一种减阻剂对煤层损伤的评价方法与流程

1.本发明涉及煤层气压裂工艺技术领域，特别涉及一种减阻剂对煤层损伤的评价方法。


背景技术：

2.减阻剂是水力压裂技术中常用的一种减小压裂液通道沿程摩擦阻力的添加剂，其原理是利用其粘弹性，抑制压裂液在高速运动过程中产生湍流，吸收湍流漩涡的动能，并可在管道内部形成弹性底层，从而减少流体与管壁间的摩擦作用，起到减阻效果。沿程摩擦阻力越小，压裂机械的效率越高，压力的有效传到效果越好。
3.但是，压裂液中不同组分浓度的添加剂对煤储层的损伤即煤层气的吸附解吸速率有着明显的影响。针对各类减阻剂对压裂减阻效果的研究较多，但是只是往往只针对减阻效果作出相关评价，对煤储层煤层气的吸附解吸的影响研究基本未见报道。煤层气是一种自生自储的非常规油气资源，减阻剂的使用对煤储层性状改变的方向将大大影响后期煤层气排采过程中解吸的效率，而煤吸附解吸速率才是体现煤层损伤的重要体现。本发明旨在填补这块空白，研究减阻剂对于煤层吸附速率的影响，这对于排采压裂液选择具有深远意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种减阻剂对煤层损伤的评价方法，为煤层气排采过程中压裂液的选择提供了科学依据和指导方向，用于针对性指导煤层气的实际现场开采，从而获得更好的经济效益。
5.为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种减阻剂对煤层损伤的评价方法，包括以下步骤：
7.步骤1：将同批次煤样在减阻剂溶液、kcl溶液与清水中分别浸泡相同时间后，取出、烘干至平衡水状态，测定其在相同温度、相同压力下对甲烷气体的吸附能力，建立煤吸附速率曲线图；
8.步骤2：将同批次煤样在相同浓度的减阻剂溶液中浸泡不同时间后，取出、烘干至平衡水状态，测定其在相同温度、相同压力下对甲烷气体的吸附能力，建立煤吸附速率曲线图；
9.步骤3：将同批次煤样在不同浓度的减阻剂溶液中浸泡相同时间后，取出、烘干至平衡水状态，测定其在相同温度、相同压力下对甲烷气体的吸附能力，建立煤吸附速率曲线图；
10.步骤4：将同批次煤样在不同浓度的减阻剂溶液中浸泡相同时间后，取出、烘干至平衡水状态，测定其在相同温度、不同压力下对甲烷气体的吸附能力，建立煤吸附速率曲线图。
11.进一步，所述煤吸附速率曲线图通过拟合得到吸附浓度与吸附时间的公式如下：
12.y＝aln(x) b
13.其中x为吸附时间，y为吸附浓度，a为拟合曲线斜率，b为常数；
14.所述减阻剂对煤层损伤程度的大小依据拟合曲线斜率来评价，拟合曲线斜越大，可说明在单位时间内煤吸附的量越多，即煤吸附速率越快，煤层孔隙越通畅，有效表面积越大，进而可以印证减阻剂对煤层损伤越小。
15.进一步，所述步骤2中浸泡时间分别为1、3、6、12天。对煤储层进行大规模体积改造时，含有减阻剂的压裂液短时间内无法全部排出煤储层，煤储层基质会在一定时间内浸泡在压裂液环境中。本发明步骤2旨在模拟不同浸泡时间下，含减阻剂压裂液对煤储层的影响。
16.进一步，所述步骤3中减阻剂的质量浓度分别为万分之一、万分之二、万分之五。不同浓度的减阻剂含量拥有不同的减阻效果，同样对煤储层的损伤也会产生不同程度的结果。本发明步骤3旨在模拟不同浓度减阻剂对煤储层的影响程度，找寻质量浓度在减阻效果和煤层损伤的平衡点，既达到压裂减阻的目的，又取得对煤储层损伤最小的效果。
17.进一步，所述步骤4中压力分别为1bar、1mpa、5mpa、10mpa。不同的外部压力对含减阻剂压裂液的各种效果预计会产生一定的影响。本发明步骤4旨在模拟不同压力(煤基质空隙压裂)条件下含减阻剂压裂液对煤储层吸附解吸能力的影响.
