煤炭学报

作者：石军太, 范倩雯, 曹运兴, 徐凤银, 黄红星, 刘高峰, 刘成, 李星浩, 曹敬添, 邓婷, 王春琦, 孙政, 李相方,

关键词：煤层气, 储层改造, 酸化氧化, 溶蚀, 采出率,

我国煤层气资源丰富，但煤储层多为低渗致密储层，单井产量和采出率普遍较低，现有的技术手段难以支撑我国煤层气产业的快速发展，需要探索提高单井产量和采出率的手段。除了水力压裂、裸眼洞穴完井的物理改造方式，采用化学法改造原始煤储层物性也是近年研究的热点。煤储层酸化氧化技术可以避免物理增产方式造成的储层伤害，并可以促进解吸并改善渗流能力，但对于不同煤阶煤储层，适宜不同煤阶煤储层的酸化氧化试剂需要优化，以及其酸化氧化的作用效果需要评价。通过室内实验，对比分析了保德、沐爱、新疆区块煤样物性特征，包括煤阶、煤体结构、煤的宏观特征、煤质特征、孔渗参数、元素分析、矿物组成方面的区别；通过煤粉酸液前置溶蚀实验，优选出了盐酸最佳浓度，并通过Design-Expert软件设计并开展了五因素三水平的酸液优选正交实验，找出了影响溶蚀效果的敏感因素，优选出了最优的氧化剂类型，并对保德、沐爱、新疆区块煤样，分别优选出了适用于各区块煤储层的酸化氧化试剂体系；应用优选出的各区块酸化氧化试剂体系，对保德、沐爱、新疆区块煤样，分别对比分析了酸化氧化前后的孔隙度、渗透率和润湿性；最后基于沐爱区块一个典型井组，通过数值模拟预测了酸化氧化改造后的产气效果。实验表明：盐酸浓度在3~4 mol/L内，酸液溶蚀效果最好；5个实验因素的影响效果从大到小依次是浸泡时间、酸液种类、浸泡温度、煤样种类、酸液浓度；最优的氧化剂为质量分数3%的过氧化氢溶液；保德区块混合酸化氧化剂配方为10%HCl+2%CH3COOH+2%HF+3%H2O2，沐爱区块的最佳混合酸化氧化剂配方为8%HCl+ 2%CH3COOH+ 4%HF+ 3%H2O2，新疆区块的最佳混合酸化氧化剂配方为12%HCl+1%CH3COOH+1%HF+3%H2O2，煤阶越高，最优酸化氧化试剂体系中HF含量越高。酸化和氧化对煤样的孔隙度和渗透率有提升作用，2者增大规律一致，低阶煤提升效果优于高阶煤。酸化作用使煤的亲水性增强，而氧化作用使煤的亲水性大幅减弱，经优选的酸化氧化体系处理的煤样亲水性减弱。数值模拟预测表明酸化氧化方案生产10 a达到废弃条件时采出率达到了64.64%，与同一时间未进行酸化氧化方案的采出程度相比增加19.72%，增产效果显著；与未进行酸化氧化方案生产18 a达到废弃条件时采出率相比增加0.97%，但酸化氧化措施节省了8 a生产时间达到最终采出率，降低了矿场运营成本。优选出的适宜于低、中、高不同煤阶煤层气藏的酸化氧化体系，改善了目标煤储层的解吸和渗流能力，提高了单井产量和采出率。

来源：2024年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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