冯三利

（中联煤层气有限责任公司 北京 100011）

作者简介：冯三利，1956年生，男，高级工程师，现任中联煤层气有限责任公司副总经理，地址：北京市安外大街甲88号，邮编：100011。

摘要 文章从煤层气资源、技术及政策等方面介绍了我国煤层气开发利用现状，阐明了我国煤层气勘探开发存在的问题，并详细分析了当前促进我国煤层气快速发展的机遇，最后对我国煤层气开发利用的前景进行了客观展望。

关键词 煤层气 现状 机遇 前景

Status，OPPortunities and DeveloPment ProsPects of China's CBM Industry

Feng Sanli

（China United Coalbed Methane CorP.Ltd.，Beijing 100011）

Abstract：The article introduced the status of development and utilization of China's CBM from CBM resources，technology and some policies respectively.Some issues of exploration and development of CBMwere also listed in this article.based on the analysis on the various opportunities that China's CBM industry is faced with under new policy environment of China，the author finally looked into the future prospects of CBMdevelopment and utilization in China.

Keywords：CBM；status；opportunities；prospects

煤层气，俗称煤矿瓦斯，是近一二十年来在世界上崛起的新型能源，是一种以吸附状态赋存于煤层中的非常规天然气，其成分与常规天然气基本相同，甲烷含量大于90%，发热量大于8000kcal/m3，完全可以作为与常规天然气同等质量的优质能源和化工原料。同时煤层气在煤矿生产中又是一种有害气体，对煤矿安全生产造成巨大威胁，并且随着煤矿的开采，大量的煤层气排放到大气中又会对环境造成严重污染，是仅次于二氧化碳的主要温室气体来源。所以，开发利用煤层气这一洁净能源，对于优化我国的能源结构、减少温室气体排放、减轻大气污染、解决煤矿安全生产以及实现我国国民经济可持续发展都具有重大的现实意义。

美国是最先取得煤层气商业化开发成功的国家，2004年年产量达到500×108m3，比我国同年天然气年产量还多。近几年来加拿大煤层气产业发展迅猛，从2003年的1×108m3发展到2005年超过30×108m3，此外澳大利亚、印度近年来煤层气也得到了快速发展。

1 我国煤层气开发利用现状

1.1 煤层气资源/储量状况

我国是世界上第一煤炭生产大国，煤炭资源量巨大，同时我国的煤层气资源也十分丰富，2000年由中联煤层气有限责任公司承担的国家计委一类项目“全国煤层气资源评价报告”，预测我国陆上烟煤和无烟煤煤田中，在埋深300～2000m 范围内煤层气资源量为31.46×1012m3，与我国陆上天然气资源量相当，位居世界第三位，见表1所示。

表1 世界主要产煤国家的煤层气资源（埋深2000m以浅）

*《全国煤层气资源评价报告》，中联煤层气有限责任公司，2000年

截至目前，我国已探明煤层气地质储量1023.08×108m3，其中以地面开发为主探明储量754.44×108m3，矿井抽放为主探明储量268.64×108m3，见表2。

表2 我国煤层气探明地质储量一览表

1.2 勘探开发技术现状

经过“六五”到“九五”，特别是“十五”国家科技攻关项目的实施，同时通过学习国外煤层气勘探开发成功经验，结合我国煤田地质特点，我国煤层气从选区评价到勘探开发技术方面取得了长足发展，形成了一系列具有自主知识产权的煤层气勘探开发技术体系，基本掌握了煤层气勘探开发的常规技术。这些技术主要包括：

——煤层气开发有利地区选区评价技术

——绳索取心技术

——清水钻开煤层技术

——水力携砂压裂技术

——清洁压裂液携砂压裂技术

——氮气泡沫压裂技术

——欠平衡钻井和完井技术

——多分支水平井钻井和排采技术

——煤矿井下定向多分支长钻孔抽采技术

1.3 煤层气地面开发情况

我国的煤层气地面勘探开发经过十余年的实践，已取得了重大突破。其中具代表性的实现小规模商业性煤层气地面开发的项目如下：

（1）山西沁水枣园井组煤层气开发试验项目：2003年4月枣园井组开始向外供气。该井组共有生产试验井15口，建有日压缩能力3.6×104m3的小型CNG压缩站和日发电400 kW的小型煤层气发电站，实现了小规模煤层气商业化开发、集输、储运和利用。

