煤层气井压裂液优选.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑煤层气井压裂液优选 煤层气井用压裂液在确定程度上，可以借鉴现行水基压裂液性能评价，但由于煤储层具有松软、割理发育、外观积大、吸附性强、压力低等与油藏储层不同的特性，由此而引起的高注入压力、繁杂的裂缝系统、砂堵、支撑剂的嵌入、压裂液的返排及煤粉堵塞等问题，使得煤层气井用压裂液与油气田压裂液存在着差异，主要表现在：煤岩的外观积分外巨大，具有较强的吸附才能，要求压裂液同煤层及煤层流体完全配伍，不发生不良的吸附和回响；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，以制止对煤层孔隙的堵塞；压裂液应得志煤岩层防膨、降滤、返排、降阻、携砂等要求对于交联冻胶压裂液，要求其快速彻底破胶 煤的润湿性 固体外观一般可以分为高能外观和低能外观两类高能外观指的是金属及其氧化物、二氧化硅、无机盐等的外观其外观自由能一般在500mN/m-5000mN/m之间低能外观指的是有机固体外观，它们的外观自由能一般低于100mN/m经试验测得晋城3#煤的外观自由能为51.1mN/m,属于低能外观由于水的外观张力较高，它一般不在低能外观上自动铺展。

假设要使水在低能外观上铺展，最便当的手段就是在水中参与外观活性剂从固体外观自由能也可以看出，对油气藏而言，它属于高能外观它对外来液体的外观张力和界面张力不是更加敏感水的外观张力常温下为72左右，假使某助排剂水溶液的外观张力为25mN/m，相对于岩石500mN/m-5000mN/m的外观自由能，两者会发生一样的润湿处境；而对于50 mN/m左右外观自由能的煤来说，两者的润湿处境就大不一样了从这个角度讲，作为压裂液而言，里面不理应参与助排剂参与以后，变更了液体和煤的润湿关系，对压裂液的返排反而不利 煤的孔隙度 作为固态胶体的煤，其内部存在着大量孔隙，孔隙体积占煤的总体积的百分数为煤的孔隙度孔隙度与煤化程度有关:煤化程度低的煤，其孔隙度根本在10%以上；中等煤化程度的煤，其孔隙度最低，约3%；当煤化程度加深孔隙度又展现增加的趋势孔隙度大小还受成煤条件、煤岩组成等因素的影响同一煤化程度的煤其孔隙度都有一个波动范围煤的孔径大小并不是均一的，有微孔，其直径小于20×10-10m；中孔，孔径为20-200×10-10m，其中多数小于100×10-10m；大孔的直径大于200×10-10m各种煤孔的分布有确定的规律：碳含量低于75%的褐煤，其大孔占优势，中孔根本没有。

在75%-82%之间的煤，中孔更加兴隆，空隙总体积主要由中孔和微孔所抉择碳含量在88%-91%的煤微孔占优势，其孔体积占70%以上，中孔一般很少 煤的外观积 煤是多孔物质，其外观积包括颗粒外外观积和内部孔隙两片面对于具有微孔布局的物质来说，外观积与孔隙体积之比率很大，能够吸附大量物质，所以，微孔及其发育的煤能吸附大量气体煤的外观积主要是内部孔隙，外外观积占的比例很小煤的外观积大小不仅对了解煤的生成过程和煤的微观布局是重要的，而且与煤的吸附紧密相关，因此，它是重要的物理性质之一随着煤化程度的变化，煤的比外观积具有确定的变化规律即煤化程度低的煤和煤化程度高的煤其比外观积大，而中等煤化程度的煤比外观积小 煤的渗透率 渗透率是煤层气开发中关键的因素之一由于煤层布局、组成等方面的特殊性，使得测验室对煤层渗透率的切实测试较困难，精确的测试只有来源于钻井的 1 生产测试煤的渗透率通常分为相对渗透率和十足渗透率煤基质对气和水根本是不渗透的因此裂隙网络系统是气体主要疏导途径Puri等指出（1990），煤的基质孔隙即使有，也对流体滚动状态影响很小Law,B.E.(1993)指出，煤中主要的流通通道是裂隙网络系统，煤基质的渗透性实际是不存在的。

