摘要：煤層氣開發(fā)中無機(jī)礦物堵塞容易導(dǎo)致煤層氣井低產(chǎn)，嚴(yán)重制約煤層氣井的連續(xù)穩(wěn)定排采與產(chǎn)量，酸蝕溶解是高效清理無機(jī)礦物的有效手段之一。基于無機(jī)礦物的多組分酸液溶蝕試驗(yàn)，考慮泡排作用對(duì)無機(jī)礦物的潤(rùn)濕攜帶效果，研究了起泡劑復(fù)配酸液解堵劑對(duì)低產(chǎn)煤層氣井無機(jī)礦物的泡排酸蝕解堵特性。結(jié)果表明：氫氟酸對(duì)以硅酸鹽巖為主要成分的無機(jī)礦物的溶蝕效果較鹽酸與乙酸最佳，酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過12%對(duì)無機(jī)礦物溶蝕率增長(zhǎng)不顯著。多組分酸較單組份酸對(duì)無機(jī)礦物溶蝕率更高，普遍達(dá)40%～80%。當(dāng)復(fù)配解堵劑中起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.6%時(shí)，隨起泡劑濃度增長(zhǎng)，溶液表面張力、溶液與無機(jī)礦物表面接觸角均逐漸減少，泡排作用下泡沫越綿密，起泡能力逐漸增加，泡沫半衰期逐漸延長(zhǎng)，泡沫攜粉含量越高。當(dāng)起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.6%后，復(fù)配解堵液表面張力呈紊亂趨勢(shì)，泡沫穩(wěn)定性變差。十二烷基二甲基胺乙內(nèi)酯(BS-12)泡沫體系泡徑大較脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)泡沫體系泡徑大小不均對(duì)泡沫半衰期影響更為嚴(yán)重。由于十二烷基葡萄糖苷(APG)復(fù)配酸液表面張力最小，泡沫穩(wěn)定綿密且對(duì)無機(jī)礦物潤(rùn)濕性最好，選取耐酸性強(qiáng)的非離子型表面活性劑APG作為起泡劑復(fù)配酸液為優(yōu)選的溶蝕無機(jī)礦物解堵劑。泡排作用促進(jìn)無機(jī)礦物溶蝕率少量增長(zhǎng)，酸液濃度對(duì)泡沫穩(wěn)定性、泡沫半衰期起抑制作用，泡沫攜帶排出的無機(jī)礦物粒徑越小，粒徑范圍越窄。

引言

我國(guó)煤層氣資源十分豐富，是世界上僅次于俄羅斯和加拿大的第三大煤層氣儲(chǔ)藏國(guó)家。煤層氣井排采過程受煤儲(chǔ)層地質(zhì)與工程因素的影響，普遍存在煤粉、碎屑類礦物、黏土類無機(jī)礦物等固相顆粒產(chǎn)出現(xiàn)象，固相顆粒滯留在煤層氣井產(chǎn)氣通道中會(huì)嚴(yán)重制約煤層氣井的連續(xù)穩(wěn)定排采。酸蝕作用可有效疏通煤層氣井井筒及裂縫內(nèi)無機(jī)礦物堵塞，擴(kuò)大煤儲(chǔ)層產(chǎn)氣空隙空間，提高儲(chǔ)層滲透率與產(chǎn)氣效率。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)解決煤層固相顆粒堵塞問題進(jìn)行了大量研究。姚征等研究了煤層氣開發(fā)中固相微粒生成規(guī)律的影響，并通過分析煤粉產(chǎn)出力學(xué)機(jī)理降低儲(chǔ)層煤粉傷害程度；魏迎春等揭示了煤粉顆粒在裂隙不同位置的運(yùn)移沉積規(guī)律；綦耀光、張芬娜等共同建立學(xué)術(shù)模型分析了煤粉堵塞對(duì)煤層孔隙率和滲透率的影響；張遂安等基于無機(jī)礦物傷害機(jī)理確定了控制煤粉適度產(chǎn)出的排采工作制度；SU等從地質(zhì)條件和開發(fā)技術(shù)查明典型低產(chǎn)井成因；HUANG等研究了潤(rùn)濕性和粒徑對(duì)支撐裂縫煤粉滯留的影響；胡勝勇等建立了考慮煤粉動(dòng)態(tài)運(yùn)移的裂縫滲透率演化數(shù)學(xué)模型；ZOU等優(yōu)化了一種適用于解決煤粉聚集滯留的分散劑體系；LI等發(fā)現(xiàn)了不同組分酸溶液處理對(duì)礦物顆粒的清理作用；HE等通過酸溶蝕試驗(yàn)研究了酸化壓裂液對(duì)無煙煤孔隙結(jié)構(gòu)及連通性的影響；張金發(fā)等研究了土酸對(duì)砂巖中黏土礦物的改造解堵機(jī)理；劉炎杰等優(yōu)選了最優(yōu)混合酸液配方解決大寧礦礦物堵塞問題。前人多基于物理實(shí)驗(yàn)研究排采條件對(duì)解決固相顆粒堵塞的影響，鮮有學(xué)者從改造解堵液化學(xué)性質(zhì)的角度考慮解堵劑對(duì)堵塞顆粒的溶蝕效果與潤(rùn)濕分散效果。筆者確定了清理無機(jī)礦物的最佳混合酸液及配比，基于不同起泡劑在混合酸液中的起泡與潤(rùn)濕效果，開展了酸蝕泡排作用下井筒內(nèi)滯留無機(jī)礦物運(yùn)移排出試驗(yàn)，研究了泡沫酸對(duì)無機(jī)礦物溶蝕解堵特性與攜帶運(yùn)移排出特性的影響規(guī)律，為煤儲(chǔ)層支撐裂縫內(nèi)無機(jī)礦物酸蝕解堵、酸壓或酸洗后儲(chǔ)層裂縫通道內(nèi)水鎖效應(yīng)、酸渣顆粒二次運(yùn)移等研究奠定理論基礎(chǔ)。

