史 斌

(中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司，天津 300452)

1 研究背景

煤巖儲(chǔ)層具有低孔低滲的特點(diǎn)，極易受到鉆井液、完井液、固井液及壓裂液等工作液的損害，且損害一旦形成將不同程度地影響煤層氣井產(chǎn)能。通過采用低傷害鉆完井液及壓裂液以降低煤層氣開發(fā)過程中的儲(chǔ)層損害，其中，工作液對(duì)煤儲(chǔ)層的滲透率損害程度是工作液儲(chǔ)層保護(hù)性能的主要技術(shù)指標(biāo)。

目前，國(guó)內(nèi)煤巖儲(chǔ)層損害評(píng)價(jià)主要采用常規(guī)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法，即石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6540(鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法)對(duì)工作液進(jìn)行評(píng)價(jià)，而煤巖儲(chǔ)層滲透率一般很低，測(cè)量低滲超低滲巖心的液體滲透率時(shí)，應(yīng)用達(dá)西穩(wěn)定流已不再適合，主要存在兩方面的問題：一是液體在低滲介質(zhì)中的滲流存在非達(dá)西流動(dòng)特征；二是巖樣滲透率很低時(shí)，需要很高的驅(qū)替壓差和很長(zhǎng)的流速穩(wěn)定時(shí)間，以滲透率為0.1×10-3μm2煤樣為例，在直徑2.54cm、長(zhǎng)度5cm、流量1mL/min、驅(qū)替介質(zhì)為水條件下，驅(qū)替壓差達(dá)到16MPa，流速達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間超過6小時(shí)，致使測(cè)試效率極低。

目前采用非穩(wěn)態(tài)法如氣體脈沖法，解決了煤巖儲(chǔ)層巖心滲透率測(cè)試難題，但是評(píng)價(jià)入井流體對(duì)儲(chǔ)層的損害程度，一般需要評(píng)價(jià)流動(dòng)介質(zhì)為液體(如地層水)的滲透率損害程率，而氣體脈沖法無法滿足。

為了解決上述技術(shù)問題，研究了一種壓力衰減法快速評(píng)價(jià)煤巖儲(chǔ)層工作液損害程度的方法，該方法基本能夠滿足工作液對(duì)煤巖儲(chǔ)層損害率的評(píng)價(jià)要求。

2 壓力衰減法快速評(píng)價(jià)煤巖儲(chǔ)層工作液損害程度的實(shí)驗(yàn)流程及步驟

2.1 實(shí)驗(yàn)流程及裝置

裝置主要包括巖心夾持器、圍壓泵、真空泵、平流泵、工作液中間容器、地層水中間容器、差壓計(jì)、圍壓表，實(shí)驗(yàn)流程見圖1。

圖1 壓力衰減法快速評(píng)價(jià)煤巖儲(chǔ)層工作液損害程度實(shí)驗(yàn)流程

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)鉆取煤心，抽真空并飽和目標(biāo)地層的地層水；

(2)連接圖1的流程，將煤心放入巖心夾持器，并施加圍壓，抽真空；

(3)巖心夾持器注入目標(biāo)地層的地層水，使夾持器的平衡壓力達(dá)到地層壓力；

(4)在平衡壓力基礎(chǔ)上，啟動(dòng)平流泵增加附加壓力，該附加壓力值為平衡壓力值的10%左右；

(6)通過壓計(jì)記錄巖心夾持器兩端的瞬時(shí)壓差隨時(shí)間的變化；

(7)計(jì)算ln(初始?jí)翰?瞬時(shí)壓差)與時(shí)間的擬合直線的斜率，按公式1計(jì)算：

(1)

式中：A1為ln(初始?jí)翰?瞬時(shí)壓差)與時(shí)間的擬合直線的斜率，無量綱；ΔP01為初始?jí)翰?，MPa；ΔPt1為瞬時(shí)壓差，MPa；t1為瞬時(shí)壓差對(duì)應(yīng)的時(shí)間，s。

(8)用平流泵向煤心恒壓3.5MPa驅(qū)替工作液2小時(shí)，對(duì)煤心進(jìn)行模擬污染；

(9)重復(fù)步驟(3)～(6)，計(jì)算煤心污染后ln(初始?jí)翰?瞬時(shí)壓差)與時(shí)間的擬合直線的斜率A2，按公式2計(jì)算：