CNPC所钻煤层气井的基质渗透率都较偏低，一般都小于0.01×10-3um2；煤的裂隙网络均较发育，其各向异性对比明显，平行面裂隙网络方向的渗透率一般最大通常煤层气井的压裂是指的将裂隙网络沟通煤层渗透率与煤层埋深有着良好的关系相关关系随着埋深得增加，渗透率降低除深度对渗透率有影响外，地质构造也是增大渗透率的主要因素 储层粘土含量 在压裂液配方体系研究中，首先应考虑压裂液对煤层的伤害，尤其是针对低渗储层在实施压裂时，压裂液添加剂中的防膨剂及外观活性剂的优选相当重要，由于该煤储层粘土十足含量高，蒙脱石及伊利石的相对含量也高，且属低渗储层，粘土的膨胀与运移都会使渗透率急剧降低；同时，高分子表活剂的参与势必改善液体与煤的润湿吸附特性，使得液体吸附在煤固体外观，导致孔道堵塞由此，压裂液添加剂的优选及配方筛选应结合煤储层的物性，以使得压裂液侵入煤层后，尽可能的降低对煤层储层的伤害 试验测试工程 表/界面张力测定试验、煤粉吸附试验、煤芯片吸附试验、煤粉膨胀试验、动态伤害试验、耐温耐剪切及流变试验、静态滤失试验、破胶试验、残渣试验等 活性水压裂液 为了使煤层气井用压裂液能更适合煤储层的特性，对压裂液中各添加剂的优选变得尤为重要。

首先应尽可能裁减有机物的参与，活性水压裂液是重要选择之一由于煤是多孔物质，比外观积大，压裂液对煤基质的伤害主要是由于煤基质对液体吸附而引起的，所以在压裂液添加剂的优选时，不仅要考虑各添加剂的性能，还要研究添加剂水溶液与煤基质的吸附润湿特性、膨胀特性，伤害性能 对配液用水的要求 配制压裂液所需的水质应清洁通明，与压裂液用稠化剂可交联对配液用水举行了常规分析，其结果见表 表 配液用水常规分析 离子种类 浓度（mg/L） Na++K+ Ca2+ 8 57 Mg2+ 13 Cl- 11 SO42- HCO3- CO32- 40 200 0 OH- 0 总矿化度 319 外观活性剂水溶液的表/界面张力和吸附性能 活性水作为煤层压裂液，在我国己举行了屡屡煤层气的开发测验其施工排量大，用液最大，加砂量相对较少，但对煤层的污染较小针对以往活性水压裂液特点，重点对返排性能举行调整，并认为在较低温度(小于30℃)及压裂工艺所要求裂缝较短的处境下，使用活性水压裂液对上述配方，我们主要考察外观活性剂的性能，与常规油气藏不同的是，在煤层气井压裂中，不单要测验其表、界面张力，尤为重要的是要与储层的煤举行吸附润湿试验，以确定其是否起到助排作用。

由于假设煤储层对它的吸附要是很强的话，那么不但对储层造成膨胀伤害，最重要的是势必会造成压裂液中外观活性剂的有效成分裁减，对压裂液的返排不利，达不到助排效果，对储层的伤害会加大外观活性剂具有在低浓度时能吸附在两种互不相溶的物质外观之间的特性来降低两种互不相溶的物质(油与水)之间的作用力使压裂液轻易返排且更彻底，以裁减对储层的伤害在煤层 2 气井压裂中，助排剂的选择比油气井中助排剂的选择更重要，这是由于煤储层的特性抉择的由于无论是活性水和冻胶压裂液均需参与确定量的助排剂，且对于不同的储层特性，同种助排剂所起的作用差异较大不同外观活性剂水溶液的表/界面张力测量结果见表；煤粉吸附后的外观活性剂水溶液的表/界面张力测试结果见表 表 不同外观活性剂水溶液的表/界面张力 工程 浓度 （%） 0.1 活性剂 DL-10 D-50 OP ZA-5 24.6 28.7 31.7 25.1 外观张力，mN/m 0.15 21.3 28.7 31.8 24.9 0.20 20.0 29.0 32.1 25.0 0.30 18.7 29.1 31.9 24.7 0.1 1.90 6.10 3.00 0.29 界面张力，mN/m 0.15 1.10 2.40 2.50 0.17 0.20 0.88 2.26 2.40 0.13 0.30 0.77 1.72 1.23 0.10 从上述试验数据可知，四种外观活性剂均具有较好的表、界面张力。

