煤储层可改造性主控因素研究

冯宏飞

摘 要：储层改造是煤层气井提高产能的重要措施，综合评价储层可改造性是实施储层改造前的一项重要工作。通过阅读大量有关储层改造方面的文献，认识了影响煤储层可改造性的众多因素，其中储层物性、岩石力学参数与工程因素等是决定煤储层可改造性的关键因素。评价煤储层的可改造性可以提高工程的成功率进而提高煤层气的产能。

关键词：煤储层 可改造性 主控因素

中图分类号：P618.11 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（a）-00-02

近年来，世界各国都大力开采煤层气，但受煤储层低压、低渗、低含气饱和度等因素影响，煤层气井需要经过储层改造才能获得理想的产能，针对储层改造，要考虑储层的地质特点等因素，在环境破坏和经济投资最小的基础上做出适宜的储层改造方案，因此改造储层之前，有必要对煤储层可改造性进行评价。众多学者对煤储层可改造性影响因素进行了研究，取得了不少研究成果，主要包括：颜志丰等研究证实天然隙的存在对储层改造具有一定的影响[1]；冯晴等研究得到储层改造除受地应力影响外，还受局部构造应力及先存裂隙的控制[2]；郑长东、王青川等从煤体结构及其围岩特征研究了煤储层可改造性，认识到原生结构煤和碎裂煤比较适合改造，构造煤不适合改造[3]。

该文在前期研究工作的基础上，拟从煤储层物性、岩石力学参数与工程因素方面对影响煤储层可改造性的主控因素进行综述。以期为煤储层可改造性评价提供参考。

1 影响煤储层可改造性的主控因素

可改造性是煤储层地质特征的综合反映，影响因素复杂，有储层物性、岩石力学参数与工程因素等方面。

1.1 储层物性

1.1.1 煤体结构

原生结构煤和碎裂结构煤特点是硬度高。原生结构煤，割理裂隙不发育，渗透性差；碎裂煤割理裂隙发育，渗透性高。由于强度高，形成裂缝后，加入支撑剂能形成有效的人工裂缝，渗透率偏低利于造成长裂缝。因此，原生结构煤和碎裂煤适合压裂改造[1，2]。

碎粒煤和糜棱煤受破坏严重，强度低，坚固性差，这些特点决定了在压裂施工时破裂压力较低，容易形成多裂缝，形成的人工裂缝的导流能力低。这些特点决定了压裂时不能造出长的人工裂缝。因此，构造煤不适合压裂改造[1，2]。

1.1.2 煤岩坚固性系数

煤的坚固性系数，是反映煤体破碎难易程度的指标。煤储层改造时压力的设定要保证足够的起裂压力使煤体破坏，在对煤储层进行改造之前要了解该区煤储层的坚固性系数。秦义[3]等认为煤岩坚固性系数反映出煤岩抵抗外界破坏的能力，能够量化表征煤体结构发育特征。

1.1.3 储层脆性

脆性由储层矿物组分中石英、长石、方解石含量决定。石英含量增加将提高储层的脆性，富含石英或者碳酸盐等脆性物质的储层有利于产生缝网，而黏土矿物含量高的塑性地层则不易形成缝网。储层脆性越高，人工压裂时越容易产生裂缝，可改造性越好。

1.1.4 储层裂隙发育特征

根据前人研究结果[4-6]，天然裂隙对储层改造的影响表现在两个方面：（1）天然裂隙是破裂面，压裂改造过程中它能控制压裂裂隙的传播；（2）由压裂所带来的高压会导致天然裂隙滑移，形成的裂隙会沿着天然裂隙网络延伸，增加了天然裂隙网与井筒之间的连通。因此天然裂隙的存在更容易使储层改造获得成功，诱导形成缝网[6]。

1.1.5 储层渗透率

对储层渗透性测试并根据测试结果采取有效的压裂方式来提高储层渗透性是一项非常必要的工作。李全贵等针对低渗煤层瓦斯抽采率低，用水力压裂技术对储层进行改造，结果表明，通过水力压裂煤层渗透率得到了提高，瓦斯抽采效果显著[7]。

