焦坪矿区侏罗纪煤层地面煤层气井压裂液优选实验_范耀.pdf

第42卷第3期 2014年6月 文章编号I001-19862014 03-0040-03 煤田地质与勘探 COAL GEOLOGY 2.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065 摘要压梨液与储层的配伍性是影响水力压裂效果的关键因素之一。为了研究适合焦坪矿区保罗 纪煤层地面煤层气井使用的压裂液配方，通过分析储层特征，提出了相适应的压裂液配方，并借 助室内模拟实验对压裂液配方进行优选评价。结果表明活性水压裂液配方中防膨剂优选1.0氯 化何防膨效果较好；活性水压梨液配方中助排剂优选0.05氟炭离子表面活性剂或注入乙醇段塞， 再注压裂液这两种助排剂效果较好；对于生物酶破肢压裂液配方建议进一步进行现场试验。 关键词．你罗纪煤层；煤层气；压裂液；实验研究 中图分类号TD821文献标识码ADOI I 0.3969/j.issn.100 l-1986.2014.03.009 Fracturing fluid experiment for coalbed methane wells of Jurassic coal in Jiaoping block FAN Yao 1, RU Ting1, LI Bingang1, LIUYifei2 I. Xian Research Institute, China Coal Technology injection of cleaning up agent of active water fracturing fluid ulations with 0.05 fluorine carbon ion surface active agent or ethanol slug, then injection of fracturing fluid have good effect; the en- zyme fracturing fluid ulation is recommended for further field test. The results have great realistic significance for hydraulic仕acturingof coalbed methane wells of Jurassic coal in Jiaoping block. Key words Jurassic coal; coalbed methane; fracturing fluid; experimental study 水力压裂是油气井增产、水井增注以及煤层气 开采中一项重要的技术措施［I］。实践证明，在低压 低渗煤层进行水力压裂，能够有效提高煤层气的产 出量（21。 由于我国煤层渗透率普遍较低，大部分煤层气井 如不采取增产改造措施很难达到预期的产量。因此， 煤层水力压裂成为煤层气开发的关键环节，而压裂液 性能的好坏直接关系到压裂施工的成败及压后增产 效果（3］。笔者以陕西铜川焦坪矿区保罗纪煤层为研究 对象，从储层特征入手，通过压裂液与煤层水的配伍 性以及煤心流动实验，研究出适合焦坪矿区保罗纪煤 层地面煤层气井的压裂液配方。 收稿日期2013-04-0I 1 储层特征 焦坪矿区主采煤层为局部可采3-2号煤和全区可 采4-2号煤。两层煤均属低变质长焰煤，煤层厚度大， 总厚度10～20m；煤体以原生结构为主，主裂隙不发 育到极发育，裂隙被碳酸盐矿物或土黄色砂质物质充 填，连通性差到中等；煤层所含．黠土矿物主要为高岭 石（5～6）；煤层气含量低，干燥无灰基煤的瓦斯含 量为1-5m3/t；煤层埋深500-600m，储层压力梯度 0.8，属于欠压储层；煤层温度23℃左右；煤层含气饱 和度40～60，饱和度偏低，煤层处于欠饱和状态； 3-2号煤层试井渗透率0.3110-3m2,4-2号煤层试井 渗透率0.08Io-3m2，渗透率较低。 基金项目国家自然科学基金项目（41030422）；国家科技重大专项课题（201IZX05040-003）；中煤科工集团西安研究院 青年创新基金（2012XAYQNOOI 作者简介范耀1983－），男，陕西咸阳人，硕士，助理研究员，从事煤层气勘探开发研究工作－ ChaoXing 第3期范耀等焦坪矿区保罗纪煤层地面煤层气井压裂液优选实验 41 2 煤层气井压裂液的特点 煤层气井压裂液与常规油气井压裂液存在着很 大的差异，其特点主要表现在3个方面 a.