（2）辽宁阜新刘家井组煤层气开发项目：阜新项目1999～2001年在阜新刘家井田钻井8口，形成小型井网，单井平均产气量为3000m3/d以上。

（3）山西晋城潘庄煤层气地面开发项目：1992年，在山西沁水潘庄地区施工了7口煤层气生产试验井，排采效果较好。2004～2005年期间在潘庄井田施工了150口煤层气井，压裂排采70口井，日产煤层气约10×104m3。该项目已建成完备的集输管网、集气站和压缩站。

（4）山西沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程——潘河先导性试验项目（简称潘河项目）：该项目是国家发改委批准立项的国家煤层气开发利用高技术产业化示范工程。计划施工900口煤层气井，分三期完成。第一期施工150口煤层气生产试验井，2006年完成，建成一个年产煤层气约1×108m3的煤层气生产示范基地；第二期计划施工400口煤层气生产井，产能达4×108m3/a；第三期计划施工350口煤层气生产井，产能达7×108m3/a。到2005年底，已完成100口井的钻井、40口井的压裂和地面工程建设，已于2005年11月1日正式开始对外供压缩煤层气，日产气约7×104m3。

（5）山西省沁水县端氏煤层气开发示范工程：该项目是中联煤层气有限责任公司承担的全国油气资源战略选区与评价项目中的一个重点项目。该项目的目的是通过在端氏地区用多分支水平井钻井工艺开采煤层气，评价其煤层气生产潜力，并形成以多分支井钻井技术开采煤层气的一整套开采工艺技术。继2005年中联公司在山西省端氏区块3煤成功地实施一口多分支水平井后，2006年又在该区15 煤成功地实施了另一口多分支水平井，经过排采试验，目前单井日产量已达7000m3以上，预测日单井产能将达到4×104m3以上。该项目的成功将对我国高效开发煤层气资源，特别是针对高瓦斯矿区在采煤之前快速抽采利用煤层气资源，遏制煤矿重大瓦斯事故方面具有十分重要的意义。

1.4 矿井瓦斯（煤层气）抽放利用

据统计，到2004年年底国有重点煤矿建有煤矿瓦斯地面抽采系统308 套，井下移动抽采系统272套，瓦斯抽采量18.66×108m3（见图1），抽采率26.5%。45户安全重点监控煤炭企业的瓦斯抽采量为16.95×108m3，年抽采量超过1×108m3的矿区有阳泉、淮南、水城、盘江、松藻、晋城、抚顺等，其中山西阳泉、安徽淮南、辽宁抚顺等3个高瓦斯矿区瓦斯抽放量占全国的1/3。

图1 2001～2004年国有重点煤矿瓦斯抽采总量直方图

目前井下抽放煤层气利用量较低，不足50%，主要是矿区居民用气和自备发电，少部分用于福利事业及工业原料，很大一部分排空，这部分资源浪费很大，开发利用的空间也很大，应该引起政府有关部门和有关企业的重视。

1.5 现行优惠政策

一是开发利用煤层气征收5%的增值税，不抵扣进项税额；二是实行“两免三减半”——中外合作开采煤层气的企业，从开始获利年度起，第一年和第二年免征企业所得税，第三年至第五年减半征收企业所得税；三是勘探、开采煤层气项目所需进口物资比照石油、天然气的进口税收政策执行；四是煤层气价格按市场经济原则，由供需双方协商确定等。

