煤層氣采出水在壓裂液中的探索應用

劉 萍 管保山 梁 利 姜 偉

(中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北 065007)

煤層氣采出水在壓裂液中的探索應用

劉 萍 管保山 梁 利 姜 偉

(中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北 065007)

煤層氣開采過程中，需要采出大量的地層水來降低煤層壓力，滿足煤層解吸附的需求，而采出水再利用也是煤層氣經濟開發的關鍵因素之一。本文在分析寧武盆地某區塊采出水水質的基礎上，對采出水與壓裂液添加劑配伍性及利用采出水配制表面活性劑壓裂液性能進行實驗評價,實驗結果表明，采出水與壓裂液添加劑配伍性良好；利用采出水配制的壓裂液粘度穩定，攜砂性能良好；破膠徹底，對儲層傷害小。現場試驗兩口井，施工成功。

煤層氣 表面活性劑壓裂液 采出水

1 寧武盆地某井組采出水水質分析

根據SY/T 5523—2006《油田水分析方法》測定采出水中各種離子，具體結果見表1。

由表1結果可以看出：采出水中鉀鈉離子、氯離子、碳酸氫根離子的含量明顯高于通常使用的配液水，總礦化度是配液水的4到5倍，而對壓裂液性能影響較大的鈣鎂離子含量與配液水相當， pH為

表1 水質分析

7.0，為中性，水型均為碳酸氫鈉。

2 懸浮固相粒徑分布

采用激光粒度儀MicroTRACS3500測定采出水懸浮固相粒徑分布，結果見圖1。

圖1 采出水懸浮固相粒徑分布

由圖1可知，采出水懸浮固相粒徑大小主要集中4～30um。煤層屬特低滲氣藏，煤孔隙中過渡孔(10～100nm)和微孔(<10nm)所占比例最大，采出水如不經過處理直接注入地層會極大堵塞煤層孔隙，減少煤層氣滲流通道。

3 采出水處理方法

向煤層采出水中加入0.1%處理劑，該處理劑具有絮凝固相顆粒和螯合鈣鎂離子作用，靜置4小時后如圖2。

圖2 煤層氣采出水處理前后對比

圖3 采出水處理后懸浮固相粒徑分布

采出水經過處理并過濾后，水質澄清，與配液水的懸浮固相粒徑分布(圖3)幾乎沒有差別,表明處理后的采出水懸浮固相方面能夠滿足配液要求。該處理方法簡單、成本低，滿足煤層氣低成本高效開發模式的需求。

4 采出水配制表面活性劑壓裂液研究

4.1 采出水與各添加劑的配伍性

采出水與壓裂液各添加劑是否配伍會影響到壓裂液的性能與施工。由于采出水水質與以往的配液水不同，必須考慮與壓裂液各添加劑的配伍性。結果見表2。

采出水與配液水配制壓裂液性能一致，放置24h無沉淀和分層現象,表明添加劑與地層水配伍性良好。

4.2 采出水壓裂液性能

利用配液水和處理后采出水配制的液體基本性能結果見表3。

表2 配伍性能

表3 基本性能

圖4 耐溫耐剪切性能

利用RS6000流變儀測定液體耐溫耐剪切性能，剪切時間60min、溫度25℃，結果見圖4。

由上述實驗結果可知,利用采出水的壓裂液在25℃、170s-1剪切60min粘度還保持在19.2mPa·s,與配液水壓裂液的粘度19.45mPa·s 基本一致。

4.3 破膠性能

利用恒溫水浴，破膠方法按照SY/T 5107—2005執行, 破膠溫度為25℃、 30℃、 35℃， 破膠劑SF-C加量0.02%、 0.03%、 0.05%， 利用品氏毛細管粘度計測定不同時間破膠液粘度。 結果見表4。

表4 破膠性能試驗結果

破膠時間為1h至4h，粘度均小于5.0mPa·s。由破膠試驗可知,采出水壓裂液在不同溫度下加入不同的破膠劑量能實現徹底破膠。

4.4 傷害

使用動態濾失傷害裝置，分別評價配液水和采出水配制表面活性劑壓裂液破膠液對煤巖的傷害性能。先從煤巖正向通標準鹽水測定基準滲透率K1，然后從反向通破膠液對煤巖進行傷害固定時間，再從正向通標準鹽水測定傷害后滲透率K2。巖心傷害率(%)=(K1-K2)/K1×100%。

分別對山西吉縣地區5號煤和8號煤進行傷害實驗，實驗結果見表5。

表5 不同煤巖傷害實驗評價結果

兩種水質配成的壓裂液對5號傷害率有2%的差別，而對8號煤的傷害率僅有0.87%的差別。由此可見，利用采出水配制壓裂液對儲層的傷害相當。

5 現場應用

利用采出水配制的表面活性劑壓裂液在寧武盆地應用兩口井，設計與施工符合率100%。

W井是寧武盆地南部斜坡帶的一口評價井，該井太原組9號煤層厚度大，1193.1～1204.6m段電阻率有明顯的正差異，滲透性良好，視孔隙度13.3%，煤層的噸煤含氣量達15.5m3，破裂壓力梯度為2.96MPa/100m。。

該壓裂液體系在煤層氣的W井進行了現場應用。射孔井段為1196.0～1203.0m，厚度7.0m，孔密16孔/m。主壓裂施工排量7.0m3/min，地面施工壓力為23～35.7MPa，總液量757.22m3，總砂量52.76m3，凈液量725.57m3，施工過程見圖5。

圖5 W井施工曲線

該井大排量下施工平穩，最高砂比20%,平均砂比15%。表明該清潔壓裂液體系攜砂性能優良，壓后2小時返排，破膠液粘度僅3～5mPa·s，表明該體系破膠性能優良。

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(責任編輯 王一然)

Development and Application of Fracturing Fluid Based on Coalbed Methane Produced Water

LIU Ping,GUAN Baoshan,LIANG Li,JIANG Wei

(Research Institute of Petroleum Exploration and Development CNPC,Hebei 065007)

During the process of coalbed methane development,large amount of formation water was produced to reduce the formation pressure and meet the required desorption pressure. The recycling of produced water is one of the key factors for economic development of coalbed methane. In this paper,the produced water quality analysis of a block in Ningwu Basin are conducted,and the compatibility of produced water with fracturing fluid additives and the performance of the viscoelastic surfactant fracturing fluid prepared by produced water are evaluated. The experiments results suggest that,produced water has good compatibility with fracturing fluid additives,the viscoelastic surfactant fracturing fluid prepared by produced water presents good viscosity and good proppant carrying capacity,and its viscosity can break thoroughly which reduces the damage on formation. The viscoelastic surfactant fracturing fluid based on produced water has applied in two wells successfully.

Coalbed methane; viscoelastic surfactant fracturing fluid; produced water

國家重大專項《煤層氣完井與高效增產技術及裝備研制》項目(編號：2011ZX05037)資助

劉萍，女，主任，高級工程師，主要從事壓裂酸化工作液及添加劑的研究和現場應用工作。