(2)

式中：A2為煤心污染后ln(初始?jí)翰?瞬時(shí)壓差)與時(shí)間的擬合直線的斜率；ΔP02為煤心污染后的初始?jí)翰?，MPa；ΔPt2為煤心污染后的瞬時(shí)壓差，MPa；t2為煤心污染后的瞬時(shí)壓差對(duì)應(yīng)的時(shí)間，s；

(10)計(jì)算工作液對(duì)煤心的損害程度DL，按公式3計(jì)算：

(3)

式中：DL為損害率，%；A1為煤心污染前l(fā)n(初始?jí)翰?瞬時(shí)壓差)與時(shí)間的擬合直線的斜率；A2為煤心污染后ln(初始?jí)翰?瞬時(shí)壓差)與時(shí)間的擬合直線的斜率。

3 壓力衰減法快速評(píng)價(jià)煤巖儲(chǔ)層工作液損害程度應(yīng)用

(1)山西壽陽七元礦區(qū)塊鉆井液體系損害評(píng)價(jià)

可降解聚合物體系是專為煤層氣井開發(fā)設(shè)計(jì)的一種鉆井液體系，具有易于破膠的性能，分別采用壓力衰減法和穩(wěn)態(tài)法評(píng)價(jià)未破膠情況下鉆井液對(duì)煤巖的損害程度，結(jié)果顯示單一鉆井液體系對(duì)煤巖具有較高損害率，要求現(xiàn)場(chǎng)完井后增加破膠段塞，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 壓力衰減法評(píng)價(jià)可降解聚合物體系損害程度

表2 穩(wěn)態(tài)法評(píng)價(jià)可降解聚合物體系損害程度

(2)山西壽陽七元礦區(qū)塊防煤粉低傷害壓裂液損害評(píng)價(jià)

防煤粉低傷害壓裂液體系是針對(duì)煤層氣井壓裂過程中產(chǎn)生的煤粉造成二次污染、影響壓裂效果的情況而設(shè)計(jì)的一套壓裂液，分辨采用壓力衰減法和穩(wěn)態(tài)法評(píng)價(jià)了壓裂液對(duì)煤巖的損害程度，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3和表4。

表3 壓力衰減法評(píng)價(jià)防煤粉低傷害壓裂液體系損害程度

表4 穩(wěn)態(tài)法評(píng)價(jià)防煤粉低傷害壓裂液體系損害程度

根據(jù)可降解聚合物體系和防煤粉低傷害壓裂液體系的評(píng)價(jià)結(jié)果，壓力衰減法評(píng)價(jià)煤巖工作液損害率與常規(guī)的穩(wěn)態(tài)法評(píng)價(jià)結(jié)果相差不大。但是，壓力衰減法大幅提高了評(píng)價(jià)效率。

4 結(jié)論

(1)常規(guī)穩(wěn)態(tài)法評(píng)價(jià)煤巖儲(chǔ)層工作液損害程度時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)試效率低，已不能滿足煤層氣開發(fā)工作液評(píng)價(jià)的要求。

(2)研究的壓力衰減法是一種非穩(wěn)態(tài)評(píng)價(jià)方法，本方法通過煤巖工作液污染前后初始?jí)翰?瞬時(shí)壓差的對(duì)數(shù)值與時(shí)間的擬合直線的斜率來確定煤巖儲(chǔ)層工作液的損害率。

(3)根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)流程及步驟，分別采用壓力衰減法和穩(wěn)態(tài)法評(píng)價(jià)了山西壽陽煤層氣區(qū)塊鉆井液及壓裂液體系的的損害程度，兩種方法的損害率測(cè)試結(jié)果接近。

(4)與常規(guī)方法相比，壓力衰減法測(cè)試效率大幅提高，適合待測(cè)樣品較多時(shí)的對(duì)比評(píng)價(jià)。

(5)壓力衰減法目前只能用于特低滲的非常規(guī)儲(chǔ)層工作液損害率評(píng)價(jià)，還不能用于滲透率參數(shù)的測(cè)試。

[1] 陳飛，池曉明，王祖文,等.煤巖儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展.中國(guó)煤層氣[J].2013，10(1)：26-30.

[2] 歐陽云麗,汪偉英,楊林江,等.特低滲透率的測(cè)定方法綜述.石油化工應(yīng)用[J].2012，31(5).