jì)算公式為：

式中，A為防垢率，%；V0為加熱試驗(yàn)前測定混合水總Ca2+、Mg2+耗用EDTA體積，ml；V1為未加防垢劑時(shí)混合水加熱試驗(yàn)后總Ca2+、Mg2+耗用EDTA體積，ml；V2為加防垢劑的混合水加熱試驗(yàn)后總Ca2+、Mg2+耗用EDTA體積，ml。

QNY1-12V井水樣和地表水等體積混合結(jié)垢最嚴(yán)重，以此為基礎(chǔ)對防垢劑種類和加量進(jìn)行優(yōu)選，結(jié)果見圖1。從圖1可看出，防垢劑HEDP的防垢效果較好，在加量15mg/L時(shí)防垢率可達(dá)95%以上。

2.5巖心流動(dòng)試驗(yàn)

將煤心用QNY1-12V井產(chǎn)出水飽和，研究用地表水連續(xù)驅(qū)替不同孔隙體積(PV)時(shí)巖心滲透率恢復(fù)值的變化，結(jié)果見圖2。未添加防垢劑時(shí)，隨驅(qū)替體積不斷增加，巖心滲透率恢復(fù)值不斷下降，巖心滲透率損害比較明顯，而添加防垢劑時(shí)巖心滲透率恢復(fù)值幾乎在100%，說明通過添加防垢劑可以有效抑制因不配伍造成的煤層傷害。

圖1 不同種類和加量的防垢劑作用效果 圖2 巖心動(dòng)態(tài)流動(dòng)試驗(yàn)

3 結(jié)論

1)煤層氣壽陽區(qū)塊產(chǎn)出水(地層水)和地表水有明顯差異，產(chǎn)出水礦化度和堿度均高于地表水；產(chǎn)出水屬NaHCO3水型，地表水屬Na2SO4水型。

2)飽和指數(shù)法、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果均表明地表水和產(chǎn)出水兩者混合后配伍性差，存在明顯結(jié)垢現(xiàn)象。

3)煤層巖心流動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果證明，地表水和煤層氣產(chǎn)出水混合時(shí)產(chǎn)生的結(jié)垢現(xiàn)象會(huì)造成煤層損害，可以通過優(yōu)選適宜的防垢劑來預(yù)防這種類型的儲(chǔ)層損害。

[1]陳德飛,康毅力,李相臣,等.煤層氣鉆井過程中鉆井液對煤巖儲(chǔ)層損害評價(jià)[J].煤田地質(zhì)與勘探，42(6)：44～49.

[2] 岳前升,鄒來方,蔣光忠,等.煤層氣水平井鉆井過程儲(chǔ)層損害機(jī)理[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(1):91～95.

[3] 岳前升,鄒來方,蔣光忠,等.基于煤層氣可降解的羽狀水平井鉆井液室內(nèi)研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2010,35(10):1692～1695.

[4] 黃維安,邱正松,王彥祺,等.煤層氣儲(chǔ)層損害機(jī)理與保護(hù)鉆井液的研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(10):1717～1721.

[5] 曹偉.煤層氣井儲(chǔ)層鉆井液損害及保護(hù)工藝技術(shù)[J].中國煤炭地質(zhì),2012,24(11):60～62.

[6] 岳前升,陳軍,鄒來方,等.沁水盆地基于儲(chǔ)層保護(hù)的煤層氣水平井鉆井液的研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(增):416～419.

[7] 蔡記華,劉浩,陳宇,等.煤層氣水平井可降解鉆井液體系研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2011,36(10):1683～1688.

[8] 鄭力會(huì),孟尚志,曹園,等.絨囊鉆井液控制煤層氣儲(chǔ)層傷害室內(nèi)研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2010,35(3):339～442.

[9] 賀建群,烏效鳴,向陽,等.煤層氣生物酶可解堵鉆井液的巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究[J].鉆井液與完井液,2013,30(2):33～36.

[10] 汪偉英,肖娜,黃磊,等.鉆井液侵入引起煤巖膨脹對煤儲(chǔ)層的傷害[J].鉆井液與完井液,2010,27(3):20～22.

[11] 楊恒林,汪偉英,田中蘭.煤層氣儲(chǔ)層損害機(jī)理及應(yīng)對措施[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(增):158～163.

[12] 陳軍,馬玄,岳前升,等.沁水盆地清水鉆井液對煤儲(chǔ)層損害機(jī)理[J].煤礦安全,2014,45(11):68～71.

[13] SY/T5523-2006，油氣田水分析方法[S] .

[14] SY/T0600-2009，油田水結(jié)垢趨勢預(yù)測[S] .

[15] SY/T5673-93，油田用防垢劑性能評定方法[S] .

[編輯]趙宏敏

2017-08-13

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51574040)；中海石油(中國)有限公司科技項(xiàng)目(YXKY-2016-ZY-08)。

甘秀玉(1993-),女，碩士生，現(xiàn)主要從事油氣田應(yīng)用化學(xué)方面的研究工作。

岳前升(1973-)，男，博士，副教授，現(xiàn)主要從事鉆完井液與儲(chǔ)層保護(hù)方面的教學(xué)與研究工作，yueqiansheng@163.com。

引著格式甘秀玉,劉書杰，張濱海，等.壽陽區(qū)塊煤層氣井地層水配伍性及對煤層損害研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017,14(21)：24～26,35.

TE358

A

1673-1409(2017)21-0024-03