煤岩的比表面积巨大，具有较强的吸附能力， 这要求压裂液同煤层及煤层流体配伍性极强，不会发 生不良的吸附和反应。 b.煤层割理发育， 要求压裂液本身清洁，除配 液用水应符合低渗层注入水水质要求外，压裂液破胶 残渣也应较低，以避免对煤层孔隙的堵塞。 c.压裂液应满足煤岩层 防膨、降滤、返排、降 阻、携砂等要求。对于交联冻胶压裂液，应能快速彻 底破胶。 考虑到焦坪矿区保罗纪煤层吸附较强、勃土含量 较高以及温度较低的特点，适合此类煤储层特点的压 裂被主要为活性水压裂液和破胶效果较好的生物酶 破胶压裂液。 3 室内模拟实验 3.1 实验仪器 针对常规小直径煤心钻取比较困难，而采用一定 粒度的煤粒压制的模拟煤心与实际煤心的物性相差 很大的情况，设计加工了一套适合煤层气室内评价大 直径煤心的实验设备。 3.2 实验煤心 采用铜川焦坪矿区下石节煤矿的现场取心煤样， 钻取了适合室内实验用φ5.50cm的大直径煤心。 3.3 压裂；在配方的设计 3.3.1 7舌性水压裂液不同添加剂优选 a.防膨剂的优选在其他添加剂不变的情况下， 分别设计0.5、1.0、1.53种不同氯化梆含量进 行防膨剂优选。 b.助排剂的优选在确定氯化饵含量后，设计 含量分别为0.05、0.1的氟碳离子表面活性剂和 0.1乙醇作为助排剂进行助排剂优选。在此基础上考 虑在注压裂液之前，先注入一个乙醇的段塞，比较其 助排效果。 3.3.2 生物酶破肢压裂液配方 压裂液配方0.40CJ2-60.50CF-5C0.50 COP-I 0.10CJSJ-2 破胶剂生物酶005 交联剂0.4棚砂I00 IO 3.4 压裂液的制备 活性水经滤纸重复过滤，生物酶破胶压裂液经彻 底破胶，用滤纸反复过洁、后用于实验。 3.5 实验方法 煤层气储层压裂液评价优选实验方法尚无行业 标准。此次研究在借鉴石油夭然气丁、It标准（SY/T 5358-2010储层敏感性流动实验评价h守法）[4］的 基础上，结合煤层气储层具体特性，提刷了适合煤三 气储层的室内实验方法。 a.首先进行压裂液与地层水配伍性实验，取斥 裂液与地层水按I 2、l 1、2 I的体积比1昆合， 液量均为60mL，在实验泪度下观察24h，看是否产 生沉淀或絮凝； b.测定煤心气体渗透率，并校正到克氏渗透率； c.抽空煤心并饱和地层水，模拟煤储层由度， 正向测定用氮气驱替时的煤心气相渗透率Ki; d.反向注入2倍以上孔隙体积压裂液，关闭煤 心夹持器的人口和出门阀门，使煤心与压裂被接触达 10 h以上； e.正向用氮气驱替，测定用用氮气驱替时的’服 心气相渗透率K2。 3.6 评价方法 压裂液对煤储层的伤害，采用渗透率损害率来评价 ηd ＝气生xI 00 I 式中引为渗透率损害率，；Ki为煤心注评价液 前的液相渗透率，lo飞mi2;K2为煤心注评价液后的 液相渗透率，IO讪m2。 3.7 实验结果及讨论 3.7.1 压裂液与地层水配伍性实验 压裂液与地层水配伍良好，无沉淀或絮凝现象产生 3.7.2 活性水压裂液不同添加剂优选 a.防膨剂的优选 防膨剂的优选实验结果见表l。从表l可以看出， 1.0氯化例和I1.5氧化钊llh膨效果较好，可减少对煤 储层的损害，其伤吉程度都在10左右。考虑到经济 因素，建议选取l.0氯化例作为防膨剂的推荐方案。 表l活性水压裂液防膨剂优选结果表 Table 1 Optimization of anti-swelling agent of active water fracturing fluid ulations 评价项目防膨开lj渗透率损需卒（均值）／优选结果 活性7 ff裂液 0.5 KC 1.0 KC 1.5 KCI b.助排剂的优选 36.7589. 7060.48 7.30I 0.719.01 6.4313.109.77 优选 助排剂的优选实验结果见表2。从表2可以看出， 不同浓度助排剂的渗透率助排效果相差较大，其对渗 透率的伤害从小到大依次为先注入一个乙醇的段塞， 在注厄裂液（1.0氯化仰＋0.05Y下9）的注入方式 ChaoXing 42 煤田地质与勘探第42卷 0.05氟碳离子表面活性剂＜1.0乙醇＜0.1氟碳离子 表面活性剂，其中先注入一个乙醉的段塞，再注压裂液 1.0氯化伺＋0.05YT-9）的注入方式和0.05氟碳离 子表面活性剂实验评价钻呆相差不大。因此建议将 0.05氟碳离子表面活性剂和先注入一个乙醇的段塞， 再注压裂液（.0氯化饵＋0.05Y下9）的注入方式这两 种方案作为助排剂的推荐方案。 