潜在敏感性矿物非粘土矿物.pdf

潜在敏感性矿物潜在敏感性矿物非粘土矿物非粘土矿物 菱铁矿菱铁矿 对煤岩气层的潜在损害为酸敏对煤岩气层的潜在损害为酸敏。。 黄铁矿黄铁矿对煤岩气层的潜在损害为酸敏对煤岩气层的潜在损害为酸敏。。 方解石方解石 方解石对煤岩气层的潜在损害为酸敏方解石对煤岩气层的潜在损害为酸敏。。 煤粉运移与潜在伤害煤粉运移与潜在伤害 煤岩性脆易碎煤岩性脆易碎，，压裂压裂 过程容易产生的煤粉过程容易产生的煤粉，，形形 成速敏及应力敏感损害成速敏及应力敏感损害。。 煤岩裂缝潜在伤害模式煤岩裂缝潜在伤害模式 裂 缝 裂缝通道应力降低 处理剂吸附 液相滞留 固相堵塞 工作液进行 应力敏感 裂缝通道应力增加 裂缝壁微裂缝张开 压裂液滤失 固相堵塞 水相圈闭 水饱和度增加 水相圈闭 以裂缝为中心以裂缝为中心，，水相圈闭水相圈闭、、应力敏感应力敏感、、吸附滞留和固相侵入等伤害需要引起重视吸附滞留和固相侵入等伤害需要引起重视。。 汇报提纲汇报提纲 汇报提纲汇报提纲 1 1、、前言前言 2 2、、煤岩储层潜在敏感伤害因素分析煤岩储层潜在敏感伤害因素分析 3 3、、煤岩储层敏感性流动实验评价煤岩储层敏感性流动实验评价 4 4、、实验方法探讨实验方法探讨 5 5、、结论结论 应力敏感产生机理应力敏感产生机理 煤储层原地受力分析示意图煤储层原地受力分析示意图 P有效＝P孔压－P回压 应力敏感实验受力分析应力敏感实验受力分析 J56基块 0 1 2 3 4 5 05101520 围压（MPa） 渗透率 （10-3μm2） 增压过程 降压过程 0 2 4 6 8 10 12 05101520 围压（MPa） 渗透率（10-3μm2） 围压增加 围压降低 （（J74）） 应力敏感实验结果应力敏感实验结果 J73（人造裂缝） 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 05101520 围压（MPa） 渗透率 （10-3μm 2） 增压过程 降压过程 J73 y -0.8174x 0.9432 R2 0.978 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.00.20.40.60.81.0 lgσ＇/σ* K/K*1/3 基基 块块 裂裂 缝缝 随有效应力增加渗透率不断降低随有效应力增加渗透率不断降低，，10MPa10MPa时渗透率为时渗透率为2MPa2MPa时的时的1/101/10左右左右。。 整体上应力敏感性程度为中整体上应力敏感性程度为中－－强强，，裂缝岩样的敏感性强于基块裂缝岩样的敏感性强于基块。。由此说明由此说明 煤岩的渗透率大小由裂缝决定煤岩的渗透率大小由裂缝决定，，且基质渗透率很低且基质渗透率很低；；在应力作用下在应力作用下，，煤岩渗煤岩渗 透率只能恢复透率只能恢复5 5％％～～1515％。％。 煤岩与砂岩应力敏感对比煤岩与砂岩应力敏感对比 /弱弱强强应力敏感程度应力敏感程度 /0.05～～0.30.75～～0.85应力敏感系数应力敏感系数 0.2～～0.3＜＜0.20.27～～0.4泊松比值泊松比值 1.6～～61.5～～60.3～～0.9杨氏模量杨氏模量（（106lb/in2）） 页岩页岩砂岩砂岩煤岩煤岩参数参数 砂岩应力敏感系数为砂岩应力敏感系数为0.050.05～～0.300.30，，煤岩应力敏感系数为煤岩应力敏感系数为0.750.75～～0.850.85，， 砂岩为弱应力敏感砂岩为弱应力敏感，，而煤岩为强应力敏感而煤岩为强应力敏感。。煤岩与砂岩应力敏感之间存在煤岩与砂岩应力敏感之间存在 差距主要是有其机械力学性质差距主要是有其机械力学性质，，孔隙结构孔隙结构，，埋藏深度埋藏深度，，压实作用等所决定压实作用等所决定 的的。。 煤岩与常规储层的对比煤岩与常规储层的对比 有效应力对裂缝宽度的影响有效应力对裂缝宽度的影响 33 f DKep Kf-裂缝渗透率裂缝渗透率；； e-裂缝宽度裂缝宽度；； J73 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 0369121518 有效应力（MPa） 裂缝宽度um J82 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 0369121518 有效应力（MPa） 裂缝宽度um 天然裂缝实验样品模型天然裂缝实验样品模型 随有效应力增加裂缝渗透率值不断降低随有效应力增加裂缝渗透率值不断降低，，裂缝宽度也趋于闭合裂缝宽度也趋于闭合，，在在2MPa2MPa下人工缝下人工缝 宽度为宽度为7.87.8～～1616m mm m，，在在10MPa10MPa下人工缝宽度为下人工缝宽度为2.62.6～～7.27.2m mm m。。 