1.6 我国煤层气勘探开发存在的问题

（1）煤层气开发利用政策扶持力度不够。开发利用煤层气的社会综合效益要远远大于它的经济效益，特别是在煤层气产业发展的初期，政府应该给予更多的优惠政策，鼓励企业从事煤层气的勘探开发。美国煤层气产业的快速发展，早期政府的鼓励政策起到了决定性的作用。

（2）煤层气勘探开发和科技投入过低而且分散，一些关键技术和设备有待提高。煤层气是一种高投入、高风险、高技术的产业，要掌握它的基本赋存规律和开发技术，必须有较大的前期投入和较先进的仪器设备。

（3）煤层气勘探开发与煤炭、油气勘探区块冲突逐渐显现。煤与煤层气是共伴生的关系，采煤与采气必须有机结合才能协调发展，否则不仅浪费资源、污染环境，而且还威胁煤矿安全。

（4）基础管网薄弱。我国天然气基础管网比较薄弱，煤层气企业不仅要建设井田内部管网，还要考虑长输管网建设，无形中增加了企业的生产成本，影响了企业的经济效益和开发煤层气的积极性，加之我们的市场机制还不够完善，气价相对油价过低也是影响煤层气发展的重要因素。

2 促进我国煤层气快速发展的机遇与前景

2.1 中央政府高度重视和关心煤层气产业的发展

温家宝总理明确提出：“开发和利用煤层气既可治理瓦斯，又可利用能源，一举两得，应该加大科研、勘探、开发的力度。”2006年6月15日国务院办公厅颁发了国办发[2006]47号《关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见》的文件，规定了一系列鼓励和加快煤层气勘探开发和利用的有力措施，将为我国煤层气的快速发展起到巨大的推动作用。

2.2 能源、环境、煤矿安全生产迫切需要加快煤层气开发利用

我国油气资源短缺，但煤层气资源丰富，是目前最现实的天然气接替资源；我国又是产煤大国，在我国，高瓦斯和瓦斯突出矿井占46%以上，每年由于瓦斯事故给国家财产和入民生命造成巨大损失，同时由于采煤每年向大气排放的甲烷达120×108m3以上，造成了巨大的环境压力和资源的浪费，因此，先采气、后采煤可以大大降低煤矿事故，有利于煤矿安全生产和节约能源。

2.3 政府己制定了煤层气“十一五”发展规划

以往没有统一的国家煤层气开发利用的专项规划，煤层气规划分列在煤炭、石油等行业中，规划不系统，落实不好，这也是影响我国煤层气快速发展的因素之一。近期，国家发改委已组织有关部门制定了全国“十一五”煤层气开发利用规划，到2010年全国煤层气（煤矿瓦斯）产量达100×108m3，其中地面开发煤层气产量50×108m3，煤矿井下抽采煤层气50×108m3，获得新增煤层气探明储量3000×108m3，总投资300×108元（含勘探、开发、管网、科研），实现煤层气产业化，国家规划的制定，明确了煤层气产业的发展目标，为政府制定煤层气产业政策提供了依据，将引导企业从事煤层气产业投资，加快煤层气产业的发展步伐。

2.4 煤层气国家工程研究中心的建立将促进煤层气关键技术的研制和推广应用

2006年3月6日，国家发改委以发改高技[2006]368号文，批复同意由中联煤层气有限责任公司牵头联合有关单位共同组建煤层气开发利用国家工程研究中心。该中心将围绕煤层气开发利用重大技术需求，建设我国煤层气勘探开发、加工利用的技术研发和工程化试验设施，把煤层气产业的重大科研成果进行完整的工程化和集成化应用研究，消化、吸收引进的先进技术，建立适合我国地质条件的煤层气开发利用工程技术体系，为行业间提供一个合作交流的平台，成为煤层气行业入才培养的基地，为煤层气开发利用相关企业提供技术支持和服务，推动煤层气产业的整体技术进步。

