壽陽區塊煤層氣井地層水配伍性及對煤層損害研究

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(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023) (中海油研究總院鉆采研究院，北京 100200) (長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

壽陽區塊煤層氣井地層水配伍性及對煤層損害研究

甘秀玉，劉書杰，張濱海，黃曉霞，岳前升

(長江大學化學與環境工程學院，湖北荊州434023) (中海油研究總院鉆采研究院，北京100200) (長江大學化學與環境工程學院，湖北荊州434023)

在煤層氣儲層損害研究中，往往忽視了煤層產出水(地層水)與地表水之間因不配伍產生的損害。分析了山西煤層氣壽陽區塊產出水和地表水的化學成分，利用飽和指數法、靜態結垢和動態結垢法評價了煤層產出水和地表水之間的配伍性。結果表明，煤層產出水屬NaHCO3水型，地表水屬Na2SO4水型，兩者混合不配伍，有結垢現象發生。地層水與地表水之間因不配伍產生的結垢對煤層造成的損害不容忽視，可以通過優選適宜的防垢劑來解除這種損害。

煤層氣；地層水；配伍性；結垢；煤層保護

我國煤層氣儲層普遍屬低滲至超低滲儲層，基于煤層自身的屬性，易受到外來工作液體的污染而發生煤層損害[1～12]。在煤層損害因素研究方面，對于前期鉆完井、壓裂等作業中所涉及到的鉆完井液、壓裂液等流體造成的煤層損害比較重視，而對于后期煤層氣井的洗井和改造作業中存在的煤層損害問題重視不夠甚至于忽視，尤其大劑量洗井作業時所涉及的外來水相與地層水之間的配伍性問題，這種不配伍造成的煤層損害同樣會降低煤層氣井的產能。壽陽區塊是中聯煤層氣有限責任公司最大自營區塊，包括南燕竹、七元礦和丹鳳區等，主力煤層為15#煤層。筆者通過化學方法分析了南燕竹、七元礦煤層氣井產出水和地表水成分，對地表水和煤層產出水之間的配伍性進行了研究。

1 水樣及分析方法

1.1水樣品

包括南燕竹6口井產出水、七元礦區3口井產出水、壽陽城區濱河地表水。

1.2分析方法

水樣化學成分分析方法參照石油天然氣行業標準《油氣田水分析方法》[13]，水樣混合后的結垢趨勢預測參照石油天然氣行業標準《油田水結垢趨勢預測》[14]，防垢劑優選參照石油天然氣行業標準《油田用防垢劑性能評定方法》[15]。

1.3巖心流動試驗

將現場15#煤層煤心用煤層產出水飽和并測產出水水相滲透率Kw，用地表水連續驅替巖心，并計算此時的地表水水相滲透率Kd和滲透率恢復值Kd/Kw。

2 結果分析與討論

2.1水樣化學成分分析

表1 壽陽區塊煤層氣井水樣水質分析匯總表

2.2地表水與煤層產出水結垢趨勢預測

以SYNY-189井和QYN1-12V井產出水分別代表壽陽區塊南燕竹和七元煤礦2個地方15#煤層產出水，用飽和指數法預測壽陽區塊煤層氣井產出水與地表水混合后的結垢趨勢。

飽和指數法是一種預測油田水結垢情況的方法，飽和指數SI的數學表達式為：

式中，SI為飽和指數；IAP為離子活度積；K為系數。

飽和指數SI>0，則表示有結垢趨勢；飽和指數SI<0，則表示無結垢趨勢。SYNY-189井和QYN1-12V井產出水與地表水以不同比例混配的結垢飽和指數SI的計算結果見表2和表3，地表水和地層水混合后存在產生CaCO3垢趨勢。

表2 SYNY-189井產出水與地表水以不同比例混配的結垢飽和指數SI(35℃)

表3 QYN1-12V井產出水與地表水以不同比例混配的結垢飽和指數SI(35℃)

2.3地表水與煤層產出水靜態結垢試驗

將2口井煤層產出水與地表水按不同體積比混合，在35℃放置24h后測定混合前后的鈣鎂離子變化，分析結垢程度，試驗結果見表4和表5。靜態結垢試驗結果與飽和指數法預測結果比較相符，存在結垢現象。2種水樣混合后鈣鎂損失率在2%～22%，生成垢量最大可達33.34mg/L，說明這2種水樣與地表水混合后存在明顯的CaCO3垢。

表4 SYNY-189井產出水與地表水不同比例混合后的結垢程度研究(35℃)

表5 QYN1-12V井產出水與地表水不同比例混合后的結垢程度研究(35℃)

2.4防垢劑優選試驗

防垢劑優選試驗參照石油天然氣行業標準SY/T5673-93《油田用防垢劑性能評價方法》[15]，采用成垢離子測定法，防垢率計算公式為：

式中，A為防垢率，%；V0為加熱試驗前測定混合水總Ca2+、Mg2+耗用EDTA體積，ml；V1為未加防垢劑時混合水加熱試驗后總Ca2+、Mg2+耗用EDTA體積，ml；V2為加防垢劑的混合水加熱試驗后總Ca2+、Mg2+耗用EDTA體積，ml。

QNY1-12V井水樣和地表水等體積混合結垢最嚴重，以此為基礎對防垢劑種類和加量進行優選，結果見圖1。從圖1可看出，防垢劑HEDP的防垢效果較好，在加量15mg/L時防垢率可達95%以上。

2.5巖心流動試驗

將煤心用QNY1-12V井產出水飽和，研究用地表水連續驅替不同孔隙體積(PV)時巖心滲透率恢復值的變化，結果見圖2。未添加防垢劑時，隨驅替體積不斷增加，巖心滲透率恢復值不斷下降，巖心滲透率損害比較明顯，而添加防垢劑時巖心滲透率恢復值幾乎在100%，說明通過添加防垢劑可以有效抑制因不配伍造成的煤層傷害。

圖1 不同種類和加量的防垢劑作用效果 圖2 巖心動態流動試驗

3 結論

1)煤層氣壽陽區塊產出水(地層水)和地表水有明顯差異，產出水礦化度和堿度均高于地表水；產出水屬NaHCO3水型，地表水屬Na2SO4水型。

2)飽和指數法、靜態和動態結垢試驗結果均表明地表水和產出水兩者混合后配伍性差，存在明顯結垢現象。

3)煤層巖心流動試驗結果證明，地表水和煤層氣產出水混合時產生的結垢現象會造成煤層損害，可以通過優選適宜的防垢劑來預防這種類型的儲層損害。

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[編輯]趙宏敏

2017-08-13

國家自然科學基金項目(51574040)；中海石油(中國)有限公司科技項目(YXKY-2016-ZY-08)。

甘秀玉(1993-),女，碩士生，現主要從事油氣田應用化學方面的研究工作。

岳前升(1973-)，男，博士，副教授，現主要從事鉆完井液與儲層保護方面的教學與研究工作，yueqiansheng@163.com。

引著格式甘秀玉,劉書杰，張濱海，等.壽陽區塊煤層氣井地層水配伍性及對煤層損害研究[J].長江大學學報(自科版)，2017,14(21)：24～26,35.

TE358

A

1673-1409(2017)21-0024-03