酸性压裂液防治低渗煤层水锁损害实验研究

作者：胡千庭; 李晓旭; 陈强^*; 梁运培

来源：煤炭学报, 2022, 47(12): 4466-4481.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2022.0736

• 水锁
• 压裂液
• 毛管力
• 酸化
• 方解石
• 水力裂缝-基质界面
• 气相渗透率
• 煤层气

压裂液易渗吸进入煤基质，大幅增加水力裂缝-煤基质界面水饱和度，严重降低甲烷气体产出速率，为此防治水锁损害是提升煤层压裂改造效果的重要手段。以阜新盆地刘家区低煤阶煤层气富集区为研究背景，选用阜新组富含方解石(体积占比约4.5%)低渗煤样与质量分数6%乙酸溶液，测试了水相返排过程原煤样与酸化煤样气相渗透率变化规律，并结合扫描电镜、核磁共振岩心分析及CT成像，分析了方解石溶蚀对煤样渗流通道与毛管力影响。结果表明：(1)原煤样孔缝壁面倾向于强亲水，水相易渗吸侵入，加之煤基质储集空间以直径<100 nm的微、小孔隙为主，导致煤基质存在高毛管阻力，不利于渗吸水相返排，测试表明0.1,0.5 MPa气体驱替压差下仅少量水被返排出，滞留水饱和度大于90%,造成气相渗透率降低90%以上，当驱替压差增加至2.0 MPa(接近阜新组煤层最大返排压力梯度),部分煤样水锁损害率仍大于60%;(2)质量分数6%乙酸渗吸流动过程能够有效解除方解石对天然裂缝的充填堵塞，使煤岩心内部形成低毛管力、高渗透率的裂缝性酸溶蚀通道，为此0.1,0.5 MPa气体驱替压差即可有效返排主要渗流通道中的渗吸水相，返排过程气体渗透率达(6.9～82.3)×10-15 m2,较酸化前增加10～79倍，有效实现了防水锁与增渗目的；(3)借助酸溶蚀孔缝扩展延伸数值模拟、岩心柱尺度渗流实验等评估结果，优化压裂液中乙酸浓度、酸化溶蚀时间，适量解除方解石对煤层裂缝的充填堵塞，在煤层水锁损害带形成数量合理的低毛管力、高渗透率的裂缝性渗流通道，可最大程度防治水力裂缝-基质界面水锁损害，并降低酸溶蚀对煤体强度及煤粉运移影响。对于富含方解石的低渗煤层，采用乙酸改性的活性水压裂液，既可防治压裂液渗吸诱发的水锁损害，又不污染、破坏煤质，有利于煤层气抽采后煤炭绿色开采。

• 单位
  重庆大学; 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室