2.5 煤层气开发技术日臻完善，一些关键技术己有所突破

2.5.1 煤层气井空气/雾化钻井技术

该技术在美国煤层气田开发中普遍采用，已占开发井的90%以上，它的优点是钻井周期短（2～4d），效率高、成本低，对煤层伤害小。国家“十五”科技攻关项目《煤层气欠平衡钻井技术研究》，结合中国煤层气地质特点，开发出空气钻井设计软件，形成了空气钻井系列技术，目前已在山西潘河示范项目中广泛使用，使钻井周期由原来的15 d以上缩短到不足5d，不仅降低了施工成本，而且避免了钻井液对储层的伤害。

2.5.2 多分支水平井钻井、排采技术

美国的多分支水平井一开始就是结合煤矿规划实施的，一般在5年内可以实现80%～85%的瓦斯采收率，这样可以极大地改善采煤作业环境，促进煤矿安全生产，其综合经济效益与社会效益十分明显。我国煤矿瓦斯事故多发，煤层渗透率低，急需推广此项技术，以保证煤矿安全生产，节约清洁能源。2004年11月，奥瑞安公司设计和组织施工的DNP02多分支水平井正式投入生产并实现了预期工艺和产能双重突破，煤层中水平井眼总进尺达8000m，单井日产稳定在2×104m3以上，中联公司承担的油气战略选区端氏水平井示范项目已分别在3煤和15煤成功实施两口多分支水平井，预测单井产能在2×104m3以上。

2.5.3 煤矿井下水平长钻孔抽采技术

通过国家“十五”攻关项目研究，利用国产钻机使井下长钻孔达500m 水平距离，用进口钻机在国内试验已使最大孔深达到了1002m，班进尺最高达到了400m。此项技术的推广应用不仅可以促进煤矿安全生产，还可大大提高煤炭企业生产效率。

2.5.4 煤层气储层改造技术

储层改造在煤层气开发中是一个关键环节，目前在沁水盆地主要用清水加砂压裂方法。清洁压裂液技术已在韩城井组实验获得成功，在沈北矿区针对褐煤利用小型洞穴完井技术进行改造，为低阶煤煤层气开发积累了经验，特别是氮气泡沫压裂在潘河示范项目通过两口井实验获得了巨大成功，经过排采显示，比相同条件下煤层气井产量成倍增加，具有很好的推广利用前景。

2.6 沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程潘河先导性试验项目将有力推动我国煤层气产业发展

2004年底国家发改委批准实施该示范工程项目，该项目位于山西沁水县境内，含气面积24.2km2，示范内容包括钻井、增产改造、煤层气集输、增压、数据传输、地面工程建设等。目前第一期100口钻井已完工，40口生产井已经运行半年多，整个设施运行平稳，产气情况良好。通过对煤层气地面开发全过程试验，积累煤层气开发技术和管理经验，为推动我国煤层气资源的大规模商业化利用将起到积极的示范作用，特别是为沁水盆地煤层气田的大规模开发获得了第一手资料，打下了良好基础。

2.7 清洁发展机制（CDM）推动煤矿区煤层气开发利用

《京都议定书》于2005年2月生效，清洁发展机制（CDM）是《京都议定书》所规定的发达国家在境外实现部分减排承诺的一种履约机制。它的核心是允许发达国家和发展中国家进行基于投资项目的“经证明的减排量（CERs）”的转让与获得。煤层气开发利用是实施CDM项目的重要领域。煤层气的主要成分是甲烷，甲烷的温室效应是二氧化碳的21倍，目前国际碳指标每吨为5～10 美元。我国煤矿区煤层气平均抽放率目前仅为32%，2004年抽放量为18.6×108m3，煤层气利用量不足一半。如果通过CDM机制引进资金和技术支持，对煤层气产业自身发展和推动煤矿区煤层气利用将起到积极的促进作用。

