柳林地区煤层压裂液伤害评价及应用

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%。     

煤层气井用非离子聚丙烯酰胺锆冻胶压裂液优选

活性水、瓜胶压裂液是国内煤层气井压裂最常用的压裂液,但活性水压裂液流变性能差,瓜胶压裂液破胶残渣含量高对煤层的伤害大,限制了这两类压裂液在煤层压裂中的应用。为此,针对煤层温度和渗透率低的特点,在分析影响锆冻胶压裂液性能因素的基础上,优选出了适用于煤层气井压裂的非离子型聚丙烯酰胺锆冻胶压裂液配方(0.400%PAM+0.035%ZrOCl2)。通过室内试验对优选出的非离子型聚丙烯酰胺锆冻胶压裂液的性能进行了评价,结果表明,该压裂液具有耐剪切、滤失量低、易破胶、携砂性能好、无残渣、对煤层伤害低、易返排的特点,适用于低温煤层压裂。      

压裂液对宝浪低孔低渗储层伤害因素的研究

实验考察了压裂液对岩心膨胀及润湿吸附性的影响、压裂液浸泡对岩心的影响、压裂液矿化度和pH值以及压裂液破胶液粘度对储层伤害率的影响,结果表明,造成储层伤害的主要因素为：储层毛管阻力高,对水的润湿吸附严重,造成水锁伤害;压裂液在储层滞留时间长,岩心浸泡后粘土微粒运移对孔道伤害;压裂液破胶不彻底,当压裂液的破胶液粘度大于7 mPa·s时会造成储层的渗透率明显降低。不适当的压裂液矿化度和pH值也会对储层造成较大伤害,则压裂液KCl加量应大于2%,压裂液的破胶液和滤液pH值应小于11。     

不同压裂液对煤岩渗透率伤害实验评价初探

煤岩储层增产措施中,压裂是重要的手段。不同压裂液对煤岩渗透率会造成不同程度的伤害。本文采用活性水、KCl溶液及破胶前后的清洁压裂液对煤岩渗透率伤害进行了室内评价。从实验结果可以看出,活性水和KCl溶液对煤岩伤害程度很小,属于弱伤害;未破胶的清洁压裂液对煤岩渗透率伤害很大;相比而言破胶后的清洁压裂液对煤岩渗透率伤害明显减小。从返排恢复结果可知,KCl溶液和活性水伤害过的煤岩渗透率恢复较好,未破胶的煤岩渗透率恢复较慢,破胶后的清洁压裂液渗透率恢复较好。从而为煤岩储层增产技术中压裂液体系选择提供理论依据。     

建南致密砂岩气藏压裂液伤害主控因素

实验测定了建南致密砂岩油气藏羧甲基羟丙基瓜胶压裂液、低聚物压裂液和羟丙基瓜胶压裂液3种压裂液破胶后的黏度、表面张力及残渣含量,发现3种压裂液破胶后的性能参数存在一定的差异。通过测试不同压裂液体系对岩心的总伤害率和基质伤害率并计算出了水锁伤害率,发现岩心的水锁伤害率（65%~80%）远大于基质伤害率（5%~15%）,水锁伤害才是降低储层渗透率的主要伤害来源;且岩心基质伤害率和水锁伤害率不仅与压裂液的性能参数有一定的关系,还与岩心渗透率和岩性存在一定的关系。通过分解实验法逐步分析测定了这些因素对压裂液伤害的影响后得出,压裂液的残渣含量是影响基质伤害的主控因素;岩心渗透率是影响水锁伤害的主控因素。通过解水锁实验发现,严重水锁的岩心通过相应的解水锁措施后,岩心渗透率恢复值高达70以上,说明通过相应措施确实能减小水锁伤害。      