加载煤样微观图像分析加载煤样微观图像分析 2MPa 3MPa 5MPa 8MPa 10MPa 14MPa2MPa 3MPa 5MPa 8MPa 10MPa 14MPa2MPa 3MPa 5MPa 8MPa 10MPa 14MPa 32-1 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 0.00.20.40.60.81.01.2 沿裂缝位置（mm 裂缝宽度 μm 未加压 2MPa 3MPa 5MPa 8MPa 10MPa 14MPa 随有效应力增加随有效应力增加，，裂缝宽度不断降低裂缝宽度不断降低，，当有效应力大于当有效应力大于5MPa5MPa后后，，裂缝宽度闭合量裂缝宽度闭合量 大大降低大大降低，，为为0.1MPa0.1MPa未加压时平均宽度值的未加压时平均宽度值的1/41/4～～1/61/6。。这与前面应力敏感性实验中渗这与前面应力敏感性实验中渗 透率随有效应力变化的趋势是一致的透率随有效应力变化的趋势是一致的。。 煤岩速敏实验评价煤岩速敏实验评价 气体质量计气体质量计 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.0250.050.10.250.50.8 压力（MPa） 渗透率（ 10 -3 μm 2） J3 气体速敏气体速敏 0 20 40 60 80 100 120 0.00.51.01.52.02.53.03.5 Qml/min K10-3μ m2 J22 地层水速敏地层水速敏 随气体随气体（（地层水地层水））流速增加渗流速增加渗 透率增大透率增大，，不存在速敏不存在速敏，，渗透率变渗透率变 好可能与煤粉被带出好可能与煤粉被带出，，改善渗流通改善渗流通 道有关道有关。。 气体计量仪气体计量仪 煤岩水敏煤岩水敏、、碱敏实验评价碱敏实验评价 0 1 2 3 4 5 6 579111315 PH 值 渗透率（10-3μm2） J2 水敏水敏 气测渗透率损害率基本上在气测渗透率损害率基本上在 28.528.5～～29.1829.18之间之间，，水敏程度为弱水敏程度为弱。。 碱敏碱敏 临界临界pHpH值值渗透率伤害范围在渗透率伤害范围在 12.6512.65～～14.1414.14，，说明碱敏伤害较弱说明碱敏伤害较弱。。 不同不同KClKCl浓度伤害实验浓度伤害实验 样岩J11 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0100200300400500600700800 时间（min） 渗透率 （10-3um2） 初始地层水渗透率0.43510-3um2 伤害后地层水渗透率0.20410-3um2 伤害率53.1 浓度为浓度为11的的KClKCl溶液的损害溶液的损害 率较大率较大，，在在3030～～5353之间之间，，浓度浓度 为为22～～33的溶液伤害率基本上在的溶液伤害率基本上在 3030以下以下 。。 活性水伤害实验活性水伤害实验 伤害率12.4 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 050100150200250300 时间（min） 渗透率 （10 -3μm2） 初始地层水测渗透率0.187710-3μm2 伤害后地层水测渗透率0.164510-3μm2 伤害率14.7 0.00 0.05 0.10 0.15 050100150200250300 时间（min） 渗透率 （10 -3μm2） 初始地层水测渗透率0.116710-3μm2 伤害后地层水测渗透率0.099510-3μm2 活性水伤害伤害程度较小活性水伤害伤害程度较小，，伤害率都在伤害率都在1010～～2020之间之间，，最小伤害率为最小伤害率为11.811.8，， 最大伤害率为最大伤害率为19.819.8，，平均伤害率为平均伤害率为15.9515.95，，基本属于弱伤害基本属于弱伤害。。 气体返排渗透率恢复率气体返排渗透率恢复率 KCl和活性水气测渗透率恢复率在和活性水气测渗透率恢复率在61～～85之间之间，，活性水的恢复率较活性水的恢复率较KCl好好。。 