导航：安全管理网>> 安全论文>> 化工安全论文>>正文

煤岩气层损害机理与评价方法

文档作者：游利军1 林子岚1 江安2 康毅力1 崔凯潇1 文档来源： 1. 西南石油大学 2. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司		点击数：	更新时间： 2024年02月27日
下载地址：点击这里	文件大小： 4.78 MB 共8页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共8页]

本文件共8页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：4.78 MB 共8页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

下一篇：可降解清洁钻井液的研究及现场应用

上一篇：水性丙烯酸树脂在油包水钻井液中的作用

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

第34 卷 第4 期
2017 年7 月
Vol. 34 No. 4
July 2017
钻 井 液 与 完 井 液
DRILLING FLUID &amp;amp; COMPLETION FLUID
doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2017.04.001
煤岩气层损害机理与评价方法
游利军1， 林子岚1， 江安2， 康毅力1， 崔凯潇1
（1. 西南石油大学·油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500 ；2. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）
游利军，林子岚，江安，等. 煤岩气层损害机理与评价方法[J]. 钻井液与完井液，2017，34（4）：1-8.
YOU Lijun, LIN Zilan, JIANG An, et al. Mechanisms and evaluation of coal gas bed damage[J].Drilling Fluid &amp;amp; Completion
Fluid，2017，34（4）：1-8.
摘要 目前国内外煤岩气层损害评价尚缺少统一的评价标准与指标。基于煤岩气层特点，分析了煤岩气层损害类型与
机理，归纳了国内外分别从煤岩气层解吸性能、扩散性能和渗流性能进行评价的单一环节损害评价方法，分析各评价方法
的优缺点及其适用条件。应力敏感、固相侵入与堵塞、聚合物吸附滞留、碱敏、煤粉运移堵塞是煤岩气层主要损害类型；
煤岩气层损害既影响煤层排水，也影响煤层气产出，而煤层排水能力也影响煤层气产出；煤层气单一传质过程储层损害评
价不全面，亟待建立单一传质过程结合多尺度传质过程的煤岩储层损害评价方法，但渗透能力评价仍然是关键，同时要考
虑具有吸附气条件下水相渗流能力的损害评价。
关键词 煤层气；煤岩；储层损害；机理；吸附；多尺度；综述
中图分类号：TE258 文献标识码：A 文章编号：1001-5620（2017）04-0001-08
Mechanisms and Evaluation of Coal Gas Bed Damage
YOU Lijun1, LIN Zilan1, JIANG An2, KANG Yili1, CUI Kaixiao1
(1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu,
Sichuan 610500;2. CNOOC EnerTech-Drilling &amp;amp; Production Co.Tianjin 300452)
Abstract Coalbed methane (CBM) has great reserves in the world, and thus has great development potential. Unlike the production
of conventional oil and gas, there still have no methods and performance parameters for evaluating damages caused to CBM-bearing
formations. In this paper, based on the characteristics of coalbed gas formations, the types and mechanisms of formation damages
are analyzed, and single-parameter evaluation methods presently used worldwide are summarized. These methods have been used
to evaluate the damages caused to coalbeds with a single parameter, such as the desorptivity, diffusivity and filtration performance,
respectively. The advantages and disadvantages, and the applicability of each method are also analyzed. The main damages to coalbed
include stress-induced damage, solids invasion into and block of fractures in coalbed, retention of adsorbed polymer molecules,
alkalinity-induced damage, and damage caused by migration and block of coal powders etc. Formation damage to coalbed not only
affects water drainage, it also affects gas production, and the water draining ability of coalbed also affects gas production. Coalbed
damage evaluation with measuring of single-process mass transfer is not an all-round method, and a method combining single-process
mass transfer and the multiple-process mass transfer is urgently needed. Nonetheless, the evaluation of the coalbed permeability is the
key to a method. Damage to the flow of water in coalbed with gas adsorption is another factor that should be considered in designing
the evaluation method.
