壓力衰減法快速評價煤巖儲層工作液損害程度的方法

史 斌

(中海油能源發展工程技術分公司，天津 300452)

1 研究背景

煤巖儲層具有低孔低滲的特點，極易受到鉆井液、完井液、固井液及壓裂液等工作液的損害，且損害一旦形成將不同程度地影響煤層氣井產能。通過采用低傷害鉆完井液及壓裂液以降低煤層氣開發過程中的儲層損害，其中，工作液對煤儲層的滲透率損害程度是工作液儲層保護性能的主要技術指標。

目前，國內煤巖儲層損害評價主要采用常規儲層評價方法，即石油天然氣行業標準SY/T 6540(鉆井液完井液損害油層室內評價方法)對工作液進行評價，而煤巖儲層滲透率一般很低，測量低滲超低滲巖心的液體滲透率時，應用達西穩定流已不再適合，主要存在兩方面的問題：一是液體在低滲介質中的滲流存在非達西流動特征；二是巖樣滲透率很低時，需要很高的驅替壓差和很長的流速穩定時間，以滲透率為0.1×10-3μm2煤樣為例，在直徑2.54cm、長度5cm、流量1mL/min、驅替介質為水條件下，驅替壓差達到16MPa，流速達到穩定的時間超過6小時，致使測試效率極低。

目前采用非穩態法如氣體脈沖法，解決了煤巖儲層巖心滲透率測試難題，但是評價入井流體對儲層的損害程度，一般需要評價流動介質為液體(如地層水)的滲透率損害程率，而氣體脈沖法無法滿足。

為了解決上述技術問題，研究了一種壓力衰減法快速評價煤巖儲層工作液損害程度的方法，該方法基本能夠滿足工作液對煤巖儲層損害率的評價要求。

2 壓力衰減法快速評價煤巖儲層工作液損害程度的實驗流程及步驟

2.1 實驗流程及裝置

裝置主要包括巖心夾持器、圍壓泵、真空泵、平流泵、工作液中間容器、地層水中間容器、差壓計、圍壓表，實驗流程見圖1。

圖1 壓力衰減法快速評價煤巖儲層工作液損害程度實驗流程

2.2 實驗步驟

(1)鉆取煤心，抽真空并飽和目標地層的地層水；

(2)連接圖1的流程，將煤心放入巖心夾持器，并施加圍壓，抽真空；

(3)巖心夾持器注入目標地層的地層水，使夾持器的平衡壓力達到地層壓力；

(4)在平衡壓力基礎上，啟動平流泵增加附加壓力，該附加壓力值為平衡壓力值的10%左右；

(6)通過壓計記錄巖心夾持器兩端的瞬時壓差隨時間的變化；

(7)計算ln(初始壓差/瞬時壓差)與時間的擬合直線的斜率，按公式1計算：

(1)

式中：A1為ln(初始壓差/瞬時壓差)與時間的擬合直線的斜率，無量綱；ΔP01為初始壓差，MPa；ΔPt1為瞬時壓差，MPa；t1為瞬時壓差對應的時間，s。

(8)用平流泵向煤心恒壓3.5MPa驅替工作液2小時，對煤心進行模擬污染；

(9)重復步驟(3)～(6)，計算煤心污染后ln(初始壓差/瞬時壓差)與時間的擬合直線的斜率A2，按公式2計算：

(2)

式中：A2為煤心污染后ln(初始壓差/瞬時壓差)與時間的擬合直線的斜率；ΔP02為煤心污染后的初始壓差，MPa；ΔPt2為煤心污染后的瞬時壓差，MPa；t2為煤心污染后的瞬時壓差對應的時間，s；

(10)計算工作液對煤心的損害程度DL，按公式3計算：

(3)

式中：DL為損害率，%；A1為煤心污染前ln(初始壓差/瞬時壓差)與時間的擬合直線的斜率；A2為煤心污染后ln(初始壓差/瞬時壓差)與時間的擬合直線的斜率。

3 壓力衰減法快速評價煤巖儲層工作液損害程度應用

(1)山西壽陽七元礦區塊鉆井液體系損害評價

可降解聚合物體系是專為煤層氣井開發設計的一種鉆井液體系，具有易于破膠的性能，分別采用壓力衰減法和穩態法評價未破膠情況下鉆井液對煤巖的損害程度，結果顯示單一鉆井液體系對煤巖具有較高損害率，要求現場完井后增加破膠段塞，實驗數據見表1和表2。

表1 壓力衰減法評價可降解聚合物體系損害程度

表2 穩態法評價可降解聚合物體系損害程度

(2)山西壽陽七元礦區塊防煤粉低傷害壓裂液損害評價

防煤粉低傷害壓裂液體系是針對煤層氣井壓裂過程中產生的煤粉造成二次污染、影響壓裂效果的情況而設計的一套壓裂液，分辨采用壓力衰減法和穩態法評價了壓裂液對煤巖的損害程度，實驗數據見表3和表4。

表3 壓力衰減法評價防煤粉低傷害壓裂液體系損害程度

表4 穩態法評價防煤粉低傷害壓裂液體系損害程度

根據可降解聚合物體系和防煤粉低傷害壓裂液體系的評價結果，壓力衰減法評價煤巖工作液損害率與常規的穩態法評價結果相差不大。但是，壓力衰減法大幅提高了評價效率。

4 結論

(1)常規穩態法評價煤巖儲層工作液損害程度時間長、測試效率低，已不能滿足煤層氣開發工作液評價的要求。

(2)研究的壓力衰減法是一種非穩態評價方法，本方法通過煤巖工作液污染前后初始壓差/瞬時壓差的對數值與時間的擬合直線的斜率來確定煤巖儲層工作液的損害率。

(3)根據設計的實驗流程及步驟，分別采用壓力衰減法和穩態法評價了山西壽陽煤層氣區塊鉆井液及壓裂液體系的的損害程度，兩種方法的損害率測試結果接近。

(4)與常規方法相比，壓力衰減法測試效率大幅提高，適合待測樣品較多時的對比評價。

(5)壓力衰減法目前只能用于特低滲的非常規儲層工作液損害率評價，還不能用于滲透率參數的測試。

[1] 陳飛，池曉明，王祖文,等.煤巖儲層保護技術研究進展.中國煤層氣[J].2013，10(1)：26-30.

[2] 歐陽云麗,汪偉英,楊林江,等.特低滲透率的測定方法綜述.石油化工應用[J].2012，31(5).