单从表、界面张力看都能得志工艺设计得要求但针对煤储层，还得考虑吸附问题终究煤储层和油气藏储层有很大识别 表 某矿煤吸附后不同外观活性剂水溶液的表/界面张力 工程 浓度 （%） 0.1 活性剂 DL-10 D-50 OP ZA-5 27.6 36.5 44.0 33.0 外观张力，mN/m 0.15 23.5 33.1 37.3 27.5 0.20 22.0 31.2 35.0 25.0 0.30 19.2 31.0 33.5 25.1 0.1 2.81 7.69 5.03 2.78 界面张力，mN/m 0.15 2.72 4.31 3.89 2.36 0.20 1.96 3.49 2.89 1.81 0.30 1.40 2.10 2.20 1.35 从上面的数据可以看出，用煤浸泡后使得四种外观活性剂水溶液的表界面张力都有不同程度的升高，说明两种煤粉对它们有不同程度的吸附其中，两种煤粉对OP的吸附量最大，而对DL-10和ZA-5的吸附量相对来讲要小得多，它的水溶液表界面张力变化不是很大，从这一点来讲，外观活性剂DL-10和ZA-5对比适合 外观活性剂水溶液的润湿吸附性能 对于吸附速率，不同pH的清水与煤片的吸附速率为6.21；不同浓度的KCl水溶液与煤片的吸附速率为1-22.5；不同类型的助排剂，其水溶液与煤片的吸附速率不同，ZA-5为1-30，DL-10为1-3.4， OP为1-36，D-50为0.6-3.2。

同样说明，在水中参与不同的添加剂，其溶液与煤片的吸附速率发生了变更，总的来看：KCl和助排剂DL-10，D-50的参与降低了水溶液与煤片的吸附速率，使得水溶液更不易被煤片吸附；助排剂OP，ZA-5和活化剂CH-2的参与增大了水溶液与煤片的吸附速率，使得水溶液轻易被煤片吸附 活性水压裂液膨胀性研究 煤层储层中常存在粘士，当外来液体侵入时，会发生粘士的运移或膨胀，使得煤储层的渗透率明显下降由于不同储层的粘土含量、种类不同，粘土组成不同，为此，用NP-02型泥页岩膨胀仪测定了不同浓度KC1和A-25水溶液对某矿煤的线性膨胀量，测验结果见表 3 表 煤膨胀的测验结果 介质时间 （min） 10 20 30 40 60 80 100 120 140 煤与不同介质接触后的膨胀量 自来水 0.71 1.11 1.35 1.50 1.53 1.65 1.72 1.73 1.73 1.0 0.63 0.89 1.05 1.15 1.23 1.28 1.32 1.32 1.35 KCl水溶液，% 1.5 0.52 0.80 0.96 1.06 1.10 1.12 1.16 1.18 1.18 2.0 0.42 0.63 0.72 0.75 0.90 1.03 1.04 1.04 1.05 3.0 0.31 0.46 0.54 0.64 0.67 0.68 0.71 0.71 0.72 1.0 0.63 1.05 1.23 1.33 1.40 1.42 1.50 1.52 1.53 A-25水溶液，% 1.5 0.58 0.84 1.13 1.16 1.20 1.20 1.23 1.30 1.31 2.0 0.55 0.76 1.01 1.06 1.13 1.20 1.21 1.23 1.24 3.0 0.50 0.67 0.85 1.01 1.03 1.06 1.10 1.10 1.13 从试验结果看，对于不同粘土稳定剂的防膨才能不同，就其不同浓度的水溶液，其才能各不一致，KCl的防膨效果对比好。

针对这两种煤储层，防膨剂的含量应不同KCl中的K+离子能侵入到粘土硅氧周围体内，继而阻拦粘土膨胀，有效地稳定粘土国外研究说明，有机物对煤层的伤害较大，一般不宜选用综合考虑煤层储层的特殊性，KCl较为适合，并根据压裂。