寿阳区块煤层气井地层水配伍性及对煤层损害研究

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(长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023) (中海油研究总院钻采研究院，北京 100200) (长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)

寿阳区块煤层气井地层水配伍性及对煤层损害研究

甘秀玉，刘书杰，张滨海，黄晓霞，岳前升

(长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023) (中海油研究总院钻采研究院，北京100200) (长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023)

在煤层气储层损害研究中，往往忽视了煤层产出水(地层水)与地表水之间因不配伍产生的损害。分析了山西煤层气寿阳区块产出水和地表水的化学成分，利用饱和指数法、静态结垢和动态结垢法评价了煤层产出水和地表水之间的配伍性。结果表明，煤层产出水属NaHCO3水型，地表水属Na2SO4水型，两者混合不配伍，有结垢现象发生。地层水与地表水之间因不配伍产生的结垢对煤层造成的损害不容忽视，可以通过优选适宜的防垢剂来解除这种损害。

煤层气；地层水；配伍性；结垢；煤层保护

我国煤层气储层普遍属低渗至超低渗储层，基于煤层自身的属性，易受到外来工作液体的污染而发生煤层损害[1～12]。在煤层损害因素研究方面，对于前期钻完井、压裂等作业中所涉及到的钻完井液、压裂液等流体造成的煤层损害比较重视，而对于后期煤层气井的洗井和改造作业中存在的煤层损害问题重视不够甚至于忽视，尤其大剂量洗井作业时所涉及的外来水相与地层水之间的配伍性问题，这种不配伍造成的煤层损害同样会降低煤层气井的产能。寿阳区块是中联煤层气有限责任公司最大自营区块，包括南燕竹、七元矿和丹凤区等，主力煤层为15#煤层。笔者通过化学方法分析了南燕竹、七元矿煤层气井产出水和地表水成分，对地表水和煤层产出水之间的配伍性进行了研究。

1 水样及分析方法

1.1水样品

包括南燕竹6口井产出水、七元矿区3口井产出水、寿阳城区滨河地表水。

1.2分析方法

水样化学成分分析方法参照石油天然气行业标准《油气田水分析方法》[13]，水样混合后的结垢趋势预测参照石油天然气行业标准《油田水结垢趋势预测》[14]，防垢剂优选参照石油天然气行业标准《油田用防垢剂性能评定方法》[15]。

1.3岩心流动试验

将现场15#煤层煤心用煤层产出水饱和并测产出水水相渗透率Kw，用地表水连续驱替岩心，并计算此时的地表水水相渗透率Kd和渗透率恢复值Kd/Kw。

2 结果分析与讨论

2.1水样化学成分分析

表1 寿阳区块煤层气井水样水质分析汇总表

2.2地表水与煤层产出水结垢趋势预测

以SYNY-189井和QYN1-12V井产出水分别代表寿阳区块南燕竹和七元煤矿2个地方15#煤层产出水，用饱和指数法预测寿阳区块煤层气井产出水与地表水混合后的结垢趋势。

饱和指数法是一种预测油田水结垢情况的方法，饱和指数SI的数学表达式为：

式中，SI为饱和指数；IAP为离子活度积；K为系数。

饱和指数SI>0，则表示有结垢趋势；饱和指数SI<0，则表示无结垢趋势。SYNY-189井和QYN1-12V井产出水与地表水以不同比例混配的结垢饱和指数SI的计算结果见表2和表3，地表水和地层水混合后存在产生CaCO3垢趋势。

表2 SYNY-189井产出水与地表水以不同比例混配的结垢饱和指数SI(35℃)

表3 QYN1-12V井产出水与地表水以不同比例混配的结垢饱和指数SI(35℃)

2.3地表水与煤层产出水静态结垢试验

将2口井煤层产出水与地表水按不同体积比混合，在35℃放置24h后测定混合前后的钙镁离子变化，分析结垢程度，试验结果见表4和表5。静态结垢试验结果与饱和指数法预测结果比较相符，存在结垢现象。2种水样混合后钙镁损失率在2%～22%，生成垢量最大可达33.34mg/L，说明这2种水样与地表水混合后存在明显的CaCO3垢。

表4 SYNY-189井产出水与地表水不同比例混合后的结垢程度研究(35℃)

表5 QYN1-12V井产出水与地表水不同比例混合后的结垢程度研究(35℃)

2.4防垢剂优选试验

防垢剂优选试验参照石油天然气行业标准SY/T5673-93《油田用防垢剂性能评价方法》[15]，采用成垢离子测定法，防垢率计算公式为：

式中，A为防垢率，%；V0为加热试验前测定混合水总Ca2+、Mg2+耗用EDTA体积，ml；V1为未加防垢剂时混合水加热试验后总Ca2+、Mg2+耗用EDTA体积，ml；V2为加防垢剂的混合水加热试验后总Ca2+、Mg2+耗用EDTA体积，ml。

QNY1-12V井水样和地表水等体积混合结垢最严重，以此为基础对防垢剂种类和加量进行优选，结果见图1。从图1可看出，防垢剂HEDP的防垢效果较好，在加量15mg/L时防垢率可达95%以上。

2.5岩心流动试验

将煤心用QNY1-12V井产出水饱和，研究用地表水连续驱替不同孔隙体积(PV)时岩心渗透率恢复值的变化，结果见图2。未添加防垢剂时，随驱替体积不断增加，岩心渗透率恢复值不断下降，岩心渗透率损害比较明显，而添加防垢剂时岩心渗透率恢复值几乎在100%，说明通过添加防垢剂可以有效抑制因不配伍造成的煤层伤害。

图1 不同种类和加量的防垢剂作用效果 图2 岩心动态流动试验

3 结论

1)煤层气寿阳区块产出水(地层水)和地表水有明显差异，产出水矿化度和碱度均高于地表水；产出水属NaHCO3水型，地表水属Na2SO4水型。

2)饱和指数法、静态和动态结垢试验结果均表明地表水和产出水两者混合后配伍性差，存在明显结垢现象。

3)煤层岩心流动试验结果证明，地表水和煤层气产出水混合时产生的结垢现象会造成煤层损害，可以通过优选适宜的防垢剂来预防这种类型的储层损害。

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[15] SY/T5673-93，油田用防垢剂性能评定方法[S] .

[编辑]赵宏敏

2017-08-13

国家自然科学基金项目(51574040)；中海石油(中国)有限公司科技项目(YXKY-2016-ZY-08)。

甘秀玉(1993-),女，硕士生，现主要从事油气田应用化学方面的研究工作。

岳前升(1973-)，男，博士，副教授，现主要从事钻完井液与储层保护方面的教学与研究工作，yueqiansheng@163.com。

引著格式甘秀玉,刘书杰，张滨海，等.寿阳区块煤层气井地层水配伍性及对煤层损害研究[J].长江大学学报(自科版)，2017,14(21)：24～26,35.

TE358

A

1673-1409(2017)21-0024-03