2.8 基础管网设施不断完善

天然气输送管道缺乏，是制约我国煤层气发展的一项重要外部条件。随着“西气东输”管线的运行，为相关地区煤层气勘探开发利用提供了一个大发展的良好契机。“西气东输”管线沿途经过我国多个主要煤田，如新疆准南煤田、山西河东煤田、沁水煤田和淮南煤田等，这些煤田是我国煤层气资源条件很好的地区，也是目前我国煤层气勘探开发的热点地区。另外，陕京复线的建设、山西省规划的煤层气管线的实施，也将为煤层气的集输利用提供良好的基础条件。

3 结语

综上所述，在我国，丰富的煤层气资源为我们提供了良好的物质基础，国民经济的快速发展提供了巨大的市场需求，煤矿井下瓦斯抽放已经积累了几十年的经验，地面勘探开发煤层气也有十多年的历史，煤层气勘探开发的技术手段日臻完善和成熟。目前中央政府高度重视煤层气的开发，制定了煤层气的专门发展规划，批准成立了煤层气开发利用国家工程研究中心，颁发了《关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见》的文件，规定了一系列鼓励和加快煤层气勘探开发和利用的有力措施，煤层气开发的外部环境越来越好，为我国煤层气产业的跨越式发展创造了良好的机遇。根据我国目前煤层气产业发展的状况和发展趋势，到2010年完全可以实现煤层气“十一五”发展规划确定的目标，以沁水盆地为重点，实现地面开发煤层气年产50×108m3，煤矿井下抽采煤层气50×108m3，为煤矿安全生产服务，为构建社会主义和谐社会贡献一份力量。

参考文献

[1]冯三利、叶建平主编.2003.中国煤层气勘探开发关键技术研究.国家“十五”攻关科研报告

[2]冯三利、叶建平主编.2005.中国煤层气勘探开发配套技术研究.国家“十五”攻关科研报告

[3]中联煤层气有限责任公司.2000.沁水盆地煤层气田新增煤层气储量报告，内部资料

煤层气试采技术规范

1. 环境污染：环保人士认为，用于压裂岩石的高压水流中含有大量化学物质，是污染的最主要来源。事实上，采用水力压裂法注入地下的液体，其最主要成分是水和砂，化学物质的含量非常少。当然，这并不意味着对环境毫无影响，但影响程度绝没有想象中那么大。

2. 水耗：根据美国环保署公布的数据，依照当前的钻探速度，美国平均每年大约钻探3.5万口页岩井，每口井需要消耗200万到500万加仑（1加仑约等于3.78升——编者注）的淡水。以此计算，每年美国需要消耗掉700亿到1400亿加仑的水用于开采页岩油气。这对于日趋缺乏淡水的世界来说，可是一个不容忽视的问题。不过，事情总有两面性。开采页岩油气过程中使用的水，约有20%还会重新返回地面。虽然这种返回地面的废水混有化学液体、重金属、盐等，对植物和水生物都有剧毒，但却为水处理行业提供了商机。越来越多的油服公司和水处理公司加入了回收处理和再利用压裂用水的行列。

3.让美味冰激凌价格更高！据油价网撰文称，压裂液中有一种含量很小的化学制剂瓜尔胶，是瓜尔豆植物种子的天然产物，可以用来改善冰淇淋等一些日常食品的口感。页岩油气的繁荣使得瓜尔胶的用量大增，随之而来的就是瓜尔豆植物价格的上涨。于是，人们喜闻乐见的冰淇淋等一系列需要用到此种添加剂的食物，生产成本都明显上升，价格也自然水涨船高了。

海相油气储层酸化及酸压技术原理

1.总则

为规范煤层气井试采管理，提高工程技术水平，特制定本规范。

煤层气试采包括探井试采、试验井组试采。

煤层气试采应以获得真实完整的产能、流体性质、地层压力、温度及解吸压力等资料为目的，为进一步勘探或编制煤层气开发方案提供依据。

2.试采工程方案与设计

2.1 编制煤层气井试采工程方案应以获得煤层真实产能、气液性质、压力、温度等为目的。试采时间以能满足储量申报和获得煤层真实产能要求为原则。

2.2 依据钻井、测井、分析化验等资料，确定试采层位、井段，明确施工井目的和目标。

2.3 依据煤层物性、含气量、临界解析压力、煤层顶底板力学性质等参数，利用储层模拟软件预测气、水产量历史曲线、不同阶段煤层压力分布图，综合考虑自然、地理、生产条件等各种因素，优化试采设备，确定生产参数。