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 020406080100120140 时间（min） 渗透率恢复率 （） 进口压力0.05MPa进口压力0.1MPa 进口压力0.3MPa进口压力0.5MPa 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 020406080100120140 时间（min） 渗透率恢复率 （） 进口压力0.05MPa进口压力0.1MPa 进口压力0.3MPa进口压力0.5MPa 清洁压裂液伤害及恢复实验清洁压裂液伤害及恢复实验 清洁压裂液气测渗透率损害率基本上小于清洁压裂液气测渗透率损害率基本上小于 3030％，％，气测渗透率恢复率为气测渗透率恢复率为7272。。 伤害率31.1 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 050100150200250300350400450500 时间（min） 渗透率 （ 10 -3 μm 2） 初始地层水测渗透率1.07510-3μm2 伤害后地层水测渗透率0.74110-3μm2 浸泡清洁压裂液3小时 伤害率29.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 050100150200250300350400450 时间（min） 渗透率 （10 -3μm2） 初始地层水测渗透率0.78310-3μm2 伤害后地层水测渗透率0.55610-3μm2 浸泡清洁压裂液3小时 J80-围压为2MPa 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0306090120 时间（min） 恢复率（） 进口压力为0.05MPa 进口压力为0.1MPa 进口压力为0.3MPa 进口压力为0.5MPa 压裂液动滤失实验压裂液动滤失实验 2619500.37738.3010-4活性水活性水J54 261950-2.418610.910-43KCL溶液溶液J49 2619500.50811.2210-4清洁压裂液清洁压裂液J9 2619500.66773.1110-4清洁压裂液清洁压裂液J8 斧体压力斧体压力 （（MPa）） 围压围压 （（MPa）） 线速度线速度 m/min）） 转速转速 r/min 初始滤失量初始滤失量 （（cm3/cm2）） 滤失系数滤失系数滤液类型滤液类型岩心岩心 J8清洁压裂液动滤失清洁压裂液动滤失 J49KCl溶液动滤失溶液动滤失 J54活性水动滤失活性水动滤失 各种工作液动滤失表明各种工作液动滤失表明，，清洁压裂液的滤失系数最小清洁压裂液的滤失系数最小，，前期滤失量没有明显大于后期滤失量前期滤失量没有明显大于后期滤失量，，这是由于这是由于 无论用活性水无论用活性水、、KCl溶液溶液、、清洁压裂液溶液清洁压裂液溶液，，动滤失过程中煤岩端面动滤失过程中煤岩端面，，都不易于形成滤饼都不易于形成滤饼，，滤失状态平稳滤失状态平稳 。。 压压 裂裂 液液 动动 态态 滤滤 失失 实实 验验 特特 征征 汇报提纲汇报提纲 汇报提纲汇报提纲 1 1、、前言前言 2 2、、煤岩储层潜在敏感伤害因素分析煤岩储层潜在敏感伤害因素分析 3 3、、煤岩储层敏感性流动实验评价煤岩储层敏感性流动实验评价 4 4、、实验方法探讨实验方法探讨 5 5、、结论结论 最大加载压力最大加载压力 应力敏感实验过程中应力敏感实验过程中，，当有效应力大于当有效应力大于10MPa后后，，继续加载压力继续加载压力，， 虽然渗透率变化幅度减小虽然渗透率变化幅度减小，，但绝对值已经很小但绝对值已经很小。。考虑到目前煤层气的开采考虑到目前煤层气的开采 深度深度，，煤岩应力敏感的最大有效应力为煤岩应力敏感的最大有效应力为10MPa。。 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2468101214161820 有效应力（MPa） 渗透率（10 -3μm2） 增压过程 降压过程 煤岩渗透率随有效应力变化规律煤岩渗透率随有效应力变化规律 受力时间对应力敏感的影响受力时间对应力敏感的影响 s 0.0000.0000.0000.0000.0000.0001.3701.3516.32920 0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.6131.2122.94115 0.0000.0000.0000.0000.0001.2531.4812.4101.42510 0.0000.0000.0000.0000.1590.1580.2771.4412.1345 0.0000.0000.0000.0000.0170.3440.7181.0311.1043 0.0000.0000.5231.0341.6371.6641.7001.6611.7462 18016014012010080604020 时间时间（（min）） （（MPa）） 1-Ki1/Ki 在一定有效应力作用下在一定有效应力作用下，，煤岩割理及孔喉被压缩煤岩割理及孔喉被压缩，，渗透率逐渐变小渗透率逐渐变小，，在时间足在时间足 够长的情况下够长的情况下，，渗透率变化极小渗透率变化极小。。