压裂液伤害性研究

文章对油田使用的3种压裂液（羟丙基瓜胶、聚合物及表面活性剂）产生的二次地层伤害进行评定，通过吸附实验、固体残渣测定及岩心流动实验，定量和定性地说明了３种压裂液对地层的伤害。结果表明：增稠剂CTAB和聚合物KTU在４种吸附剂上的吸附量大小顺序为蒙脱土＞高岭土＞岩心砂＞石英砂，而阳离子表面活性剂在高岭土和蒙脱土上的吸附量均高于KTU；清洁压裂液对地层的伤害最小，损害率为12.5%， 聚合物压裂液次之，为35%，而瓜胶压裂液伤害最大达到43.7% ；瓜胶压裂液破胶后在地层的残余量最大，为333.3 mg/Ｌ，清洁压裂液和聚合物压裂液几乎没有残渣。通过膨胀性测试可以看出，清洁压裂液的粘土防膨性能最佳，粘土膨胀率仅有5.7%；聚合物压裂液次之，为9.47%；瓜胶压裂液最差，为43.54%。     

缔合非交联压裂液储层伤害特征

高尚堡深层为低渗透油藏,以大孔细喉以主,微结构杂基含量高,易造成微粒运移损害。笔者开展了缔合非交联压裂液伤害特征分析,稠化剂粘均分子量为380×104,是具有长链疏水基团的聚丙烯酰胺类高分子化合物。破胶液粘度对基质渗透率伤害影响较大,破胶液表观粘度为2.71 mPa · s时,基质伤害率为28.75%;破胶液表观粘度为29.6 mPa · s时,对基质伤害率为51.9%。返排12 h后,基质渗透率下降15%~20%,说明该储层易造成颗粒运移伤害。核磁共振、压汞实验表明高分子聚合物主要堵塞对渗透率贡献值较大的孔喉（半径为2~9 μm）。扫描电镜实验表明残胶中的聚合物呈粒状、絮状,吸附滞留在岩石、粘土颗粒表面造成大吼喉数量减少,并且残渣及残胶相互缠结集中在岩芯入口端,远端逐渐减少,说明压裂液对储层的伤害主要集中在近井地带。综合研究认为,该体系不是完全清洁压裂液,宜在压裂液配方中关注彻底破胶性能和降低稠化剂的分子量。     

煤层气井用压裂液研究及应用

根据煤岩储层的特点,介绍了煤层压裂液添加剂的优选和压裂液的常规分析方法,并推荐了两种压裂液,即活性水压裂液和冻胶压裂液,现场应用表明,活性水压裂液对煤层污染较小,适合较低温度（小于30℃）及压裂工艺所要求裂缝较短的情况,冻胶压皮具有一定的耐剪切性,较好的流变性,滤失性及破胶性等,这两种压裂液加砂量均达到了设计要求,满足了工艺需要,施工成功率达100％,压裂后提高了产气量和产液量。     

应用核磁共振技术研究低渗储层压裂液伤害

开展压裂液伤害性研究对于低渗透储层压裂开发具有重要的指导意义。结合低磁场核磁共振岩心分析技术和常规岩心流动实验方法,深入研究了低渗储层压裂过程中压裂液的水锁伤害、固体残渣堵塞伤害以及敏感性伤害。实验结果表明:岩心由于可动孔隙中水相滞留引起的水锁平均伤害率为23.4%;由于压裂液破胶形成的固体残渣堵塞对储层的平均伤害率高达66.1%,且储层越致密,孔喉越细小,伤害程度越高;同时对于水敏或碱敏严重的储层,通过优化压裂液配方,可将由于储层敏感性所导致的伤害率降至10%以下。利用核磁共振横向弛豫时间(T2)谱分析技术,实现了储层伤害的微观定量描述,并首次建立了与宏观渗透率伤害率的联系。     

压裂液破胶液对低渗储层伤害机理研究

通过2种压裂液破胶液的岩心伤害、胶团粒径、分子质量、吸附性能等评价,研究了压裂液破胶液对低渗储层伤害的机理。实验结果表明：胍胶压裂液破胶液在未切除和切除10 mm后的岩心损害率分别为27.3%和4.5%,并在岩心端面观察到大量固相残留物;胍胶压裂液破胶液胶团粒径较大,难以进入岩心深部,伤害主要由岩心端面的滤饼引起。聚合物压裂液破胶液在未切除和切除10 mm后的岩心损害率分别为22.2%和15%,在岩心端面和深部均观察到固相残留物;聚合物压裂液破胶液胶团平均粒径较小,易进入岩心深部,在孔喉处吸附滞留,造成低渗储层深部伤害。     

