煤岩储层酸化改造可行性研究

龚 伟，李 鸘，宋军政，邓元洲

（1.中石油西南油气田分公司重庆气矿，重庆大石坝 400061；2.中石油西南油气田分公司金秋项目部，四川成都 610051；3.中石油川庆钻探工程公司钻采工程研究院，四川德阳 618300）

煤岩储层中发育着大量的孔隙和天然裂缝，是典型的双重介质结构。煤层气以吸附状态赋存于基质内壁中，当储层压力下降到临界压力以下时，煤层气开始有吸附态转为游离态，割理（天然裂缝）是煤层气的主要渗流通道。然而，学者[1-4]通过研究发现尽管煤岩中的内生裂隙没有完全闭合，但往往被方解石等岩石矿物所充填，使得储层的渗透率非常低，严重制约煤层气的排采效果。酸化增产技术广泛应用于低渗油气藏，但在煤层气领域还处于探索阶段。2012 年，赵文秀[5]对酸化技术清除煤层矿物质进行了初探，提出将酸化技术应用于清除煤层矿物质是有价值的，并且有待开展更深入、更广泛地研究。

1 煤岩储层潜在酸化改造矿物成分

煤中含有多种矿物质，主要为粘土类矿物、硫化物矿物、氧化物矿物和碳酸岩类矿物。碳酸盐类矿物（如方解石，菱铁矿）是潜在的酸化改造对象，方解石以充填裂隙为主（包括内生，构造裂）。在煤样标本上，经常可见裂隙为方解石所完全充填，但破裂时依然顺裂缝延伸。扫描电镜分析知（见图1），方解石晶间隙不发育，具两组解理。煤样裂隙被方解石部分充填或完全充填，是造成煤岩储层孔道连通性差、渗透率低的主要原因，但对煤层稳定起到积极作用。

图1 煤层球状方解石

菱铁矿（FeCO3）是另一种常见碳酸盐矿物，多出现在矿化煤中，呈结核状或分散晶粒状（见图2）。碳酸盐矿物由于富含钙、镁、铁等离子，在盐酸酸化和土酸酸化过程中可能产生二次沉淀堵塞喉道，造成储层损害。

图2 煤层间蜂窝状菱铁矿

黄铁矿具分布普遍，含量高的特点，黄铁矿的产状有：细粒镶嵌散布于有机质中，晶体直径可达1 mm，呈浸染状和薄层状，仅在部分组分内发育，扫描电镜下观察，黄铁矿呈草莓集合体，充填溶孔，晶形好（见图3）。黄铁矿的存在，使煤岩的比重增加，强度提高，因黄铁矿充填丝质组的微孔，各类气孔而使煤岩的孔隙度降低。由于富含铁离子，黄铁矿具有可酸化性。

图3 煤层中粒状黄铁矿

2 酸敏评价实验仪器及流程

酸敏评价实验装置采用仪器如下：高温、高压多功能酸化流动仪、干燥器、温度计、电子天平、计时秒表、造沫流量计、氮气瓶。酸敏实验评价程序如下：

（1）用地层水饱和岩心24 h，正向测定酸处理前的液体渗透率。

（2）反向注入0.5～1.0 倍孔隙体积的10 % HCl，停驱替泵，让岩心与酸反应6 个小时。

（3）开驱替泵正向驱替，注入地层水，连续驱替，累积驱替量达到10～15 倍体积，连续测定pH 和渗透率，直到pH 和渗透率稳定为止，停止实验。

根据国家天然气行业标准中对酸敏性评价指标的划分判断煤岩的酸敏性程度，酸敏指数用下式计算：

式中：DK－水敏指数；Ki－15 %的HCl 溶液条件下测定的岩样渗透率，×10-3μm2；Ki－1-5 %KCl 溶液岩样渗透率，×10-3μm2。

具体酸敏程度评价标准（见表1）。

3 实验结果

实验用的四块岩心的原始参数表（见表2）。

表1 酸敏性评价指标

表2 岩心原始参数表

计算酸敏指数（见表3）。

表3 岩心酸敏实验评价结果

酸敏实验前后渗透率变化情况（见图4～8）。实验结果表明：岩样具有一定的酸溶性，酸液对煤心伤害后，渗透率得到明显改善。

图4 煤样1 酸敏实验曲线

图5 煤样2 酸敏实验曲线

图6 煤样3 酸敏实验曲线

图7 煤样4 酸敏实验曲线

4 结论

（1）煤岩中发育着大量的天然裂缝，这些裂缝主要被碳酸盐类矿物（如方解石，菱铁矿等）等充填，导致煤岩渗透率极低。

（2）方解石、菱铁矿等碳酸盐类矿物具有一定酸溶性，酸化后煤岩渗透率可提高3～4 倍。

（3）煤岩储层的酸化改造具有一定可行性，但未来还需继续广泛、深入研究，进而更好的指导现场生产实践。

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