有效应力越大有效应力越大，，煤岩越能快速压缩煤岩越能快速压缩，，变形时间越变形时间越 短短。。有效应力为有效应力为3MPa及及5MPa时时，，在在100分钟以后分钟以后，，渗透率几乎不再变化渗透率几乎不再变化，，变形基变形基 本结束本结束。。 受力时间对煤岩渗透率的影响受力时间对煤岩渗透率的影响（（增压过程增压过程）） 实验方法探讨实验方法探讨 目前煤层气开采深度超过目前煤层气开采深度超过600m，，煤岩所受的有效应力大概在煤岩所受的有效应力大概在6～～8 MPa左右左右。。 为了真实反应煤在原始地层中的受力情况为了真实反应煤在原始地层中的受力情况，，在做其他敏感性及工作液实验时在做其他敏感性及工作液实验时，，可以可以 考虑所加有效应力为考虑所加有效应力为6～～8MPa左右左右。。在有效应力在有效应力6MPa时时，，渗透率约是原始状态的渗透率约是原始状态的 10～～18，，还保持一定的渗流能力还保持一定的渗流能力，，便于实验中渗透率的测试便于实验中渗透率的测试。。 有效应力的选择依据有效应力的选择依据 有效应力有效应力6MPa的提出意义的提出意义 （（1））真实反映煤样在地层中的受力情况真实反映煤样在地层中的受力情况 ；； （（2））消除了应力敏感的影响消除了应力敏感的影响，，速敏速敏、、水敏水敏、、碱敏分析效果更准确碱敏分析效果更准确。。 实验方法探讨实验方法探讨 目前煤岩敏感性分析及室内试验都参照砂岩储层敏感性分析方法目前煤岩敏感性分析及室内试验都参照砂岩储层敏感性分析方法。。由于煤岩应由于煤岩应 力敏感性很强力敏感性很强，，室内分析试验过程室内分析试验过程，，排除应力敏感显得很重要排除应力敏感显得很重要。。而驱替压力则是煤而驱替压力则是煤 层增产施工后排水排液的重要参考层增产施工后排水排液的重要参考。。甲烷气从煤岩的解吸压力在甲烷气从煤岩的解吸压力在2MPa，，因此驱替因此驱替 压力的上限应该以脱附压力为准压力的上限应该以脱附压力为准，，这种过程所得实验结果参考价值更大这种过程所得实验结果参考价值更大。。 驱替压力选择依据驱替压力选择依据 定围压和驱替压力的意义定围压和驱替压力的意义 （（1））真实反映煤在地层中的受力情况及甲烷解吸真实反映煤在地层中的受力情况及甲烷解吸、、扩散扩散、、渗流等特性渗流等特性；； （（2））消除了煤岩应力敏感及驱替压力变化给实验结果造成的误差消除了煤岩应力敏感及驱替压力变化给实验结果造成的误差，，对入井对煤岩储对入井对煤岩储 层赞成伤害分析结果参考性更强层赞成伤害分析结果参考性更强。。 汇报提纲汇报提纲 汇报提纲汇报提纲 1 1、、前言前言 2 2、、煤岩储层潜在敏感伤害因素分析煤岩储层潜在敏感伤害因素分析 3 3、、煤岩储层敏感性流动实验评价煤岩储层敏感性流动实验评价 4 4、、实验方法探讨实验方法探讨 5 5、、结论结论 结论结论 煤岩中少量的粘土矿物会造成轻微的水敏煤岩中少量的粘土矿物会造成轻微的水敏、、速敏伤害速敏伤害。。 煤岩的伤害实验评价发现煤岩的伤害实验评价发现速敏速敏、、水敏后的伤害率较弱水敏后的伤害率较弱、、碱敏程度为弱碱敏程度为弱－－中等中等、、应应 力敏感伤害严重力敏感伤害严重。。 活性水活性水、、KCl溶液伤害实验表明溶液伤害实验表明，，相对于活性水与相对于活性水与KCl溶液而言溶液而言，，两者对储层的伤两者对储层的伤 害较小害较小，，伤害率为伤害率为4-31，，提高返排压差渗透率恢复率为提高返排压差渗透率恢复率为65-75。。 清洁压裂液的流变性会改善清洁压裂液的流变性会改善，，对岩心的伤害率也会随之降低对岩心的伤害率也会随之降低，，实验表明实验表明，，渗透率伤渗透率伤 害率为害率为95-97左右左右，，渗透率恢复率达到渗透率恢复率达到40-43。。破胶后的清洁压裂液渗透率伤害破胶后的清洁压裂液渗透率伤害 率为率为31左右左右，，恢复率达到恢复率达到72。。 煤岩应力敏感实验中煤岩应力敏感实验中，，最大加载压力最大加载压力，，时间对变形的影响时间对变形的影响；；敏感流动实验考虑有效敏感流动实验考虑有效 应力为应力为6MPa左右左右，，能消除应力敏感影响能消除应力敏感影响，，真实反映地层受力情况真实反映地层受力情况；；驱替压力的上限驱替压力的上限 最好小于最好小于2MPa。。