2.4 进行煤层应力敏感性试验，根据煤层物性及其所含流体性质，结合试验结果确定不同抽排阶段的工作制度，主要包括液面下降速度和套压、油嘴的控制。

2.5 研究分析防腐、防砂、防煤粉、检泵、冲砂、解堵等技术应用的必要性，筛选主体配套技术及相应的工艺参数。

2.6 分析储层伤害的潜在因素，筛选与储层配伍的入井流体，提出储层保护措施。

2.7 试采完成后，要求在煤层顶界以上100m 采取封堵措施，原则是既能保证煤层流体不发生泄漏，又方便重新利用。考虑到煤层排水后的高漏失，原则上禁用水泥塞。

2.8 对含硫化氢等有毒气体进行预测，并有完整的处置措施；编制合理、经济可行的气、水处理措施。

3.试采设备

3.1 地面设备

3.1.1 修井机具有25t 以上的提升能力，能满足1000m 以内煤层气井作业的要求。

3.1.2 发电机满足作为井下试采设备动力及日常生活的要求。

3.1.3 封井器具有10MPa 井口压力的密封能力。

3.1.4 分离器满足10×104m3以下气水分离能力。

3.1.5 举升设备采用数控装置，实现无级变速调节。

3.1.6 采油树具备10MPa 井口压力的密封能力。

3.1.7 测气装置满足50～100000m3/d 的计量要求，有连续计量能力，既可记录瞬时流量，又有累计流量，流量计应定时校正。

3.1.8 通信设备满足从施工现场到基地及项目部三地的通信需要，实现数据、图片电子化传输。

3.2 井下设备

3.2.1 油管具有防腐能力。

3.2.2 泵：要求有一定的防砂、防煤粉能力，组合排水能力为实际日产水量的1.1～1.5 倍，通过与变频装置配合，实现排水量无级变速调节，适用于不同阶段排水量的变化。

3.2.3 泵挂：对压裂直井、斜井，管式泵、杆式泵吸入口初期阶段下至射孔井段以上20～100m，后期下至射孔井段底界以下10m。潜油电泵井、螺杆泵井泵挂最底端下至距实探砂面25m；对多分支水平井、洞穴井，泵挂最底端下至射孔段或洞穴井段以上5m。

3.2.4 排水设备标准选择：日产水量 <100m3，优先选择抽油机作为举升设备；日产水量100～200m3，且煤层出砂、煤粉情况不严重，选择螺杆泵；日产水量100～200m3，且煤层出砂、煤粉严重，或日产水量>200m3选择潜油电泵。

3.2.5 抽油机选型：利用API 计算法和图表选择法进行抽油机选型，采用举升优化设计技术对举升系统进行优化，主要内容包括：泵深、泵径、抽油杆尺寸及配比、油管尺寸、地面设备型号、工作参数等；在经济技术条件允许和满足产水量的前提下，泵径越小，光杆负荷越小，有利于设备利用，同时为了提高冲程效率和泵效，尽量利用长冲程、小冲次；悬点载荷应较油井附加一定的安全系数，对斜度小于4°的井附加10%；大于4°的斜井附加10%～50%；高产水量井（>200m3/d），气层套管内径不得小于150mm。

4.排采工程

4.1 抽排制度

4.1.1 抽排以最小工作制度启动，逐步增大排量，保证井底流动压力均匀缓慢下降。对于直（斜）井排采初期日降液面小于20m，当接近解吸深度时日降液面应小于5m；对于洞穴井、多分支水平井等特殊井应控制降液面速度，一般应小于5m/d。抽排过程应连续，无特殊情况中途不得间断。