18.进一步，本发明获取煤层对甲烷气体的吸附浓度与吸附时间的关系图(即煤吸附速率曲线图)的具体步骤为：
19.步骤1.1：称取平衡水状态下的煤样，将其迅速装入样品缸内；
20.步骤1.2：气密性检查；
21.步骤1.3：自由空间体积测定；
22.步骤1.4：等温吸附试验；
23.所述步骤1.2中气密性检查的步骤具体包括：
24.步骤1.2.1：设置并调节样品缸与参考缸的温度，使其稳定在储层温度；
25.步骤1.2.2：充入氦气，使参考缸与样品缸内压力高于等温吸附试验最高压力10mpa；
26.步骤1.2.3：采集参考缸与样品缸的压力数据，6h内压力保持不变，则视为气密性良好；
27.所述步骤1.3中样品缸内自由空间体积测定的步骤具体包括：
28.步骤1.3.1：设置并调节样品缸与参考缸的温度，使其稳定在储层温度；
29.步骤1.3.2：充入氦气，将参考缸压力值调节至2mpa～3mpa，然后关闭参考缸阀门；
30.步骤1.3.3：打开参考缸阀门与样品缸阀门，待压力平衡后采集压力数据；
31.步骤1.3.4：重复步骤1.3.2与1.3.3两次，自由空间体积重复测定3次，其中两两之间值差不大于0.1cm3；
32.步骤1.3.5：求得煤样体积，计算出样品缸内自由空间体积；
33.所述步骤1.4中等温吸附试验的步骤具体包括：
34.步骤1.4.1：设置最高试验压力为10mpa；
35.步骤1.4.2：打开样品缸阀门和参考缸阀门，充入甲烷气体，调节参考缸压力至预设目标压力；
36.步骤1.4.3：达到目标压力且温度稳定至储层温度后，启动等温吸附试验程序，自动采集样品缸和参考缸内的时间、压力、温度与吸附浓度数据，并将数据记录为数据文件；
37.步骤1.4.4：不同变质程度的煤岩其含气量、渗透率等参数往往差别很大，不同质量的煤岩及其吸附解吸量一般呈正相关关系。因此，需要根据煤样的变质程度与质量确定吸附平衡时间。
38.进一步，所述储层温度为37℃。由于煤层气储层地温相对稳定，本发明所述储层温度为37℃，即为模拟储层温度。
39.进一步，所述步骤1.4.4中的吸附平衡时间定于不少于12h。根据常规吸附解吸实验，煤体的绝大多数吸附解吸量均在12小时内完成，12小时后产生的量与总量相比占比很少，对煤层气产出总量影响有限。
40.与现有技术比，本发明的有益效果如下：
41.现有煤层气压裂减阻剂评价，往往参照常规油气，尤其是参照页岩气及致密砂岩等脆性岩体，对煤岩独特的质软、多割理、有机质为主体的特征关注度不高。因此，经常导致对减阻效果的片面追求，而进一步损伤了煤体的天然吸附解吸能力，造成储层改造好，但产气量不高的“反例”。
42.本发明在综合考虑压裂液中减阻剂质量浓度对减阻效果影响的前提下，探索不同压力下减阻剂对煤储层的损伤程度，探寻各种地下多场耦合条件下减阻剂用量的最佳工艺平衡点，对煤层气压裂施工和后期排采生产具有十分重要的指导和参考意义。
附图说明
43.图1为煤样在不同溶液中浸泡相同时间后的煤吸附速率曲线图；
44.图2为煤样在相同浓度减阻剂溶液中浸泡不同时间的煤吸附速率曲线图；
45.图3为1bar压力下，煤样浸泡在不同浓度的减阻剂溶液中的煤吸附速率曲线图；
46.图4为1mpa压力下，煤样浸泡在不同浓度的减阻剂溶液中的煤吸附速率曲线图；
47.图5为5mpa压力下，煤样浸泡在不同浓度的减阻剂溶液中的煤吸附速率曲线图；
48.图6为10mpa压力下，煤样浸泡在不同浓度的减阻剂溶液中的煤吸附速率曲线图。
具体实施方式
49.以下所述实例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但并不限制本发明专利的保护范围，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
50.实施例
51.一种减阻剂对煤层损伤的评价方法，包括以下步骤：
52.步骤1：将同批次煤样在浓度为万分之一的减阻剂溶液、0.5％kcl溶液以及清水中分别浸泡3天后，取出、烘干至平衡水状态，测定温度为37℃、压力为1bar下煤样对甲烷气体的吸附能力，建立不同溶液浸泡下的煤吸附速率曲线图，见图1；
53.步骤2：将同批次煤样在浓度为万分之五的减阻剂溶液中分别浸泡1、3、6、12天后，取出、烘干至平衡水状态，测定温度为37℃、压力为1bar下煤样对甲烷气体的吸附能力，建立不同浸泡时间下的煤吸附速率曲线图，见图2；
