柳林地区煤层压裂液伤害评价及应用

高 翔

中国石油大庆油田第七采油厂

柳林地区煤层压裂液伤害评价及应用

高 翔

中国石油大庆油田第七采油厂

压裂增产技术是煤层气开发的重要手段之一。针对鄂尔多斯盆地柳林地区煤层具有储层压力低、渗透率低、孔隙度低和含气饱和度低以及煤层吸附性较强等特点，通过使用短岩心（暂堵）酸化流动仪进行了活性水压裂液、线性胶压裂液、冻胶压裂液和清洁压裂液对煤岩的柳林地区煤岩心渗透率伤害评价实验。实验结果表明，活性水对岩心渗透率的伤害程度最低，为9.82%，清洁压裂液的伤害程度为43.49%，冻胶破胶液压裂液的伤害程度为81%，线性胶压裂液的伤害程度为89.3%，对煤层伤害程度依次为：活性水＜清洁压裂液＜冻胶破胶液＜线性胶。使用优选出的活性水压裂液对现场实施压裂10口井，单井的最大砂比不超过30%，平均砂比15%左右，显示出活性水压裂液的携砂能力满足压裂施工要求，施工成功率接近100%。

煤层气渗透率压裂液活性水伤害评价

柳林地区煤层气区块位于山西省的西部，河东煤田的中部，煤层地层发育于二叠系山西组—石炭系太原组，含气面积达194.42 km2，其煤层气资源开发潜力巨大。柳林地区煤层测试结果表明，储层压力低、渗透率低、孔隙度低和含气饱和度低的“四低”特性且具有非常强烈的非均质性。目前，对“四低”煤层气的开采比较困难，需要通过压裂增加煤层中连通性好的裂缝来提高煤层气井产能。但是柳林地区煤层节理发育完善，吸附性较强，常规压裂液会对煤层产生较大的堵塞伤害。针对以上问题，在进行文献调研的基础上，优选了活性水（清水）、线性胶压裂液、冻胶压裂液、清洁压裂液作为该地区的备选压裂液，并通过岩心流动模拟实验评价了这些压裂液对煤层的伤害。

1 柳林地区煤层气藏地质特征与压裂作业伤害特征

1.1 柳林地区煤气藏压裂地质特征

1）柳林地区煤岩储层有效孔隙度小于5%，渗透性差，具有特低孔、特低渗的特点。

2）煤层与上下遮挡层间的最小主应力差超过4 MPa，煤层破裂压力较低，压裂施工采用大排量作业成为可能［1］。

3）煤层埋藏浅，煤层温度低，限制了稠化剂交联压裂液的应用［2］。

4）煤层具有中低压特性，压裂过程中压差大、易滤失，煤层压裂伤害大。

1.2 柳林地区煤气藏压裂伤害特征

煤岩晶格结构特殊性使岩石表面性质较活跃，对流体具有较大吸附能力，导致煤岩孔隙孔喉缩小或堵塞，渗流能力降低[3-4]。另外，煤岩通常比较疏松，导致煤层具有比较强的压敏性，即使高压后恢复原始压力，煤层的渗透性也不能恢复。煤层中通常夹有一定的沙泥岩成份，遇水发生膨胀、运移使煤层在各种作业过程中表现出水敏特性［1］。同时，纯的煤层无常规胶结，岩体脆而易散，在流体剪切作用下，煤粉极易脱落、迁移，从而容易导致对支撑裂缝的堵塞伤害[4-6]。

2 柳林地区煤层气井的压裂液体系及其特点

针对柳林地区煤层低孔、低渗以及埋藏浅、储层温度低的地质特点，选出活性水（清水）、线性胶压裂液、冻胶压裂液、清洁压裂液作为该地区的备选压裂液。

2.1 活性水压裂液

活性水、清水作为压裂液的突出特点是价格便宜，对煤层伤害小[7-8]。但是这种压裂液携砂能力弱，难以形成长的支撑裂缝，而且导流能力不高。另外，活性水存在表面活性剂的吸附伤害；由于煤层夹有泥岩、黏土矿物，采用清水压裂容易引起黏土膨胀伤害。