4.1.2 以油嘴或针型阀控制环空压力，套压控制以0.5MPa 为宜，原则上不超过1.0MPa。

4.1.3 当有煤层气产出，但不能连续测气，应在出口处每8 小时点火一次，进行产气情况描述，若产气连续，应将套管和油管产出气一并引出进入地面流程计量。

4.2 抽油机井工作制度

4.2.1 对于抽油机井应定期进行示功图和动液面测试并诊断分析，及时采取调参、换泵等措施。

4.2.2 定期进行系统效率测试，采用先进的提高抽油机井系统效率优化设计技术，通过调整工作参数、选用节能降耗设备等措施提高系统效率。

4.2.3 及时调整抽油机井平衡，保持平衡比在85%～100% 之间。

4.2.4 按有关标准和规定做好地面设备日常维护保养工作。

4.2.5 应采取气锚等防气措施，对于斜井、发生杆管偏磨的井应采取扶正等防偏磨措施。

4.3 电潜泵工作制度

4.3.1 根据煤层特征、地下流体特征、压力、温度等资料，合理选择电潜泵和泵挂深度，使电潜泵保持在最佳工作区间，保证高效、经济、合理、安全运行。

4.3.2 电潜泵正常运行时按电机额定电流1.2倍调过载保护，按电机实际电流的0.8倍调欠载保护，欠载延时启动时间不得小于30min。电机工作电流不平衡度不能大于5%，电压不平衡度不得大于3%。

4.3.3 加强对变压器、控制柜等设备维护保养，若出现过载停机或欠载停机时，应按照规程进行检查，查明原因并采取有效措施后方可重新启动电潜泵。电潜泵启停应由专业管理人员操作。

4.3.4 应采用井口变频装置，适时调节电机转速，保证供排协调。

4.3.5 加强对电流卡片的分析，结合其他动态资料对潜油电泵的工况进行综合诊断，及时采取调整措施，保证在合理的地面驱动工况下运行。

4.4 螺杆泵井工作制度

4.4.1 根据气井特征，对地面驱动设备、杆管柱、井下泵、工作参数等进行系统优化设计。

4.4.2 螺杆泵在使用前应进行水力性能检测，未达到指标要求严禁使用。

4.4.3 螺杆泵应采用防反转装置，井下管柱必须锚定。

4.4.4 螺杆泵井正常生产时沉没度应在100m 以上，泵挂处产出液温度应低于螺杆泵定子额定耐温指标，产出液硫化氢含量应小于2.5%。

4.4.5 加强螺杆泵地面驱动装置日常维修保养，搞好日常管理和工况分析，发现问题及时处理。

4.5 中途作业工作制度

4.5.1 作业首先应在对当时井下技术状况进行分析的基础上，根据安全、可靠、合理的原则，做出合理设计。

4.5.2 压井液应与煤层进行配伍性试验，优化压井液密度、黏度等参数，防止和减少煤层伤害，有条件的尽可能采用煤层产出液（需过滤杀菌）。

4.5.3 作业过程中如果采用钻、铣、磨工序，应确定合理的钻压、钻速以及工具，保证不损坏套管。

4.5.4 所有工具（含油管、抽油杆）、仪器应清洁，经地面检查、测量，确认可靠后方可下入井内。

4.5.5 采用可靠的井口防喷装置，制定可行的井控措施，保证施工安全。

4.5.6 严格计量漏失压井液量，对可能造成的煤层伤害进行评估。

5.储层模拟

5.1 煤层气井生产时间长，出气机理不同于常规油气，短期内获取煤层气井完整生产特征应借助于储层模拟。模拟应采用国际上通用的COALGAS、COMMET等软件，提倡自主开发软件。

5.2 预测项目包括：气、水日产量，气、水累计产量，地层压力变化等。

5.3 储层模拟应包括以下方面：试采前模拟主要用于预测初始阶段出水产气情况，并根据预测情况指导设计；试采期间模拟与实际生产相结合，用于修正模拟参数，并利用修正后参数预测下一阶段生产特征；若产量历史拟合曲线与实际生产曲线有连续2个月符合率在90%以上，则认为试采结束。

