摘要：煤層氣開發(fā)中無機礦物堵塞容易導致煤層氣井低產(chǎn)，嚴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礦物的有效手段之一。基于無機礦物的多組分酸液溶蝕試驗，考慮泡排作用對無機礦物的潤濕攜帶效果，研究了起泡劑復配酸液解堵劑對低產(chǎn)煤層氣井無機礦物的泡排酸蝕解堵特性。結(jié)果表明：氫氟酸對以硅酸鹽巖為主要成分的無機礦物的溶蝕效果較鹽酸與乙酸最佳，酸液質(zhì)量分數(shù)超過12%對無機礦物溶蝕率增長不顯著。多組分酸較單組份酸對無機礦物溶蝕率更高，普遍達40%～80%。當復配解堵劑中起泡劑質(zhì)量分數(shù)小于0.6%時，隨起泡劑濃度增長，溶液表面張力、溶液與無機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，泡沫攜粉含量越高。當起泡劑質(zhì)量分數(shù)超過0.6%后，復配解堵液表面張力呈紊亂趨勢，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泡沫半衰期影響更為嚴重。由于十二烷基葡萄糖苷(APG)復配酸液表面張力最小，泡沫穩(wěn)定綿密且對無機礦物潤濕性最好，選取耐酸性強的非離子型表面活性劑APG作為起泡劑復配酸液為優(yōu)選的溶蝕無機礦物解堵劑。泡排作用促進無機礦物溶蝕率少量增長，酸液濃度對泡沫穩(wěn)定性、泡沫半衰期起抑制作用，泡沫攜帶排出的無機礦物粒徑越小，粒徑范圍越窄。

引言

我國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藏國家。煤層氣井排采過程受煤儲層地質(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)氣通道中會嚴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)無機礦物堵塞，擴大煤儲層產(chǎn)氣空隙空間，提高儲層滲透率與產(chǎn)氣效率。

國內(nèi)外學者對解決煤層固相顆粒堵塞問題進行了大量研究。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)出力學機理降低儲層煤粉傷害程度；魏迎春等揭示了煤粉顆粒在裂隙不同位置的運移沉積規(guī)律；綦耀光、張芬娜等共同建立學術(shù)模型分析了煤粉堵塞對煤層孔隙率和滲透率的影響；張遂安等基于無機礦物傷害機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等研究了潤濕性和粒徑對支撐裂縫煤粉滯留的影響；胡勝勇等建立了考慮煤粉動態(tài)運移的裂縫滲透率演化數(shù)學模型；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礦物顆粒的清理作用；HE等通過酸溶蝕試驗研究了酸化壓裂液對無煙煤孔隙結(jié)構(gòu)及連通性的影響；張金發(fā)等研究了土酸對砂巖中黏土礦物的改造解堵機理；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。前人多基于物理實驗研究排采條件對解決固相顆粒堵塞的影響，鮮有學者從改造解堵液化學性質(zhì)的角度考慮解堵劑對堵塞顆粒的溶蝕效果與潤濕分散效果。筆者確定了清理無機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濕效果，開展了酸蝕泡排作用下井筒內(nèi)滯留無機礦物運移排出試驗，研究了泡沫酸對無機礦物溶蝕解堵特性與攜帶運移排出特性的影響規(guī)律，為煤儲層支撐裂縫內(nèi)無機礦物酸蝕解堵、酸壓或酸洗后儲層裂縫通道內(nèi)水鎖效應、酸渣顆粒二次運移等研究奠定理論基礎。

1.試驗材料

試驗所使用無機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號上煤和15號煤煤層氣，埋深在1 050～1 750 m，屬深部煤層氣，地質(zhì)構(gòu)造變化復雜，儲層產(chǎn)出以黏土礦物為主的泥質(zhì)無機礦物，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。可以看出，2種無機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)酸液進行無機礦物溶蝕試驗，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)塊無機礦物成分分析

表1礦物組分反應式

2.酸蝕作用下無機礦物的溶蝕解堵特性

2.1試驗方案

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

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

圖2無機礦物酸蝕試驗流程

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)量比進行多組分混合酸溶蝕試驗，確定溶蝕無機礦物的最優(yōu)酸蝕解堵劑配方。