致密煤岩气藏压裂液损害实验评价

致密煤岩气藏必须采取增产改造措施才能获得经济产量。部分煤层气井在压裂施工后,未达到理想产量,主要原因之一是压裂液对储层的损害。国内外开展压裂液对煤岩储层损害评价时,多采用煤粉压制的人造岩心,不能真实反映煤岩储层天然结构特性。文中以宁武盆地致密煤岩为研究对象,钻取柱状煤岩样品,开展了盐敏和压裂液损害评价实验。盐敏实验确定实验用KCl溶液的质量分数为1%。压裂液损害实验表明,活性水压裂液、清洁压裂液A、离子平衡压裂液的平均损害程度分别为46.61%,39.12%,85.42%,煤样与这3种压裂液作用后接触角减小、亲水性增强、压裂液返排困难;而弱酸性清洁压裂液B使煤样渗透率平均提高了46.57%,亲水性减弱。综合分析认为,损害煤岩储层的主要机理是亲水性压裂液吸附导致的煤岩基质膨胀。该研究方法及获得的认识对致密煤岩气藏压裂液设计具有借鉴意义。     

晋城亚行煤层气井水力压裂技术研究

项目区位于晋城无烟煤集团寺河煤矿预备采煤区,地面上已钻煤层气井100口。通过对该项目煤层气井区块地质情况、煤层性质、水力压裂施工入井材料以及施工工艺技术的研究,初步形成了一套适合晋城无烟煤煤层气井压裂施工的工艺技术。该项目100口井的压裂施工,加砂率达100%的占压裂总井数的94.9%,加砂率少于90%的只有2口井。压裂施工后有11口井自喷,排采后平均单井产量超过3 000 m3,取得了较好的施工效果。     

悬浮煤粉低伤害压裂液体系研究与应用

为了提高煤层气储层改造效果,针对煤层气井在开发过程中产出煤粉并对储层造成伤害等问题,采用正交实验优化配方的方法,开展室内实验研究优化悬浮煤粉的压裂液体系配方,并进行现场试验等方面工作。研究结果表明,采用0.2%g+0.2%b+0.1%FP-2复配悬浮剂配方,对煤粉的悬浮率达到27.33%,采用2%KCl作为防膨剂,防膨率为87.05%,采用0.1%浓度助排剂,体系表面张力为23.21 mN/m,体系对煤岩基质岩心伤害率为17.60%。通过现场应用,提高了山西柳林区块煤层气储层压裂改造效果,初期日产气量增加24.5%,平均累产增加27.6%,平均改造有效周期延长18.4%。该研究可以为煤层气开发中压裂投产提供强有力技术保障。     

煤层气复杂结构井可降解钻井完井液实验

为了解决煤层气复杂结构井钻井过程中钻井安全与煤层保护的矛盾,研制了可降解的钻井完井液,分析了其常规性能和降解性能,并分别采用解吸率法和渗透率恢复率法评价了钻井完井液对煤层解吸能力和渗流能力的保护效果.通过室内实验优选了适用于复杂结构井的可降解钻井完井液中的增黏剂、降失水剂和降解剂,并确定了钻井完井液的配方.钻井完井液各项常规性能良好,可有效携岩和保护井壁.钻井完井液具有良好的降解性能:加入浓度为2.0%~4.0%的降解剂后,3 h内降解率可达85%以上;降解完成后固相残渣少.钻井完井液可以有效保护煤层解吸能力和渗流能力:具有和清水一样良好的煤层解吸能力保护效果;煤样在不同返排压差下的渗透率恢复率均在60%以上,最高可达100%左右,且渗透率恢复率随着返排压差的增大而增大.图2表7参11     

