煤層氣井壓裂液優(yōu)選

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1、煤層氣井用壓裂液在一定程度上，可以借鑒現(xiàn)行水基壓裂液性能評價(jià)，但由于煤儲層具有松軟、割理發(fā)育、表面積大、吸附性強(qiáng)、壓力低等與油藏儲層不同的特性，由此而引起的高注入壓力、復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)、砂堵、支撐劑的嵌入、壓裂液的返排及煤粉堵塞等問題，使得煤層氣井用壓裂液與油氣田壓裂液存在著差異，主要表現(xiàn)在：煤巖的表面積非常巨大，具有較強(qiáng)的吸附能力，要求壓裂液同煤層及煤層流體完全配伍，不發(fā)生不良的吸附和反應(yīng)；煤層割理發(fā)育，要求壓裂液本身清潔，除配液用水應(yīng)符合低滲層注入水水質(zhì)要求外，壓裂液破膠殘?jiān)矐?yīng)較低，以避免對煤層孔隙的堵塞；壓裂液應(yīng)滿足煤巖層防膨、

2、降濾、返排、降阻、攜砂等要求。對于交聯(lián)凍膠壓裂液，要求其快速徹底破膠。煤的潤濕性固體表面一般可以分為高能表面和低能表面兩類。高能表面指的是金屬及其氧化物、二氧化硅、無機(jī)鹽等的表面。其表面自由能一般在500mN/m-5000mN/m之間。低能表面指的是有機(jī)固體表面，它們的表面自由能一般低于100mN/m。經(jīng)試驗(yàn)測得晉城3#煤的表面自由能為51.1mN/m,屬于低能表面。由于水的表面張力較高，它一般不在低能表面上自動(dòng)鋪展。如果要使水在低能表面上鋪展，最方便的辦法就是在水中加入表面活性劑。從固體表面自由能也可以看出，對油氣藏而言，它屬于高能

3、表面。它對外來液體的表面張力和界面張力不是特別敏感。水的表面張力常溫下為72左右，假如某助排劑水溶液的表面張力為25mN/m，相對于巖石500mN/m-5000mN/m的表面自由能，兩者會(huì)發(fā)生一樣的潤濕情況；而對于50mN/m左右表面自由能的煤來說，兩者的潤濕情況就大不一樣了。從這個(gè)角度講，作為壓裂液而言，里面不應(yīng)該加入助排劑。加入以后，改變了液體和煤的潤濕關(guān)系，對壓裂液的返排反而不利。煤的孔隙度作為固態(tài)膠體的煤，其內(nèi)部存在著許多孔隙，孔隙體積占煤的總體積的百分?jǐn)?shù)為煤的孔隙度?？紫抖扰c煤化程度有關(guān):煤化程度低的煤，其孔隙度基本在10%

4、以上；中等煤化程度的煤，其孔隙度最低，約3%；當(dāng)煤化程度加深孔隙度又出現(xiàn)增加的趨勢。孔隙度大小還受成煤條件、煤巖組成等因素的影響。同一煤化程度的煤其孔隙度都有一個(gè)波動(dòng)范圍。煤的孔徑大小并不是均一的，有微孔，其直徑小于20×10-10m；中孔，孔徑為20-200×10-10m，其中多數(shù)小于100×10-10m；大孔的直徑大于200×10-10m。各種煤孔的分布有一定的規(guī)律：碳含量低于75%的褐煤，其大孔占優(yōu)勢，中孔基本沒有。在75%-82%之間的煤，中孔特別發(fā)達(dá)，空隙總體積主要由中孔和微孔所決定。碳含量在88%-91%的煤微孔占優(yōu)勢，其

5、孔體積占70%以上，中孔一般很少。煤的表面積煤是多孔物質(zhì)，其表面積包括顆粒外表面積和內(nèi)部孔隙兩部分。對于具有微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)來說，表面積與孔隙體積之比率很大，能夠吸附大量物質(zhì)，所以，微孔及其發(fā)育的煤能吸附大量氣體。煤的表面積主要是內(nèi)部孔隙，外表面積占的比例很小。煤的表面積大小不僅對了解煤的生成過程和煤的微觀結(jié)構(gòu)是重要的，而且與煤的吸附密切相關(guān)，因此，它是重要的物理性質(zhì)之一。隨著煤化程度的變化，煤的比表面積具有一定的變化規(guī)律。即煤化程度低的煤和煤化程度高的煤其比表面積大，而中等煤化程度的煤比表面積小。煤的滲透率20滲透率是煤層氣開發(fā)中關(guān)鍵

6、的因素之一。由于煤層結(jié)構(gòu)、組成等方面的特殊性，使得實(shí)驗(yàn)室對煤層滲透率的準(zhǔn)確測試較困難，精確的測試只有來源于鉆井的生產(chǎn)測試。煤的滲透率通常分為相對滲透率和絕對滲透率。煤基質(zhì)對氣和水基本是不滲透的。因此裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是氣體主要疏導(dǎo)途徑。Puri等指出（1990），煤的基質(zhì)孔隙即使有，也對流體流動(dòng)狀態(tài)影響很小。Law,B.E.(1993)指出，煤中主要的流通通道是裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，煤基質(zhì)的滲透性實(shí)際是不存在的。CNPC所鉆煤層氣井的基質(zhì)滲透率都較偏低，一般都小于0.01×10-3um2；煤的裂隙網(wǎng)絡(luò)均較發(fā)育，其各向異性比較明顯，平行面裂隙網(wǎng)絡(luò)方向

7、的滲透率一般最大。通常煤層氣井的壓裂是指的將裂隙網(wǎng)絡(luò)溝通。煤層滲透率與煤層埋深有著良好的關(guān)系相關(guān)關(guān)系。隨著埋深得增加，滲透率降低。除深度對滲透率有影響外，地質(zhì)構(gòu)造也是增大滲透率的主要因素。儲層粘土含量在壓裂液配方體系研究中，首先應(yīng)考慮壓裂液對煤層的傷害，尤其是針對低滲儲層。在實(shí)施壓裂時(shí)，壓裂液添加劑中的防膨劑及表面活性劑的優(yōu)選相當(dāng)重要，因?yàn)樵撁簝诱惩两^對含量高，蒙脫石及伊利石的相對含量也高，且屬低滲儲層，粘土的膨脹與運(yùn)移都會(huì)使?jié)B透率急劇降低；同時(shí)，高分子表活劑的加入勢必改善液體與煤的潤濕吸附特性，使得液體吸附在煤固體表面，導(dǎo)致孔道堵

8、塞。由此，壓裂液添加劑的優(yōu)選及配方篩選應(yīng)結(jié)合煤儲層的物性，以使得壓裂液侵入煤層后，盡可能的降低對煤層儲層的傷害。試驗(yàn)測試項(xiàng)目表/界面張力測定試驗(yàn)、煤粉吸附試驗(yàn)、煤芯片吸附試驗(yàn)、煤粉膨脹試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)傷害試驗(yàn)、耐溫耐剪切及流變