寺河井田煤储层潜在敏感性伤害识别

武 杰

（1．煤与煤层气共采国家重点实验室，山西 晋城 048012；2．易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司，山西 晋城 048012）

储层敏感性是指储层岩石的物性参数随环境条件和流动条件变化的性质。寺河井田3 号煤属典型的高变质无烟煤，非常致密，这种低孔、低渗的特性，导致其在进行煤层气开发施工时容易产生不同程度的伤害，所以，研究煤储层潜在的敏感性伤害，对煤层气开采的各个环节避免和减轻储层伤害有着非常重要的实际意义。

1 煤储层孔渗性特征

1.1 孔隙类型

煤是一种复杂的多孔介质，是由煤基质、孔隙和喉道组成的非均质体，孔隙和喉道的填充情况对储层敏感性非常重要。通过扫描电镜对寺河3 号煤中孔隙观察发现，3 号煤中的孔隙类型大多为矿物颗粒间的粒间孔（图1），而且这些孔隙大多被矿物充填，孔隙被充填变小，直接增加了储层敏感性伤害的可能，而且，充填颗粒会在后期排水采气时发生运移、堵塞孔喉通道而产生速敏性伤害。

图1 扫描电镜下的煤中孔隙

1.2 孔隙度和渗透率

煤的孔隙度是指煤中孔隙与裂隙的总体积与煤总体积的百分比，根据实测结果（表1），寺河3号煤的孔隙度介于4.58%~6.29%之间，平均孔隙度为5.22%，属于低孔。渗透率用于表征多孔介质允许流体通过的能力，是决定煤层气井产气情况的关键因素之一，据表1，寺河3 号煤的渗透率介于0.00781×10-3μm2~0.0824×10-3μm2之间，平均渗透率为0.0578×10-3μm2，属于超低渗储层。实践表明，不同渗透率储层的敏感程度不同，渗透率越低的煤储层，其敏感性伤害表现的越突出。对于高渗储层，正常的工作液对储层造成的伤害可以被容忍，而对于像煤层这样的超低渗储层，轻微的伤害也会表现的十分突出，甚至是致命的。

表1 寺河3 号煤的孔隙度和渗透率

1.3 孔径结构

孔径结构是孔隙和喉道的大小、形态、分布及连通性。理论上，不同煤级煤的孔径结构不同，褐煤和低煤级烟煤以大孔为主，高煤级烟煤和无烟煤以微孔为主，中煤级烟煤以小孔为主，部分为中孔和微孔。根据8 组试验样品的测试结果（表2），寺河3 号煤的平均孔径介于2.300nm~5.872nm 之间，平均为3.789nm，属微孔级。孔径越小，越容易被速敏性矿物颗粒运移堵塞通道而引起储层伤害；另外，孔径越小，储层滤液造成的贾敏效应、水锁伤害越严重。所以，寺河3 号煤在排水采气过程中很容易出现速敏和水锁效应，从而对储层造成伤害。

表2 寺河3 号煤的孔隙数据

2 敏感性矿物分析

2.1 敏感性矿物类型分析

根据储层敏感性将敏感性矿物分为5 种类型：速敏性矿物、水敏性矿物、盐敏性矿物、酸敏性矿物和碱敏性矿物，而且同一种矿物可能同时具有多种不同的敏感性。煤中含有多种矿物质，主要为黏土矿物、硫化物、氧化物和碳酸岩类矿物，根据敏感性机理可知黏土矿物是最重要的敏感性矿物。

高岭石，结构比较松，容易随流体移动，堵塞、分割孔隙和喉道，尤其对细喉道影响很大，是重要的速敏矿物。伊利石，片状的把孔隙分割成许多小孔隙，增加迂回度，丝发状的容易被水冲移，堵塞孔隙和喉道，容易引起速敏。伊/蒙混层，是蒙皂石向伊利石过渡的矿物，呈蜂窝状、棉絮状等，有较强的水敏性。绿泥石，一般富含高价铁离子，与酸性溶液作用容易产生沉淀，是酸敏性矿物。

2.2 X射线衍射敏感性矿物含量分析

X 射线衍射分析是定性、定量分析黏土矿物最重要的手段，它可以定量分析出煤中高岭石、蒙皂石、伊利石等黏土矿物的相对含量和绝对含量。通过X 射线衍射矿物分析结果（表3），寺河3 号煤中的矿物主要为黏土矿物，其占煤中矿物总量的78.9%~92.3%，平均为85.5%。从黏土矿物相对含量可看出，煤中主要含伊利石、伊/蒙混层和少量高岭石，伊利石和高岭石是重要的速敏性矿物，伊/蒙混层是较强的水敏性矿物，所以3 号煤存在潜在的速敏性和水敏性伤害。

表3 寺河3 号煤的黏土矿物含量

2.3 扫描电镜敏感性矿物产状分析

扫描电镜可以观察储层岩石的孔隙、孔径结构以及黏土矿物的类型、产状和分布，对识别速敏、水敏等储层敏感性非常重要。图2 为寺河3 号煤中孔隙充填矿物的扫描电镜分析结果，从图中看出，3 号煤中充填的矿物基本都是黏土矿物，而且产状多呈微粒状或薄层状散布在基质或充填在细胞腔中，这种产状很容易被高速流体冲击破裂成离散的颗粒随流体运移，进而堵塞孔喉通道。因此，从黏土矿物产状看，3 号煤存在潜在的速敏性伤害。

图2 扫描电镜下的孔隙充填物

3 煤储层流体分析

3.1 地层水

煤层气开发的钻井、压裂等环节会引入外来流体，这些外来流体与地层本身的流体之间有可能发生化学反应而形成沉淀伤害煤储层。因此，需对有关流体进行化学成分分析，预测各种流体之间形成化学结垢的可能性。地层水的pH 值、矿化度、水型与储层伤害密切相关。表4 是寺河井田地层水和注入水的化验结果，由结果可看出，地层水和注入水的pH 值很接近，而且水型相同，注入水进入地层不会产生沉淀而伤害储层；此外，二者的矿化度也很接近，基本不会由于矿化度差异大而发生水敏、盐敏伤害。

表4 水样分析结果

3.2 煤层气

煤层气中的H2S、CO2等具有腐蚀性的气体与储层伤害有关，主要是因为腐蚀性气体会腐蚀井下工具和套管而引起堵塞。寺河井田3 号煤的煤层气中主要是CH4和N2（表5），这两种气体占总量的98%以上，含有微量的CO2，不含H2S 气体，所以，煤层气的组分不会产生储层伤害。

表5 气样分析结果

4 结论

（1）寺河井田煤储层属于超低渗储层，孔隙主要以微孔为主，孔径小的储层，滤液造成的贾敏效应和水锁效应非常严重，在排水采气时会出现水锁伤害储层。

（2）寺河井田煤储层中的孔隙大多被黏土矿物充填，而且产状多数呈微粒状或薄层状，很容易被流体冲击成离散的颗粒随流体运移产生速敏性伤害。

（3）从煤中矿物组成的角度分析，寺河井田煤储层中的伊/蒙混层等水敏性矿物含量较多，后期排采时可能会发生水敏性伤害。