压力衰减法快速评价煤岩储层工作液损害程度的方法

史 斌

(中海油能源发展工程技术分公司，天津 300452)

1 研究背景

煤岩储层具有低孔低渗的特点，极易受到钻井液、完井液、固井液及压裂液等工作液的损害，且损害一旦形成将不同程度地影响煤层气井产能。通过采用低伤害钻完井液及压裂液以降低煤层气开发过程中的储层损害，其中，工作液对煤储层的渗透率损害程度是工作液储层保护性能的主要技术指标。

目前，国内煤岩储层损害评价主要采用常规储层评价方法，即石油天然气行业标准SY/T 6540(钻井液完井液损害油层室内评价方法)对工作液进行评价，而煤岩储层渗透率一般很低，测量低渗超低渗岩心的液体渗透率时，应用达西稳定流已不再适合，主要存在两方面的问题：一是液体在低渗介质中的渗流存在非达西流动特征；二是岩样渗透率很低时，需要很高的驱替压差和很长的流速稳定时间，以渗透率为0.1×10-3μm2煤样为例，在直径2.54cm、长度5cm、流量1mL/min、驱替介质为水条件下，驱替压差达到16MPa，流速达到稳定的时间超过6小时，致使测试效率极低。

目前采用非稳态法如气体脉冲法，解决了煤岩储层岩心渗透率测试难题，但是评价入井流体对储层的损害程度，一般需要评价流动介质为液体(如地层水)的渗透率损害程率，而气体脉冲法无法满足。

为了解决上述技术问题，研究了一种压力衰减法快速评价煤岩储层工作液损害程度的方法，该方法基本能够满足工作液对煤岩储层损害率的评价要求。

2 压力衰减法快速评价煤岩储层工作液损害程度的实验流程及步骤

2.1 实验流程及装置

装置主要包括岩心夹持器、围压泵、真空泵、平流泵、工作液中间容器、地层水中间容器、差压计、围压表，实验流程见图1。

图1 压力衰减法快速评价煤岩储层工作液损害程度实验流程

2.2 实验步骤

(1)钻取煤心，抽真空并饱和目标地层的地层水；

(2)连接图1的流程，将煤心放入岩心夹持器，并施加围压，抽真空；

(3)岩心夹持器注入目标地层的地层水，使夹持器的平衡压力达到地层压力；

(4)在平衡压力基础上，启动平流泵增加附加压力，该附加压力值为平衡压力值的10%左右；

(6)通过压计记录岩心夹持器两端的瞬时压差随时间的变化；

(7)计算ln(初始压差/瞬时压差)与时间的拟合直线的斜率，按公式1计算：

(1)

式中：A1为ln(初始压差/瞬时压差)与时间的拟合直线的斜率，无量纲；ΔP01为初始压差，MPa；ΔPt1为瞬时压差，MPa；t1为瞬时压差对应的时间，s。

(8)用平流泵向煤心恒压3.5MPa驱替工作液2小时，对煤心进行模拟污染；

(9)重复步骤(3)～(6)，计算煤心污染后ln(初始压差/瞬时压差)与时间的拟合直线的斜率A2，按公式2计算：

(2)

式中：A2为煤心污染后ln(初始压差/瞬时压差)与时间的拟合直线的斜率；ΔP02为煤心污染后的初始压差，MPa；ΔPt2为煤心污染后的瞬时压差，MPa；t2为煤心污染后的瞬时压差对应的时间，s；

(10)计算工作液对煤心的损害程度DL，按公式3计算：

(3)

式中：DL为损害率，%；A1为煤心污染前ln(初始压差/瞬时压差)与时间的拟合直线的斜率；A2为煤心污染后ln(初始压差/瞬时压差)与时间的拟合直线的斜率。

3 压力衰减法快速评价煤岩储层工作液损害程度应用

(1)山西寿阳七元矿区块钻井液体系损害评价

可降解聚合物体系是专为煤层气井开发设计的一种钻井液体系，具有易于破胶的性能，分别采用压力衰减法和稳态法评价未破胶情况下钻井液对煤岩的损害程度，结果显示单一钻井液体系对煤岩具有较高损害率，要求现场完井后增加破胶段塞，实验数据见表1和表2。

表1 压力衰减法评价可降解聚合物体系损害程度

表2 稳态法评价可降解聚合物体系损害程度

(2)山西寿阳七元矿区块防煤粉低伤害压裂液损害评价

防煤粉低伤害压裂液体系是针对煤层气井压裂过程中产生的煤粉造成二次污染、影响压裂效果的情况而设计的一套压裂液，分辨采用压力衰减法和稳态法评价了压裂液对煤岩的损害程度，实验数据见表3和表4。

表3 压力衰减法评价防煤粉低伤害压裂液体系损害程度

表4 稳态法评价防煤粉低伤害压裂液体系损害程度

根据可降解聚合物体系和防煤粉低伤害压裂液体系的评价结果，压力衰减法评价煤岩工作液损害率与常规的稳态法评价结果相差不大。但是，压力衰减法大幅提高了评价效率。

4 结论

(1)常规稳态法评价煤岩储层工作液损害程度时间长、测试效率低，已不能满足煤层气开发工作液评价的要求。

(2)研究的压力衰减法是一种非稳态评价方法，本方法通过煤岩工作液污染前后初始压差/瞬时压差的对数值与时间的拟合直线的斜率来确定煤岩储层工作液的损害率。

(3)根据设计的实验流程及步骤，分别采用压力衰减法和稳态法评价了山西寿阳煤层气区块钻井液及压裂液体系的的损害程度，两种方法的损害率测试结果接近。

(4)与常规方法相比，压力衰减法测试效率大幅提高，适合待测样品较多时的对比评价。

(5)压力衰减法目前只能用于特低渗的非常规储层工作液损害率评价，还不能用于渗透率参数的测试。

[1] 陈飞，池晓明，王祖文,等.煤岩储层保护技术研究进展.中国煤层气[J].2013，10(1)：26-30.

[2] 欧阳云丽,汪伟英,杨林江,等.特低渗透率的测定方法综述.石油化工应用[J].2012，31(5).