Key words Coalbed methane; Coal; Formation damage; Mechanism; Adsorption; Multi-scale; Review
中国煤层气资源丰富，位居世界第3 位，与陆
上常规天然气资源量相当[1]。2015 年中国煤层气
年产量近44×108 m3。作为一种清洁能源，煤层气
的有效勘探与开发具有重要意义[2]，不仅能够弥补
基金项目：国家自然基金面上项目（51674209）和非常规油气层保护四川省青年科技创新研究团队项目（2016TD0016）。
第一作者简介：游利军，教授、博士生导师，1976 年生，主要从事储层保护、非常规油气、岩石物理教学和科研工作。
电话（ 028）83032118 ；E-mail：youlj0379@126.com。
万方数据
2 钻 井 液 与 完 井 液 2017 年 7 月
天然气资源短缺的不足，还能降低煤矿开采过程中
瓦斯灾害，成为中国能源发展的现实选择。煤层气
是一种由煤层生成并主要以吸附态储集于煤层中的
非常规天然气，在煤矿中俗称为瓦斯，主要成分为
甲烷。与常规储层相比，煤岩储层具有吸附性强、
渗透性差、弹性模量小、泊松比大、平均内聚力小、
煤岩本身物性易破碎、易坍塌等特征[3]，且煤岩气
藏均不同程度地含水，煤层气主要通过排水降压开
采，水对煤层气的赋存和运移都有明显的控制作用。
因此，相比常规储层，工程作业中工作液密度大、
固相含量高、聚合物不能有效地降解、流体不配伍
等都会造成储层损害，影响后期煤层气的采收率[4]。
以往储层损害机理多针对砂岩、碳酸盐岩，而对富
含有机质煤岩研究较少，对煤岩气层损害评价更缺
少统一的标准与指标。近年来，国内外学者围绕
煤层气产出机理，煤岩气层损害类型、损害机理
等进行了大量研究，发现损害可能发生在煤层气
开发全过程。针对煤层气产出的各个环节，不同
学者分别基于解吸性能、扩散性能、渗流性能研
究了其损害评价方法。
1 煤岩气层损害机理
煤岩在结构构造上与常规油气层岩石具有显著
不同，导致煤岩储层损害具有特殊性。煤岩储层作
为有机岩储层，工程作业中损害煤层的因素多样，
损害机理主要包括以下几个方面。
1）固相侵入或运移堵塞裂隙。粒径小于孔隙
直径或裂缝宽度的固相颗粒，在正压差作用下进入
储层堵塞孔隙和裂缝。煤岩裂缝发育， 具有平直的
特征， 是煤层甲烷渗流的通道，工作液固相易通过
裂缝侵入储层深处，损害裂缝壁面，堵塞基块孔隙
喉道，影响煤层气的渗流和扩散。
2）流体敏感性。当外来流体的抑制性不足及
与煤层流体不配伍时，黏土矿物会水化膨胀、分散
及絮凝沉淀，导致储层渗透率降低；煤系地层的成
岩演化一般都会导致酸性成岩环境[5]，因此，碱液
进入煤岩储层后，改变煤层环境，可能与煤层流体
中的无机离子结合形成盐垢，影响煤层气渗流通道。
3）聚合物吸附滞留。煤岩储层岩石有机质含
量高，比表面积大，吸附性强。工作液中聚合物吸
附在煤岩表面，使甲烷气体很难从内部孔隙中解吸
出来，降低煤层气的解吸、渗流能力。
4）应力敏感性。煤岩塑性特征明显，储层应
力敏感性强，煤岩孔喉的压缩，使得裂缝闭合，降
低裂缝导流、扩散能力。对于降压开采煤层气来说，
应力敏感性值得重视，排采速率需要优化。
5）煤粉运移堵塞。根据“1/3”架桥理论，当
颗粒直径等于或略大于孔喉尺寸的1/3 时，颗粒容
易发生桥塞，阻碍流体在孔隙中的流动。由于煤岩
孔隙度很低（1%～2%），工程作业中产生的煤粉
容易在井筒附近发生堵塞，影响煤层气的扩散、渗
流能力。
6）水相圈闭损害。虽然2 000 m 以浅煤层孔喉
细小，但是通常高含水，水相圈闭损害不是这类煤
层的主要问题。2 000 m 以深煤层，可能和致密砂
岩、页岩气层类似，也具有超低含水饱和度现象[6]。
由于煤岩气层是气源岩，大量生气，气体驱替和蒸
发作用，将降低水饱和度；煤岩是有机质岩石，岩
石表面又吸附大量气体，岩石表现为疏水性；煤岩
也曾经历高温高压环境，在这个环境下，气体很容
易将疏水孔隙表面的水相驱替或蒸发排出，因此
2 000 m 以深煤岩可能具有超低含水饱和度现象。
具有超低含水饱和度的煤岩气井可能不产水或很少
产水，生产机理可能和目前排水降压采气机理不同。
具有超低含水饱和度的煤岩气层毛管力作用强，工
作液易滞留在煤层，水相进入煤岩储层裂隙难以返
排，形成水相圈闭损害，造成供气受阻，影响煤层
气的渗流。
煤层裂隙通常处于水饱和状态，必须先通过
排水降压使基质孔隙内表面吸附的煤层气体在低于
临界解吸压力时发生解吸，再由基质孔隙扩散到裂
隙中，最后从裂隙流向井筒，因此煤层气产出一般
要经过解吸- 扩散- 渗流3 个环节。多年来，国内
外学者通过不同实验研究了煤岩气层的损害机理
[7-10]。工程作业过程中，工作液对基块表面、孔喉、