受限于煤层气低产特性，降低成本是煤层气开发的主要原因之一，因而，活性水压裂液成为目前国内外煤层压裂的主要液体材料。

2.2 线性胶及冻胶压裂液

线性压裂液黏度高，携砂能力好，能够形成长支撑裂缝。对煤层的主要伤害表现在聚合物及表面活性剂吸附伤害、压裂液滤饼伤害、植物胶的残渣堵塞伤害，破胶不彻底造成伤害[9]。另外，线性压裂液费用较高，特别是瓜胶的价格涨幅剧增后，经济上的劣势更加明显。

2.3 清洁压裂液

清洁压裂液属于高分子聚合物压裂液，其突出特点在于黏度高、携砂能力好，能够形成长的支撑裂缝，抗剪切性能好，易于破胶，无残渣，对煤层伤害小。其不足在于对煤层形成表面活性剂的吸附伤害，以及黏土膨胀伤害。同时，材料费用高，经济上不具备优势[10-11]。

3 实验与结果分析

3.1 实验设备

实验相关仪器和设备：短岩心（暂堵）酸化流动仪（如图1）1台、氮气瓶1个、恒流泵1台、岩样模型1个、手动压力机1台、60目筛子1套、游标卡尺1个以及烧杯、量筒和天平。

图1 短岩心（暂堵）酸化流动仪及示意图

3.2 实验样品

针对煤层压裂常用的压裂液，本次实验选用清洁压裂液、活性水压裂液、线性胶压裂液和冻胶压裂液作为实验检测液体。

煤心（制备方法）[12]：将柳林地区煤层煤块捣碎，用60目筛子筛制成煤粉加入到岩样模型，在压力机上加压15 MPa成型，然后用氯化铵盐水饱和备用，制备岩心数量为50个，其中留10个备用煤心。

3.3 实验方法

根据SY/T 5107—2005《水基压裂液性能评价方法》，通过选用活性水、线性胶、冻胶及清洁压裂液分别模拟煤心流动试验，分析渗透性的损害程度，评价了4种不同压裂液体系对来自柳林地区煤层的煤心渗透率的伤害大小。

3.4 实验结果与讨论

如图2所示，分别为活性水压裂液、清洁压裂液、线性胶压裂液和冻胶压裂的破胶液对煤岩渗透率伤害实验结果。由图可知，活性水的伤害程度最低，为9.82%（图2-a）；清洁压裂液的伤害程度为43.49%（图2-b）；线性胶压裂液的伤害程度为89.3%（图2-c）；冻胶压裂的破胶液对煤样岩心渗透性的伤害率为81%（图2-d），通过对比可以得出4种不同类型的压裂液对煤层伤害程度依次为：活性水＜清洁压裂液＜冻胶破胶液＜线性胶压裂液。

4 现场应用

结合了柳林地区煤层气井压后产量低、施工压力低、要求压后伤害低等特点和需求，现场主要采用注入活性水进行压裂，一是降低成本，二是增加压后助排及排采。对柳林地区使用活性水压裂液对现场实施压裂10口井，施工成功率接近100%。图3给出了4口井的不同层位施工压裂曲线图。如图3所示，每口井的最大施工排量控制在8 m3/min以内。每口井的最大砂比不超过30%，平均砂比在15%左右，显示出活性水压裂液的携砂能力满足压裂施工要求。另外，采用活性水作为主要压裂液避免了过去煤层气井压裂易砂堵的不利局面。

现场施工过程中，通过提高加砂量、施工排量、最高砂比和平均砂比等相关参数，在优化裂缝宽度、长度、控制缝高的前提下，保证了现场施工的安全、顺利和高效。

图3 柳林地区部分井煤层压裂施工曲线图

5 结论

1）活性水压裂液在柳林地区煤层渗透率伤害评价中伤害最小，为9.82%。

2）采用活性水压裂施工最大排量控制在8m3/min内，缝高控制好；最大砂比不超过30%，平均砂比在15%左右；活性水压裂液的携砂能力满足压裂施工要求。

3）活性水压裂液在柳林地区煤层压裂应用效果较好，施工成功率100%。

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（修改回稿日期 2016-7-12 编辑 陈古明）

高翔，1988年生，工程师，硕士；从事钻井液压裂酸化液技术研究工作。地址：（163517）黑龙江省大庆市大同区庆葡北街120号。电话：15776168183。E-mail：84238273@qq.com