1.2 岩石力学参数

煤层的岩石力学参数反应储层破裂的难易程度。

1.2.1 抗压强度

煤岩样在单向受压条件下整体破坏时的压力为单轴抗压强度，它是岩石力学试验中最基本的指标之一，所得结果可以间接反映地层破裂强度，煤岩储层的抗压强度越大，岩石密度越大，破裂难度也越大[8]。

1.2.2 抗张强度

是指岩石在单向拉应力作用下达到破坏的极限强度。在数值上等于破坏时的最大拉应力，反应煤岩的破裂难易程度，抗张断裂时，基本上是沿层理面断开的[9]。

1.2.3 杨氏模量

指其所受应力与应变的比，是描述岩石抵抗形变能力的物理量，煤岩具有高的杨氏模量意味着脆性大，钻井或压裂过程中越容易产生裂隙有利于煤层气开采[4]。

1.2.4 泊松比

是在上覆岩石垂直重力作用下，煤岩水平侧向应力大小的依据，因而是决定裂缝产状的参数之一，也是决定垂直缝破裂压力计算参数之一。煤储层的泊松比较高，脆性大，较砂岩更易受力压缩[10]。

1.3 工程因素

1.3.1 速敏试验

流体流动速度变化引起储层岩石中微粒运移堵塞吼道，导致储层渗透率发生变化的现象。评价速敏性用两个参数：一个是临界流速；另一个是发生微粒运移后渗透率降低程度。实验表明，速敏造成的微粒运移能使渗透率降低11.76%～17.94%[4，9]。

1.3.2 水敏試验

水敏是指低矿化度的注入水进入储层后引起黏土膨胀、分散、运移，导致储层渗透率发生变化的现象。即使富含低膨胀或非膨胀性黏土矿物的地层，在水介质环境变化时，由于这类黏土矿物水化分解产生的微粒运移也会造成地层损害[4，9]；储层改造前期，必然要进行敏感性评价工作。

1.3.3 水平应力差异系数

水平应力差异系数是指两相水平主应力差值与最小水平主应力的比值。水平主应力差越小，越有利于形成网状裂缝，储层越容易被压裂，即可改造性越好[4]。

2 结语

通过阅读大量文献得到了一些有意义的结论，可改造性评价需要综合分析地质条件、岩石力学特征和工程因素。

（1）构造煤坚固性系数小，易压裂，但不易形成主裂缝，原生结构煤和碎裂煤压裂后能形成有效的人工裂缝，适合压裂改造；低渗储层、天然裂隙存在的储层、脆性高的储层，更容易使储层改造获得成功。

（2）煤岩储层的抗压、抗张强度越大，压裂改造难度也越大；杨氏模量越大压裂改造过程中越容易产生裂隙，煤储层的泊松比越高，越易受压变形，可改造性越强。

（3）速敏、水敏会使储层渗透率降低，储层改造前，有必要对储层敏感性进行评价；水平主应力差越小，越有利于形成网状裂缝，可改造性越好。

参考文献

[1] 颜志丰.沁水盆地南部煤层气储层压裂过程数值模拟研究[J].地球物理学报，2013，56（5）：1734-1744.

[2] 冯晴.沁水盆地煤岩力学特征及其压裂裂缝的控制[J].煤炭科学技术，2011，39（3）：100-103.

[3] 郑长东.黔北煤田长岗向斜煤储层特征与压裂可改造性研究[J].煤炭科学技术，2018，46（9）：208-216.

[5] 琚宜文.页岩气储层主要特征及其对储层改造的影响[J].地球科学进展，2014，29（4）：492-506.

[6] 颜青.比德-三塘盆地煤与岩石力学性质及煤层压裂可改造性[D].中国矿业大学，2014.

[7] 秦义.沁水盆地南部高煤阶煤层气井排采工艺研究与实践[J].天然气工业，2011，31（11）：22-25.

[8] 罗天雨.天然裂缝对水力压裂的影响研究[J].石油天然气学报，2007，29（5）：141-149.

[9] 陈勉.大尺寸真三轴水力压裂模拟与分析[J].岩石力学与工程学报，2000，19（6）：868-872.

[10] 李全贵.低透气性煤层水力压裂增透技术应用[J].煤炭工程，2012（1）：31-36.

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2020-05-04