裂隙和人工缝壁面的损害将影响甲烷的解吸速率、
扩散速率和游离气相的渗透率，而在解吸- 扩散-
渗流的每一个环节出现的损害都将降低气井产能，
妨碍气藏开发。
2 煤岩气层损害室内评价方法现状
2.1 煤层气层解吸性能损害评价
煤岩低孔低渗，工作液的侵入会影响煤层气
万方数据
第 34 卷 第 4 期 游利军等：煤岩气层损害机理与评价方法 3
解吸。解吸性能通过开展工作液接触前后煤样的
等温吸附/ 解吸实验来进行评价。这种方法常采用
等温吸附曲线拟合得到的兰氏体积VL、兰氏压力
PL，结合吸附/ 解吸量来评价吸附/ 解吸性能的损
害。解吸时，也采用恒压法，即让一定压力下吸附
饱和的煤样在恒定压力容器中解吸，绘制累计解吸
量随时间平方根的变化曲线。一般使用解吸量、解
吸率、解吸时间或解吸速率等指标来评价吸附/ 解
吸性能。为模拟工作液侵入的损害，实验参考煤样
应使用地层水浸泡过的煤样，但由于煤岩低孔低渗
的特性，解吸过程易受毛细管凝聚作用的影响，因
此，也可使用干煤样作为参考。
Clarkson（1999） 等用BET、BJH、D-R 方程
进行拟合低压和高压下干燥和湿润的粒径为0.28～
0.45 mm 的煤粉等温吸附实验结果表明，干燥煤
样吸附甲烷的兰氏体积大于平衡水煤样的兰氏体
积，干燥煤样的兰氏压力小于平衡水煤样的兰氏压
力[11]。Krooss（2002）和Busch（2003）等研究了
干燥和平衡水状态的直径小于0.2 mm 的煤粉在不
同压力下的吸附曲线[12-13]。陈尚斌（2009）以等温
吸附实验的Langmuir 参数为基础，通过对比清洁
压裂液作用前后的煤岩储层可采系数来评价压裂
液对煤岩吸附性能的影响[14]。Pan 等（2010）对比
了相同平衡压力条件下含水柱状煤样的吸附/ 解吸
曲线，并用解吸量达到总解吸量80% 的时间来评
价含水量对解吸性能的影响[15]。赖晓晴等（2013）
结合煤岩气层特点和钻开储层后钻井液侵入方式，
建立了钻井液对煤层气解吸率损害的评价方法[16]。
李相臣等（2014）利用高温高压煤层气吸附/ 解吸
测量系统（图1）测量高温高压下流体作用后的饱
和吸附的煤粉的自然解吸，通过对比相同解吸时间
下的累计解吸量来评价流体作用对煤岩解吸性能的
影响[17]。
国内外煤层气吸附/ 解吸损害评价操作方法主
要有2 类：一是测试液体浸泡后的煤样等温吸附曲
线；二是在同一压力下，在等温吸附平衡的干岩样
中注入不同液体，逐步降压解吸，得到等温解吸曲
线，进而对煤岩储层吸附性能进行损害评价。
1） 不含吸附气煤岩解吸能力损害评价。干燥
煤样进行吸附前对煤样进行损害是常用的吸附性能
损害实验方法之一。煤样可以是煤粉或柱塞煤样。
虽然柱塞煤样可加围压，更能模拟实际吸附/ 解吸
1. 高压气瓶；2. 标准罐；3. 样品罐；4. 解吸仪；5. 平流泵；
6. 量杯；7. 真空泵；8. 压力传感器；9. 温度传感器；10. 压
力表；11～19. 高压控制阀门；20. 数据采集系统；21. 恒温
温控系统
图1 高温高压煤层气吸附/ 解吸测量系统
情况，但与煤粉相比，吸附/ 解吸时间显著增加，
且吸附/ 解吸受到气体渗流能力的影响，因此，煤
岩吸附实验中多使用煤粉。实验中常制备干燥煤样、
一定湿度的煤样、地层水/ 工作液浸泡后的煤样 。
实验评价方法如下：恒温条件下，测试与工作液接
触后煤样的等温吸附曲线。或在同一压力下，与工
作液接触后煤样达到吸附平衡后的解吸量随时间变
化曲线；此方法易于操作，但不能模拟工作液侵入
对煤岩气层吸附/ 解吸性能的损害的真实情况 [17-18]。
2）气体吸附平衡后煤岩吸附能力损害评价。
为了模拟工作液侵入对煤岩气层吸附/ 解吸性能的
损害，将干煤样在指定压力下吸附平衡后，分别注
入一定量的纯净水（煤样湿度对应水量）、地层水、
工作液，测试这些煤样解吸曲线[16，19-21]。
2.2 煤岩气层扩散性能损害评价
作为煤层吸附气产出的第一阶段和煤岩储层
多尺度传质过程中速率最慢的一环，解吸- 扩散速
率直接决定气体最终采收率和产出速率[22]。扩散
系数可以通过理论估算和实验测得，对于特定地区
特定煤岩的天然气扩散性能最好进行实验测定。扩
散系数的实验室测定方法主要采用直接测定法。直
接测定法根据两端气室是否封闭分为封闭式和开放
式[23-27]，间接法采用解吸法和压力衰减法，表1 对
比了国内外扩散系数测试方法。
工作液对煤层气扩散性能的影响评价通常采用
粉状岩样解吸法。对煤岩气层扩散过程的模拟，常
使用单孔模型，扩散系数只有一个。李相臣等（2014）
让煤粉在相同平衡压力下吸附饱和后，抽真空降压
万方数据
4 钻 井 液 与 完 井 液 2017 年 7 月
解吸，利用排水法获得煤样的解吸曲线，再用单孔