54.步骤3：将同批次煤样在浓度分别为万分之一、万分之二、万分之五的减阻剂溶液中浸泡3天后，取出、烘干至平衡水状态，测定温度为37℃、压力为1bar下煤样对甲烷气体的吸附能力，建立不同浓度减阻剂浸泡下的煤吸附速率曲线图，见图3；
55.步骤4：将同批次煤样在浓度分别为万分之一、万分之二、万分之五的减阻剂溶液中浸泡3天后，取出、烘干至平衡水状态，测定温度为37℃、压力分别为1bar、1mpa、5mpa、10mpa下煤样甲烷气体的吸附能力，建立各浓度不同压力下的煤吸附速率曲线图，见图3、图4、图5与图6。
56.上述方法中所述煤的吸附速率曲线通过拟合得到吸附浓度与吸附时间的公式如下：
57.y＝aln(x) b
58.其中x为吸附时间，y为吸附浓度，a、b为常数；a越大代表煤吸附速率越快，即煤层孔隙越通畅，此浓度的减阻剂对煤层损伤更小。
59.所述获取煤吸附速率曲线图的具体步骤为：
60.步骤1.1：称取平衡水状态下的煤样，将其迅速装入样品缸内；
61.步骤1.2：气密性检查；
62.步骤1.3：自由空间体积测定；
63.步骤1.4：等温吸附试验；
64.所述步骤1.2中气密性检查的步骤具体包括：
65.步骤1.2.1：设置并调节样品缸与参考缸的温度，使其稳定在储层温度37℃；
66.步骤1.2.2：充入氦气，使参考缸与样品缸内压力高于等温吸附试验最高压力10mpa；
67.步骤1.2.3：采集参考缸与样品缸的压力数据，6h内压力保持不变，则视为气密性良好；
68.所述步骤1.3中样品缸内自由空间体积测定的步骤具体包括：
69.步骤1.3.1：设置并调节样品缸与参考缸的温度，使其稳定在储层温度37℃；
70.步骤1.3.2：充入氦气，将参考缸压力值调节至2mpa～3mpa，然后关闭参考缸阀门；
71.步骤1.3.3：打开参考缸阀门与样品缸阀门，待压力平衡后采集压力数据；
72.步骤1.3.4：重复步骤1.3.2与1.3.3两次，自由空间体积重复测定3次，其中两两之间值差不大于0.1cm3；
73.步骤1.3.5：求得煤样体积，计算出样品缸内自由空间体积；
74.所述步骤1.4中等温吸附试验的步骤具体包括：
75.步骤1.4.1：设置最高试验压力为10mpa；
76.步骤1.4.2：打开样品缸阀门和参考缸阀门，充入甲烷气体，调节参考缸压力至预设目标压力；
77.步骤1.4.3：达到目标压力且温度稳定至储层温度后，启动等温吸附试验程序，自动采集样品缸和参考缸内的时间、压力、温度与吸附浓度数据，并将数据记录为数据文件；
78.步骤1.4.4：根据煤样的变质程度与质量确定吸附平衡时间，吸附平衡时间不少于12h。
79.通过图1可知，清水和kcl溶液曲线高度重合，说明kcl溶液对煤样吸附速率影响很
小，只有加入减阻剂才会对煤吸附速率影响较大。通过图2可知，煤样在同一浓度的减阻剂溶液浸泡不同时间后，煤吸附速率曲线差别不大，说明浸泡时间对煤吸附速率影响不大。通过图3可知，煤样在不同浓度的减阻剂溶液浸泡相同时间后，煤吸附速率曲线相差较大，说明不同含量的减阻剂对煤吸附速率有较大影响。煤样在压力分别为1bar、1mpa、5mpa、10mpa下，浓度分别为万分之一、万分之二、万分之五的减阻剂溶液中浸泡后，煤吸附速率拟合曲线分别为图3、图4、图5与图6，并且通过拟合曲线得到各浓度各压力下的拟合公式，其中x为吸附时间，y为吸附浓度，具体如下：1bar压力下：
80.万分之一y＝0.0459ln(x) 0.1207
81.万分之二y＝0.0376ln(x) 0.103
82.万分之五y＝0.0219ln(x) 0.093
83.1mpa压力下：
84.万分之一y＝0.0506ln(x) 0.1207
85.万分之二y＝0.0446ln(x) 0.103
86.万分之五y＝0.0320ln(x) 0.093
87.5mpa压力下：
88.万分之一y＝0.0643ln(x) 0.1207
89.万分之二y＝0.0548ln(x) 0.103
90.万分之五y＝0.0413ln(x) 0.093
91.10mpa压力下：
92.万分之一y＝0.0712ln(x) 0.1207
93.万分之二y＝0.0654ln(x) 0.103
94.万分之五y＝0.0507ln(x) 0.093
95.通过对比，发现相同压力下浓度为万分之一的减阻剂溶液浸泡的煤样拟合曲线a更大，所以配比为万分之一减阻剂溶液吸附速率明显大于配比为万分之二和万分之五的减阻剂溶液，故配比为万分之一的减阻剂溶液为最优配比。