煤层气采出水在压裂液中的探索应用

刘 萍 管保山 梁 利 姜 伟

(中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 065007)

煤层气采出水在压裂液中的探索应用

刘 萍 管保山 梁 利 姜 伟

(中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 065007)

煤层气开采过程中，需要采出大量的地层水来降低煤层压力，满足煤层解吸附的需求，而采出水再利用也是煤层气经济开发的关键因素之一。本文在分析宁武盆地某区块采出水水质的基础上，对采出水与压裂液添加剂配伍性及利用采出水配制表面活性剂压裂液性能进行实验评价,实验结果表明，采出水与压裂液添加剂配伍性良好；利用采出水配制的压裂液粘度稳定，携砂性能良好；破胶彻底，对储层伤害小。现场试验两口井，施工成功。

煤层气 表面活性剂压裂液 采出水

1 宁武盆地某井组采出水水质分析

根据SY/T 5523—2006《油田水分析方法》测定采出水中各种离子，具体结果见表1。

由表1结果可以看出：采出水中钾钠离子、氯离子、碳酸氢根离子的含量明显高于通常使用的配液水，总矿化度是配液水的4到5倍，而对压裂液性能影响较大的钙镁离子含量与配液水相当， pH为

表1 水质分析

7.0，为中性，水型均为碳酸氢钠。

2 悬浮固相粒径分布

采用激光粒度仪MicroTRACS3500测定采出水悬浮固相粒径分布，结果见图1。

图1 采出水悬浮固相粒径分布

由图1可知，采出水悬浮固相粒径大小主要集中4～30um。煤层属特低渗气藏，煤孔隙中过渡孔(10～100nm)和微孔(<10nm)所占比例最大，采出水如不经过处理直接注入地层会极大堵塞煤层孔隙，减少煤层气渗流通道。

3 采出水处理方法

向煤层采出水中加入0.1%处理剂，该处理剂具有絮凝固相颗粒和螯合钙镁离子作用，静置4小时后如图2。

图2 煤层气采出水处理前后对比

图3 采出水处理后悬浮固相粒径分布

采出水经过处理并过滤后，水质澄清，与配液水的悬浮固相粒径分布(图3)几乎没有差别,表明处理后的采出水悬浮固相方面能够满足配液要求。该处理方法简单、成本低，满足煤层气低成本高效开发模式的需求。

4 采出水配制表面活性剂压裂液研究

4.1 采出水与各添加剂的配伍性

采出水与压裂液各添加剂是否配伍会影响到压裂液的性能与施工。由于采出水水质与以往的配液水不同，必须考虑与压裂液各添加剂的配伍性。结果见表2。

采出水与配液水配制压裂液性能一致，放置24h无沉淀和分层现象,表明添加剂与地层水配伍性良好。

4.2 采出水压裂液性能

利用配液水和处理后采出水配制的液体基本性能结果见表3。

表2 配伍性能

表3 基本性能

图4 耐温耐剪切性能

利用RS6000流变仪测定液体耐温耐剪切性能，剪切时间60min、温度25℃，结果见图4。

由上述实验结果可知,利用采出水的压裂液在25℃、170s-1剪切60min粘度还保持在19.2mPa·s,与配液水压裂液的粘度19.45mPa·s 基本一致。

4.3 破胶性能

利用恒温水浴，破胶方法按照SY/T 5107—2005执行, 破胶温度为25℃、 30℃、 35℃， 破胶剂SF-C加量0.02%、 0.03%、 0.05%， 利用品氏毛细管粘度计测定不同时间破胶液粘度。 结果见表4。

表4 破胶性能试验结果

破胶时间为1h至4h，粘度均小于5.0mPa·s。由破胶试验可知,采出水压裂液在不同温度下加入不同的破胶剂量能实现彻底破胶。

4.4 伤害

使用动态滤失伤害装置，分别评价配液水和采出水配制表面活性剂压裂液破胶液对煤岩的伤害性能。先从煤岩正向通标准盐水测定基准渗透率K1，然后从反向通破胶液对煤岩进行伤害固定时间，再从正向通标准盐水测定伤害后渗透率K2。岩心伤害率(%)=(K1-K2)/K1×100%。

分别对山西吉县地区5号煤和8号煤进行伤害实验，实验结果见表5。

表5 不同煤岩伤害实验评价结果

两种水质配成的压裂液对5号伤害率有2%的差别，而对8号煤的伤害率仅有0.87%的差别。由此可见，利用采出水配制压裂液对储层的伤害相当。

5 现场应用

利用采出水配制的表面活性剂压裂液在宁武盆地应用两口井，设计与施工符合率100%。

W井是宁武盆地南部斜坡带的一口评价井，该井太原组9号煤层厚度大，1193.1～1204.6m段电阻率有明显的正差异，渗透性良好，视孔隙度13.3%，煤层的吨煤含气量达15.5m3，破裂压力梯度为2.96MPa/100m。。

该压裂液体系在煤层气的W井进行了现场应用。射孔井段为1196.0～1203.0m，厚度7.0m，孔密16孔/m。主压裂施工排量7.0m3/min，地面施工压力为23～35.7MPa，总液量757.22m3，总砂量52.76m3，净液量725.57m3，施工过程见图5。

图5 W井施工曲线

该井大排量下施工平稳，最高砂比20%,平均砂比15%。表明该清洁压裂液体系携砂性能优良，压后2小时返排，破胶液粘度仅3～5mPa·s，表明该体系破胶性能优良。

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(责任编辑 王一然)

Development and Application of Fracturing Fluid Based on Coalbed Methane Produced Water

LIU Ping,GUAN Baoshan,LIANG Li,JIANG Wei

(Research Institute of Petroleum Exploration and Development CNPC,Hebei 065007)

During the process of coalbed methane development,large amount of formation water was produced to reduce the formation pressure and meet the required desorption pressure. The recycling of produced water is one of the key factors for economic development of coalbed methane. In this paper,the produced water quality analysis of a block in Ningwu Basin are conducted,and the compatibility of produced water with fracturing fluid additives and the performance of the viscoelastic surfactant fracturing fluid prepared by produced water are evaluated. The experiments results suggest that,produced water has good compatibility with fracturing fluid additives,the viscoelastic surfactant fracturing fluid prepared by produced water presents good viscosity and good proppant carrying capacity,and its viscosity can break thoroughly which reduces the damage on formation. The viscoelastic surfactant fracturing fluid based on produced water has applied in two wells successfully.

Coalbed methane; viscoelastic surfactant fracturing fluid; produced water

国家重大专项《煤层气完井与高效增产技术及装备研制》项目(编号：2011ZX05037)资助

刘萍，女，主任，高级工程师，主要从事压裂酸化工作液及添加剂的研究和现场应用工作。