扩散模型拟合数据，求取煤样的扩散系数，通过对
比流体作用前后的扩散系数来评价流体对扩散性能
的影响[17]。也有研究者采用双孔模型评价宏孔和
微孔的损害程度。Pan 等（2010）采用双孔扩散模
型对不同含水量柱状煤样的吸附/ 解吸数据进行拟
合，求取宏孔扩散系数Da 和微孔扩散系数Di，研
究发现Da、Di 均随含水量增加而减小，但Da 受含
水量的影响更大。
表1 煤层吸附气扩散系数测试方法对比
测试
方法
岩样测试原理优缺点
游离烃
浓度法
柱状
测定实验前后样品两
端气室中天然气浓度
来求取扩散系数
理论简单；设
备及操作要求
高；可施加围
压，能够较好地
反映地层真实
情况；无法消
除吸附的影响
水溶烃
浓度法
测定实验前后样品表
面孔隙水中天然气浓
度来计算扩散系数
时滞法
测定实验前后样品表
面岩石中天然气浓度
来计算扩散系数
解吸法
粉状
或柱
状
用单孔或双孔扩散模型
拟合煤样解吸数据，获
得有效扩散系数
可施加围
压；理论成
熟，应用广泛
压力衰
减法
柱状
模拟气体产出的逆过程，
通过P~t 数据反映气体在
岩样中的多尺度传质过
程，并计算气体在不同
扩散阶段下的扩散系数
可施加围压；能
够求取表面扩
散和体积扩散
2 种扩散系数；
理论尚待完善
注：游离烃浓度法和水溶烃浓度法为封闭式，时滞法
为开放式。
2.3 煤岩气层渗透率损害评价
煤层气的产出经历“解吸- 扩散- 渗流”的多
尺度传质过程，这3 个环节紧密相连，相互制约，
煤岩储层渗流能力的削弱会抑制基质中吸附态甲烷
的解吸以及游离气相的扩散，并最终影响煤层气井
的单井产能。渗透率测试方法包括稳态法和非稳
态法2 种，对于低渗岩样多用非稳态法。根据测
量所用介质又可分为气测渗透率法和液测渗透率
法[28-35]。气体稳态渗透率的测量基于达西定律，当
出现气体滑脱现象时，需要进行滑脱校正。气体非
稳态渗透率的测量方法目前常用的有压力脉冲法和
压力衰减法。气体稳态法和非稳态的压力脉冲、压
力衰减法[28] 的测试范围和优缺点见表2。
表2 煤岩气层渗透率测试方法对比
测试
方法
测试范围
mD
优点缺点
稳态法
0.1～
10 000
投资低，操作系统简单
耗时，需气
体滑脱校准
压力脉
冲法
0.000 01
～0.1
超低渗透率测试唯
一方法，无需流量
计，省时、精度高
需精密压力传感
器，对温度要求
高，严格防泄漏
压力衰
减法
0.001～
30 000
无需流量计，能
获得K∞和Kg
需精密压力传感
器，对温度要求
高，严格防泄漏
注：压力脉冲法和压力衰减法为非稳态法。
煤层气产出也受到煤层排水降压情况影响，因
此煤岩气层损害评价还要评价液体渗透率损害。目
前国内外液体非稳态法应用最多的主要也是压力脉
冲法[28] 和压力振荡法，液体渗透率测量方法对比
见表3。液体压力脉冲法与气体压力脉冲法测试原
理类似，同样在上游容器施加略高于下游容器的压
力，监测上下游容器压力的变化，通过这一变化计
算渗透率。两者的区别在于增加上游端压力的方法
不同，气体压力脉冲采用气源增压，而液体压力脉
冲采用旋进针型阀增压。压力振荡法则是在岩心上
游施加特定的正弦振荡，由于样品的渗透性，在样
品的下游端将会出现压力响应，表现为相位延迟和
振幅减小，再经过相应的数学处理求取渗透率[16]。
表3 液体渗透率测量方法对比
测试
方法
测试原理优缺点
稳态法达西定律
时间跨度大，耗时；
受环境因素影响大。
压力脉
冲法
在上游容器施加略高于下
游压力，然后监测上下游
容器压力变化，经过相应
的数学处理确定渗透率。
测试效率和精度高；
对温度、气密性、压
力传感器精度要求高。
压力振
荡法
上游施加正弦振荡，下游会
出现压力相应，表现为相
位延迟、振幅减小，经过
相应的数学处理得渗透率
需2 台高精度恒流恒
压泵，设备要求高。
注：压力脉冲法和压力振荡法为非稳态法。
评价工作液对煤岩储层渗透率影响的实验装置
各式各样，渗透率测试方法也各不相同，有稳态法
和非稳态法，实验评价指标主要为渗透率损害率或
恢复率。
万方数据
第 34 卷 第 4 期 游利军等：煤岩气层损害机理与评价方法 5
1）稳态法测量渗透率。Chen 等（2006）结合
煤层气产出过程，采用稳态法以返排恢复率作为渗
透率损害的评价参数，评价了不同压裂液体系对煤
岩气体渗透率和液体渗透率的影响，实验流程如
图2。该装置能够同时满足气体和液体2 种渗流介
质[36]。余维初等（2011）设计了能实现三维应力
下渗透率测量的多功能煤岩气层钻井液动态损害评
价系统，采用稳态法测量渗透率，分析了钻井液对
煤岩渗流能力的影响[37]。李相臣等（2014）通过
钻井完井液动态损害评价和滤液静态损害评价来分
析钻井完井液侵入对煤岩渗流能力的影响，实验过
程采用稳态法测量渗透率，并用渗透率返排恢复率