1.試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所使用無機(jī)礦物樣品取自山西省武鄉(xiāng)區(qū)塊已施工的2口典型低產(chǎn)煤層氣井。武鄉(xiāng)區(qū)塊位于山西省中南部，沁水煤田中段東部，主要開發(fā)3號(hào)上煤和15號(hào)煤煤層氣，埋深在1 050～1 750 m，屬深部煤層氣，地質(zhì)構(gòu)造變化復(fù)雜，儲(chǔ)層產(chǎn)出以黏土礦物為主的泥質(zhì)無機(jī)礦物，具有礦物含量高、黏性大、含碳量低的非煤特性。

圖1為2口低產(chǎn)井采集樣品的X射線衍射結(jié)果?？梢钥闯觯?種無機(jī)礦物樣品中硅酸鹽巖成分占比大，因此選用乙酸、鹽酸、氫氟酸3種常規(guī)酸液進(jìn)行無機(jī)礦物溶蝕試驗(yàn)，理想狀態(tài)下礦物組分被單一酸液的侵蝕過程見表1。選用的3種常見起泡劑分別為：十二烷基二甲基胺乙內(nèi)酯(BS-12)、十二烷基葡萄糖苷(APG)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)，見表2。其中BS-12為兩性離子型起泡劑、APG為陰?非離子型起泡劑、AEO為非離子型起泡劑。

圖1武鄉(xiāng)區(qū)塊無機(jī)礦物成分分析

表1礦物組分反應(yīng)式

2.酸蝕作用下無機(jī)礦物的溶蝕解堵特性

2.1試驗(yàn)方案

1)將無機(jī)礦物樣品進(jìn)行粉碎，篩分粒徑為1016～2032 mm的無機(jī)礦物烘干24 h。

2)如圖2所示，將乙酸、鹽酸、氫氟酸分別與無機(jī)礦物開展溶蝕試驗(yàn)，在水浴鍋35℃內(nèi)將1.5 g無機(jī)礦物與15 mL酸液配比進(jìn)行靜態(tài)溶蝕試驗(yàn)，酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%、6%、9%、12%、15%。

圖2無機(jī)礦物酸蝕試驗(yàn)流程

3)每隔2 h記錄溶蝕效果，酸浸12 h后過濾液體，收集烘干酸渣(于100℃烘箱中烘干12 h至恒重)計(jì)算溶蝕率，確定酸蝕礦物的最優(yōu)酸度。

4)在最優(yōu)酸度下將3種酸液以1∶1∶1、1∶2∶1、1∶1∶2、2∶1∶1、1∶2∶2、2∶2∶1、2∶1∶2這7種不同質(zhì)量比進(jìn)行多組分混合酸溶蝕試驗(yàn)，確定溶蝕無機(jī)礦物的最優(yōu)酸蝕解堵劑配方。