酸性压裂液防治低渗煤层水锁损害实验研究 - 胡千庭; 李晓旭; 陈强; 梁运培 (煤炭学报, 2022)
TD853; 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.