来表征损害程度[17]。
1～2. 高压气瓶；3. 加湿容器；4～5. 活塞式中间容器；
6. 围压泵；7. 岩心夹持器；8. 回压调节器；9～19. 控制阀
门 ；20～24. 精密压力表
图2 满足气体、液体2 种介质的渗透率损害评价装置
2）非稳态法测量渗透率。赖晓晴等（2013）
采用超低渗透率储层损害评价装置测试了钻井液作
用前后的煤岩液体渗透率。该装置渗透率测试方法
为压力振荡法，正弦压力由HSP-100/BX 型恒流恒
压泵产生，并以渗透率损害率为指标评价了流体
侵入对煤岩渗流能力的影响[16]。黄维安等（2012）
基于压力脉冲法测量不同流体作用前后煤岩气体的
渗透率，采用渗透率损害率来评价流体侵入对煤岩
渗流能力的影响[38]。
3 讨论
煤层气开采经历解吸→扩散→渗流→入井形成
产量的全过程，气藏开发中各类钻完井工程甚至压
裂增产过程使用的工作液与煤层接触后，工作液中
化学物质与气层发生一系列物理- 化学反应，造成
一定的储层损害，甲烷解吸速率、游离气相的扩散
速率、渗透率都有可能会不同程度地降低。
3.1 渗流能力测试是煤岩储层损害评价的关键
煤层气必须先通过排水降压至临界解吸压力，
使基质孔隙内表面吸附的煤层气发生解吸，再由基
质孔隙扩散到裂隙中，最后从裂隙流向井筒，在此
过程中，气、水处于同流状态[39]。不管煤岩类型
和变质程度，相同时间段内甲烷解吸量和解吸速度
都随着水分的增加而减小[40]，因此，只有让煤层
中的水排出，才能促使煤层气的解吸，而煤层中水
的渗流主要受裂缝渗透率的影响，渗流能力仍然是
煤岩储层损害评价的重点。
3.2 煤岩渗透率测试需要考虑吸附气的影响
煤岩具有较大的比表面积和较强的吸附性能。
煤层吸附甲烷后，将引起基质的膨胀和煤体结构、
表面特性等改变，这些都将直接或间接引起煤岩储
层中气、水的渗透率变化。因此，煤样渗透率测试
中如使用非吸附性气体，将影响渗透率测试的准确
性，影响煤岩储层损害的进一步评价。因此，煤样
渗透率测试过程中必须考虑气体吸附的影响。
3.3 煤岩储层损害评价需考虑多尺度传质过程
煤层气产出为一个多尺度的传质过程，具有时
间和空间的多尺度性，空间尺度涉及煤岩裂隙系统
孔隙、割理、裂缝的不同直径大小，时间尺度涉及
煤层甲烷传递过程中解吸、扩散、渗流各阶段耗时
长短[41]。Kang（2016）等研究了压裂液作用对煤
岩多尺度传质能力的影响，分别开展了工作液侵入
对煤岩解吸量、扩散系数、渗透率的影响实验[42]，
实验结果如表4 所示。
表4 压裂液作用前后煤样多尺度传质能力对比
煤样和损害率
吸附能力/
cm3/g
扩散系数/
10-5/s
渗透率/
mD
平衡水煤样16.2 2.965 483.00
压裂液作用煤样14.5 2.283 115.00
损害率/% 10.5 23.0 76.19
从表4 可以看出，压裂液作用后的煤样解吸、
扩散、渗流能力降低幅度不同。因此，单一评价煤
岩某种传质行为损害程度并不能评价煤岩产气损害
能力。罗平亚（2013）指出只有测定出煤岩气藏不
同开采方式、不同开采阶段气体的解吸速度、扩散
速度、渗流速度等，并对比确定速度最慢的环节，
万方数据
6 钻 井 液 与 完 井 液 2017 年 7 月
才能确定在此条件下单井产量的主控因素，且对大
多数煤层而言，由于其对甲烷吸附能力强，解吸能
力弱、游离甲烷含量低、地层压力低、渗透率很低，
使煤层气的解吸速度和扩散速度都比渗流速度慢，
对于这类煤层而言，游离态甲烷气的渗流在其运移
中不占主导地位，而解吸和扩散常常成为其运移的
主控因素[43]。因此，结合煤岩气藏的多尺度效应，
模拟工作液侵入煤岩气层前后损害评价，需将吸
附/ 解吸性能损害评价、扩散性能损害评价及渗流
性能损害评价3 者结合起来，考虑煤层甲烷运移的
主控因素，建立基于整个多尺度传质过程的简洁、
有效的综合评价方法。
4 结论与建议
1. 煤岩具有吸附性强、表面积大、渗透性低及
易压缩、易破碎等特性，处于酸性环境，煤岩气层
潜在强应力敏感性、固相堵塞、碱敏性、煤粉运移
堵塞、聚合物吸附滞留损害等。
2. 深层煤岩气层，可能具有超低含水饱和度现
象，气井不产水或很少产水，水相圈闭损害是其重
要损害方式。
3. 煤层气产出的解吸→扩散→渗流是一个串联
发生的过程，损害可能会影响煤层气产出的每个过
程；有效地评价煤层气每个过程的损害，才能有针
对性寻找加快最慢一个过程的方式和途径。
4. 煤岩气层损害评价既考虑煤层气产出过程的
损害，又要考虑水相渗流能力的损害；气体渗流能
力损害评价是关键，但要考虑多尺度传质过程损害。
参 考 文 献
[1] 刘成林，朱杰，车长波，等.新一轮全国煤层气资源
评价方法与结果[J].天然气工业，2009，29（11）：
130-132.