山西省柳林县杨家坪煤层气储集层物性及勘探开发潜力

为了证实山西省柳林县杨家坪煤层气试验区煤层气勘探开发潜力，对该区主要煤层的重要储集层物性参数（煤层割理、孔隙度、渗透率）进行观测和实验分析，对比实验与生产数据，并对影响煤层气开发潜力的重要参数（煤层含气量、含气饱和度、吸附与解吸时间）进行实验研究。结果表明：该区煤层气储集层以基质孔隙为主，煤层渗透率变化比较大，主要煤层渗透率偏低；但煤层割理较发育，割理主导方位受区域构造控制，以不规则网状为主，大部分处于开启状态，渗透能力较好。该区主要煤层的含气量都较高，接近于饱和含气，所以勘探潜力较好；由于解吸时间短，故具有良好的开采条件。煤层气井的生产状况也证实了其较为巨大的开发潜力。图10表10参15     

清洁压裂液在煤层气井压裂中的应用

清洁压裂液自1997年首次被斯伦贝谢公司研制出以来，已经在国内外油气井的压裂改造中取得了良好的效果。由于清洁压裂液易于彻底破胶、流变性好、携砂能力强，可以提高压裂规模且对地层伤害较小，中联煤层气有限责任公司在陕西省韩城地区选用清洁压裂液对煤层进行了压裂试验，共压裂3口井、8层煤层，施工成功率100%，并取得了良好的压裂效果，压完后的火把高度2～4 m，平均砂比均在30%以上，最高单层加砂68 m³，压后放喷液显示完全破胶（未添加任何破胶剂），放喷初期黏度一般低于10 mPa·s，放喷4 ｈ后黏度均低于5 mPa·s。此次清洁压裂液成功应用于煤层压裂改造在国内外尚属首次，为大规模改造煤层同时尽量降低煤层伤害提供了一条新的途径，文章对清洁压裂液及煤层特点所做的室内研究情况及现场应用情况进行了详细的介绍。     

注二氧化碳提高煤层气采收率实验系统设计

针对我国煤层气开发中存在的产气率低、回采周期长的问题以及CO2排放量大、污染环境严重等现象,研制了一套可以进行煤层气吸附／解吸性能评价及注CO2开采煤层气模拟的实验系统。利用该系统开展了不同气体在煤岩中的吸附／解吸性能评价研究和注CO2开采煤层气效果实验研究。实验结果表明,CO2在煤岩中的吸附量明显高于CH4的吸附量;与自然降压开采相比,注CO2可以提高煤层气的采收率,提高幅度在10％以上。而且随CO2注入量的增加,煤层气采收率增大。     

多元改性速溶胍胶压裂液研究与应用

为克服传统胍胶压裂液溶胀速度慢、现场配制时间长、破胶后残渣含量高等缺点,研制了一种多元改性速溶胍胶压裂液.在清水中加入一定量的羧甲基和羟丙基双改性胍胶及杀菌剂、黏土稳定剂、交联剂等处理剂,配制得到多元改性速溶胍胶压裂液.室内试验表明,该压裂液溶胀速率快,1 min溶胀率已达到3 min溶胀率的94.7%,溶胀速度较羟丙基速溶胍胶压裂液提高了18.75%;水不溶物含量极少,较羟丙基速溶胍胶压裂液降低了88.46%;破胶后的残渣含量降低超过71.0%,对支撑剂导流能力的伤害降低了62.0%,对岩心渗透率的伤害降低了53.8%,其综合性能达到现场施工要求.现场应用表明,多元速溶改性胍胶压裂液能够满足大规模水平井压裂施工的要求,并能为低渗透、特低渗透储层的有效开发提供技术支撑.      

沁南潘河煤层气田煤层气直井增产改造技术

〗沁水盆地南部潘河煤层气田3^#煤层和15^#煤层的煤阶属于无烟煤,储层具有低压、低孔隙度、低渗透率的特点,煤层气井压裂前基本不产气。水力加砂压裂是该地区进行煤层气勘探开发的关键技术之一。针对该区低压致密煤层气藏的储层地质特点,通过近年来的攻关研究和现场试验,提出了经对比后效果最佳的压裂工艺技术方案--氮气泡沫压裂,大大提高了压裂改造效果,初步形成了该地区低压致密煤层气藏压裂工艺体系。应用结果表明：无烟煤煤层气增产措施增产量排序为氮气泡沫压裂＞活性水加砂压裂＞清水+氮气压裂或清水压裂;在压裂正常的情况下,前置液量大、携砂液量大,总液量在400 m³以上的压裂增产效果更好。