表2活性水压裂液防膨齐lj优选结果表 Table 2 Optimization of anti-swelling agent of active water fracturing fluid ulations 评价 项目 渗透率 损害率（均值）／ 7.3010.719.01 23.4235.463 1.38 13.61- 23.25 18.43 6.509.958.23 助排剂 如m剂 性性注 活活再 丽而 表表寨 子子段式 摘离醉方 协碳醉乙的 伟氟乙人液 阴阳附 注裂 们 00 先压 水液 性裂 活斥 优选 c.活性水压裂浪优选结果 实验结果可以看出，对于活性水压裂液来讲，以 下两种配方效果较好。 配方一1.0氯化梆＋0.05氟碳离子表面活性 齐1]0.05YT-9; 配方二先注入一个乙醇的段塞，再注压裂液 1.0氯化饵＋0.05YT-9）的注入方式。 配方一和配方二煤心渗透率随累积注入孔隙体 积倍数变化曲线见图l。 3.7.3 生物酶破胶压裂液评价 生物酶破胶压裂液的优选实验结果见表3。生物 酶破胶压裂液的渗透率随累积注入孔隙体积倍数 0.016 [ 0.012 C二 二0.008 哼于 创0.004 处 ＋注入压裂液前 －－注入压裂i夜l污 。 。100 200 300 累积沁人孔隙体积倍数 a）活性；）＜.ff裂浓配方一 400 。l6 ;.. 0.14 . 0.12 6 0.10 之0.08 斗.，.0.06 炮0.04 处0.02 。 。 十jk入Ff，如位前 i i 人Ff裂液l汗 50 I 00 150 200 250 累积ii入｛L隙｛材1H奇数 bl r.s性；）（f哀裂if支Nc方二 罔l渗透率随累积注入孔隙体积倍数变化曲线 Fig. I The relationship between permeability and accumulated injected pore volume 表3生物酶破胶压裂液优选结果表 Table 3 Optimization of enzyme fracturing fluid ulation 评价项目渗透率损害率（均值）／优选结果 生物酶破胶压裂液14.8950.5632.73 建议现场试验 变化曲线见图2。对比活性水压裂液和生物酶破胶压 裂液实验结果可以看出，生物酶破胶液对煤心的伤害 相比活性水压裂液要大一些。从减小对煤储层伤害的 角度来讲，活性水压裂液无疑是最佳推荐方案，但从 携砂和造缝效果来讲，生物酶破胶压裂液无疑更好 些。因此，对于需要造长缝、宽缝煤层的压裂，建议 使用生物酶破胶压裂液。此时，更好的造缝效果带来 的好处可能将弥补由于压裂液滤液带来的伤害，可以 为煤层建立一个更好的渗流通道。 十fr人苇裂液前 毛0.008「-n人王裂液l口 手0.00叶，－－. 牟申r～～ o 1/ J”‘、4，卢－－........... -0.004 斗f 蚓0.002 处 。 。20 40 60 累积n入fl隙体.fH伯数 80 罔2渗透率随累积注入孔隙体积俯数变化曲线 Fig.2 The relationship between permeability and accumulated injected pore volume 4结论 a.焦坪矿区保罗纪煤层具有吸附较强、黠土含 量较高以及温度较低的特点。 b.活性水压裂液配方防膨剂以l.0氯化饵防膨 效果较好；活性水压裂液配方中助排剂以0.05氟碳 离子表面活性剂和注入乙醇段塞，再注压裂液这两种 助排剂效果较好。 c.生物酶破胶压裂液配方对储层伤害较大，但 从携砂和造缝效果来讲，可能将弥补由于压裂液滤液 带来的伤害，可以为煤层建立一个更好的渗流通道， 建议进一步进行现场试验。 d.建议实际压裂过程中在压裂液中伴注氮气， 发挥其对地层伤害小、滤失低、返排迅速及携砂能力 强等优点，提高压裂增产效果。 参考文献 川李同林．煤岩层水力压裂造缝机理分析［JJ.天然气工业，1997, 17 4 53-56. [2］郑秀华，夏柏如．压裂液对煤层气井导流能力的损害与保护［JJ. 西部探矿工程，2001,131 51 526. [3］刘长延，李玉魁－煤层压裂改造配套工艺技术［J）.中国煤层气， 19981 51-52. [4J a11岩涛，房会春，朱健，等SY厅5358-2010储层敏感性流动 实验评价方法［SJ.北京国家能源局，2010 ChaoXing