LIU Chenglin，ZHU Jie，CHE Changbo，et al.A new
round of national CBM resources evaluation methods
and results[J]. Natural Gas Industry，2009，29（11）：
130-132.
[2] 傅学海，秦勇，桑树勋，等.煤层气地质学 [M]. 石油
勘探与开发，徐州：中国矿业大学出版社，2007.
FU Xuehai，QIN Yong，SANG Shuxun，et al.
Coalbed methane geology[M].Xuzhou ：China University
of Mining and Technology Press，2007.
[3] 林海，陈磊，张艺聪，等.宁武盆地 4# 和 9# 煤岩坍
塌机理[J]. 钻井液与完井液，2014，31（5）：14-17.
LIN Hai，CHEN Lei，ZHANG Yicong，et al.Study on
collapse of No. 4 and No. 9 coal rocks in Ningwu basin[J].
Drilling Fluid &amp;amp; Completion Fluid，2014，31（5）：14-17.
[4] 吕帅锋，王生维，乌效鸣，等．顺煤层钻进可降解
聚合物钻井液[J]. 钻井液与完井液，2016，33（4）：
20-26．
LYU Shuaifeng，WANG Shengwei，WU Xiaoming，
et al. Degradable polymer drilling fluids for in-seam
drilling[J]. Drilling Fluid &amp;amp; Completion Fluid，2016，33
（4）：20-26.
[5] 杨晓萍，顾家裕.煤系地层中储层基本特征与优质
储层的形成与分布[J]. 沉积学报，2007， 25（6）：
891-895.
YANG Xiaoping，GU Jiayu.General feature of
reservoir in coa-l bearing formation and distribution of the
favorable reservoir[J]. Journal of Sedimentology，2007，
25（6）：891-895.
[6] 游利军，谢婷，康毅力.超低含水饱和度致密砂岩
气藏损害因素[J]. 新疆石油地质，2012，33（6）：
700-703.
YOU Lijun，XIE TING，KANG Yili.Damages of
tight sandstone gas reservoirs with ultra-low water
saturation[J].Petroleum Geology of Xinjiang，2012，33
（6）：700-703.
[7] PURI R，KING G E，PALMER I D. Damage to
coal permeability during hydraulic fracturing[C]//
Low Permeability Reservoirs Symposium.Society of
Petroleum Engineers，1991.
[8] 李前贵，康毅力，徐兴华，等.煤岩孔隙结构特征及
其对储层损害的影响[J]. 西南石油学院学报，2002，
24（3）：1-5.
L I Qi a n g u i ，KANG Yi l i ，XU Xi n g h u a ， e t
al.Characteristics of pore structure and its impact on
reservoir damage mechanisms of coalbed[J]. Journal of
Southwest Petroleum University，2002，24（3）：1-5.
[9] 张公社，田文涛，陶杉，等.煤层气储层煤粉运移
规律试验研究[J]. 石油天然气学报，2011，33（9）：
105-108，168.
ZHANG Gongshe，TIAN Wentao，TAO Shan，et
al.Experimental study on coalbed movement in cbm
reservoir[J]. Journal of Oil and Gas Technology，2011，
33（9）：105-108，168.
[10] 崔思华，管保山，张遂安，等.煤岩储层伤害机理及
评价方法[J]. 中国煤层气，2012，9（3）：38-41.
CUI Sihua，GUAN Baoshan，ZHANG Suian，et al.
Mechanism of coal &amp;amp; rocks reservoirs and evaluation
methods[J].Coalbed Methane of China，2012，9（3）：
万方数据
第 34 卷 第 4 期 游利军等：煤岩气层损害机理与评价方法 7
38-41.
[11] CLARKSON C R， BUSTIN R M.The effect of pore
structure and gas pressure upon the transport properties
of coal ：laboratory and modeling study.1.Isotherms
and pore volume distributions[J].Fuel，1999，78（11）：
1333-1344.
[12] KROOSS B M，VAN BERGEN F，GENSTERBLUM Y，
et al.High-pressure methane and carbon dioxide adsorption
on dry and moisture-equilibrated Pennsylvanian coals[J].
International Journal of Coal Geology，2002，51（2）：
69-92.
[13] SIEMONS N，BUSCH A，BRUINING H，et al.
Assessing the kinetics and capacity of gas adsorption in
coals by a combined adsorption/diffusion method[C]//SPE
Annual Technical Conference and Exhibition，Society of
Petroleum Engineers，2003.
[14] 陈尚斌，朱炎铭，刘通义，等.清洁压裂液对煤层气
吸附性能的影响[J]. 煤炭学报，2009，34（1）：89-94.
CHEN Shangbin，ZHU Yanming，LIU Tongyi，et
al.Impact of the Clear fracturing fluid on the Adsorption
Properties of CBM[J]. Journal of China Coal Society，
2009，34（1）：89-94.
[15] PAN Z J，CONNELL L D，CAMILLERI M，et al.
Effects of Matrix Moisture on Gas Diffusion and Flow in
Coal[J].Fuel，2010，89（11）：3207-3217.
[16] 赖晓晴，杨恒林，乔磊，等.钻井液对煤层气储层损
害室内评价技术研究[C].2013 年煤层气学术研讨会论
文集，2013.
LAI Xiaoqing，YANG Henglin，QIAO Lei，et al.Study
on the laboratory evaluation of cbm reservoir damage
of drilling fluid[C]. Proceedings of the 2013 CBM
Symposium，2013.
[17] 李相臣，康毅力，陈德飞，等.钻井完井液对煤层气解吸-
扩散- 渗流过程的影响[J].天然气工业，2014，34（1）：
86-91.
LI Xiangchen，KANG Yili，CHEN Defei，et al.Effect
of drill-in fluids on CBM desorption、diffusion and
percolation[J].Natural Gas Industry，2014，34（1）：
86-91.
[18] 丛连铸，汪永利，梁利，等.水基压裂液对煤层储
气层伤害的室内研究[J]. 油田化学，2002，19（4）：
334-336.
CONG Lianzhu，WANG Yongli，LIANG Li，et al.
A laboratory study on damage to gas-bearing coalbed by
aqueous fracturing fluids[J].Oilfield Chemistry，2002，
19（4）：334-336.
[19] 姜韡，游尧.钻井液对高煤阶煤层气解吸率损害评
价方法研究[J]. 复杂油气藏，2014，7（1）：62-64.
JIANG Wei，YOU Yao.The assessmen approach for
the desorption rate of high-rank coalbed methane damaged
by drilling fluid[J].Complex Hydrocarbon Reservoirs，
2014，7（1）：62-64.
[20] 夏永江，管保山，梁利，等.表面活性剂对煤层气压
裂伤害研究[J].科技导报，2014，32（8）：32-38.
XIA Yongjiang，GUAN Baoshan，LIANG Li，et
al.Fracturing damage of coal bed methane caused by
surfactants[J].Science &amp;amp; Technology Review，2014，32
（8）：32-38.
[21] 胡友林，代杰.钻井过程中煤层气储层损害机理研究[J].
煤矿安全，2014，45（4）：5-8，12.
HU Youlin，Dai Jie.Research on coalbed methane
reservoir damage mechanism during drilling[J].Safety in
Coal Mines，2014，45（4）：5-8，12.
[22] 谢向向，张玉贵，姜家钰.钻井液对煤心煤层气解吸
损失量的影响[J].煤田地质与勘探，2015，43（1）：
30-34.
XIE Xiangxiang，ZHANG Yugui，JIANG Jiayu，et
al.The influence of drilling fluid on coal bed methane
desorption loss of coal core[J].Coal Geology &amp;amp;
Exploration，2015，43（1）：30-34.
[23] 柳广弟，赵忠英，孙明亮，等.天然气在岩石中扩散
系数的新认识[J].石油勘探与开发，2012，39（5）：
559-565.
LIU Guangdi，ZHAO Zhongying，SUN Mingliang，
et al. New insights into natural gas diffusion coefficient
in rocks[J]. Petroleum Exploration and Development，
2012，39（5）：559-565.
[24] ETMINAN S R，JAVADPOUR F，MAINI B B，et
al.Measurement of gas storage processes in shale and of the
molecular diffusion coefficient in kerogen[J].International
Journal of Coal Geology，2014，123 ：10-19.
[25] CUI X，BUSTIN M M，BUSTIN R M. Measurements
of gas permeability and diffusivity of tight reservoir rock ：
different approaches and their applications[J]. Geofluids，
2009，9（3）：208-223.
[26] CHARRIÈRE D，POKRYSZKA Z，BEHRA P.Effect
of pressure and temperature on diffusion of CO2 and CH4
into coal from the lorraine basin[J]. International Journal
of Coal Geology，2010，81（4）：373-380.
[27] KROOSS B M.LEYTHAEUSER D.Experimental
measurements of the diffusion parameters of light
hydrocarbons in water-saturated sedimentary rocks—
II.Results and geochemical significance[J].Organic
Geochemistry，1988，12（2）：91-108.
[28] CLARKSON C R，BUSTIN R M.The effect of pore
structure and gas pressure upon the transport properties
万方数据
8 钻 井 液 与 完 井 液 2017 年 7 月
of coal ： a laboratory and modeling study.2. Adsorption
rate modeling[J]. Fuel，1999，78（11）：1345-1362.
[29] 康毅力，张晓磊，游利军，等.压力衰减法在大牛地
致密储层流体敏感性评价中的应用[J]. 钻井液与完井
液，2013，30（6）：81-84.
KANG Yili，ZHANG Xiaolei，YOU Lijun，et al[J].
A new method to evaluate fluid sensitivity of tight
reservoir ：pressure decay analysis[J].Drilling Fluid &amp;amp;
Completion Fluid，2013，30（6）：81-84.
[30] CUI X A，BUSTIN R M，BREZOVSKI R，et al.A new
method to simultaneously measure in-situ permeability
and porosity under reservoir conditions ：Implications
for characterization of unconventional gas reservoirs[C]//
Canadian Unconventional Resources and International
Petroleum Conference.Society of Petroleum Engineers，
2010.
[31] 李智锋，李治平，王杨，等.页岩气储层渗透性测
试方法对比分析[J]. 断块油气田，2011，18（6）：
761-764.
LI Zhifeng，LI Zhiping，WANG yang，et al.
Comparison and analysis of permeability testing methods
on shale gas reservoir[J].Fault-Block Oil &amp;amp; Gas Field，
2011，18（6）：761-764.
[32] 胡昌蓬，宁正福.室内渗透率测量方法对比分析 [J].
重庆科技学院学报：自然科学版，2012，14（1）：
75-78.
HU Changpeng，NING Zhengfu.A comparative analysis
of permeability measuring methods in laboratory[J]. Journal
of Chongqing University of Science and Technology ：
Natural Science Edition，2012，14（1）：75-78.
[33] 于荣泽，卞亚南，张晓伟，等 . 页岩储层非稳态渗透
率测试方法综述[J].科学技术与工程，2012，20（27）：
7019-7027.
YU Rongze，BIAN Yanan，ZHANG Xiaowei，et
al.The review of non-steady permeability test in shale gas
reservoir[J]. Science Technology and Engineering，2012，
20（27）：7019-7027.
[34] 赵立翠，王珊珊，高旺来，等.页岩储层渗透率测
量方法研究进展[J]. 断块油气田，2013，20（6）：
763-767.
ZHAO Licui，WANG Shanshan，GAO Wanglai，et
al.Research progress in permeability measurement method
of shale gas reservoir[J].Fault-Block Oil &amp;amp; Gas Field，
2013，20（6）：763-767.
[35] 中华人民共和国行业标准编写组.SY/T 5336—2006岩
心常规分析方法[S].北京：石油工业出版社，2006.
Industry Standard Compilation Group of China.SY/T
5336—2006 Conventional analysis methods for cores[S].
Beijing ：Petroleum Industry Press，2006.
[36] CHEN Z，KHAJA N，VALENCIA K，et al.Formation
damage induced by fracture fluids in coalbed methane
reservoirs[C]//SPE Asia Pacific Oil &amp;amp; Gas Conference
and Exhibition.Society of Petroleum Engineers，2006.
[37] 余维初，蒋光忠，汪伟英，等.多功能煤储层钻井液
动态污染评价系统[J]. 钻井液与完井液，2011，28（4）：
11-13.
YU Weichu，JIANG Guangzhong，WANG Weiying，et
al. Research and application of multi-function evaluation
system for dynamic contamination of drilling fluid in
coal-bed reservoir[J]. Drilling Fluid &amp;amp; Completion Fluid，
2011，28（4）：11-13.
[38] 黄维安，邱正松，王彦祺，等.煤层气储层损害机理
与保护钻井液的研究[J]. 煤炭学报，2012，37（10）：
1717-1721.
HUANG Weian，QIU Zhengsong，WANG Yanqi，et
al.Study on damage mechanism and protection drilling
fluid for coalbed methane[J].Journal of China Coal
Society，2012，37（10）：1717-1721.
[39] LI S，TANG D，XU H，et al.The pore-fracture
system properties of coalbed methane reservoirs in the
Panguan Syncline， Guizhou，China[J].Geoscience
Frontiers，2012，3（6）：853-862.
[40] 陈向军，程远平，王林.外加水分对煤中瓦斯解吸抑
制作用试验研究[J]. 采矿与安全工程学报，2013，30
（2）：296-301.
CHEN Xiangjun，CHEN Yuanping，WANG Lin.
Experimental study on the inhibition of injection water to
the gas desorption of coal[J]. Journal of Mining &amp;amp; Safety
Engineering，2013，30（2）：296-301.
[41] 刘大伟，王绮，虞海法，等.钻井液损害煤层评价方
法探讨[J].天然气工业，2015，35（6）：70-75.
LIU Dawei，WANG Qi，YU Haifa，et al.Discussion
on the evaluation method for coalbed damage caused by
drilling fluids[J]. Natural Gas Industry，2015，35（6）：
70-75.
[42] KANG Y，HUANG F，YOU L，et al. Impact of
fracturing fluid on multi-scale mass transport in coalbed
methane reservoirs[J].International Journal of Coal
Geology，2016，154 ：123-135.
[43] 罗平亚.关于大幅度提高我国煤层气井单井产量的探
讨[J]. 天然气工业，2013，33（6）：1-6.
LUO Pingya. A Discussion on how to sifnificantly
improve the single-well productivity of CBM gas wells in
china[J]. Natural Gas Industry，2013，33（6）：1-6.
（收稿日期2017-04-25；HGF=1703N4；编辑 王小娜）

网友评论 more

化工安全论文最新内容

03-11