6.资料录取

资料录取工作包括正常抽排时日常资料录取、增产措施和中途作业资料录取、测试资料录取等。

6.1 日常资料录取

6.1.1 录取项目包括：开井时间、工作制度、油嘴、套压、油压、环空动液面或井底流压、气水产量、累计产量、取样时间、取样部位、气体组分、产出水水型分析、固体颗粒物产出情况描述、点火描述等。

6.1.2 油套管、分离器、管线均选择合适的压力表，所测压力要求在压力表1/3～2/3量程范围内。

6.1.3 气、水应连续计量，既有瞬时流量，又有累计流量，流量计应定时校正。

6.1.4 如采用垫圈流量计计量气量，每4 小时测气1 次，日产量采用平均值。

6.1.5 取样要求：在井口或气水分离器处采取样品；现场初期每日取水样一个，并进行简易分析，要求做出氯根、pH值、含砂及煤粉量。采用冻胶压裂的井，排完压裂液前要求做黏度分析；每30日取样做气、水全分析1次，每次取样各3支，样品量不少于500ml，水样水型应一致，氯根相差小于10%，天然气样含氧小于2%，样品密度差小于0.02；特殊取样要求在专业人员指导下进行。

6.1.6 鼓励煤层气试采井组采用远程自动化计量。

6.2 增产措施和中途作业资料录取

6.2.1 通井包括时间、油管规范、根数、方入、遇阻加压顿位、井底深度、通井规简图、管柱结构示意图、通井规痕迹描述。

6.2.2 检泵包括泵型号、各附件名称、型号、深度、管（杆）柱结构示意图、防冲距。

6.3 测试作业（主要包括注入/ 压降试井、流压/ 静压点测试、抽油机井示功图测试和环空动液面测试等项目）录取

6.3.1 测试作业应实行全面质量控制，严格遵守行业标准和相关规定，保证录取资料的有效性，满足试采管理和动态分析的需要。

6.3.2 测试施工前应清楚测试井下状况，井筒条件应能保证测试仪器畅通起下；施工时应严格执行设计，取全取准各项资料。

6.3.3 测试仪器、仪表及其标定装置应按照国家、行业计量的有关规定进行检定，并定期调整和校准，超过校准检定有效期的不准使用。

6.3.4 测试资料解释应用多种方法进行对比验证，要求提供详细的试井分析曲线、数据及分析解释结果，同时参考地质、测井、岩心等资料进行综合分析，使选择的解释模型和计算参数准确可靠。

6.3.5 测试施工一次成功率90% 以上、测试资料合格率99% 以上，仪器仪表及其标定装置定期校准检定率100%。

6.3.6 注入/ 压降试井要求：应在煤层首次排采之前进行；应选用专用的煤层气试井设备，可实现井下多次开关井；高性能的井下电子压力计，精度不低于0.05%FS，分辨率不低于0.001MPa，采样间隔不大于3s，一次采样点不少于20000点；应采用地面直读设备；注入前，应进行阶梯注入破裂试验；注入速率应适中，既不致使煤层破裂，又可造成煤层足够的压力激动。注入过程速率波动值不大于10%；注入时间8～10h，应保证注入过程的影响半径不小于10m，关井不少于3倍注入时间；注入/压降过程中，要求连续记录井口压力值、注入量；测试用液体为经过滤处理的防膨活性水，以减少注入液对煤层的伤害。配液量为预测注入量的2倍。

6.3.7 现场每天测液面一次，试采停止后测液面恢复24h。

7.煤层气试采动态分析

7.1 煤层气井产出状态分析：根据理论模拟和室内计算的解吸压力推算解吸出气的排采时间、动液面，分析煤层气井出气前后的液面变化、流体性质等。

7.2 煤层气井生产能力变化分析：根据区块煤层气藏的地质特征，单井控制储量、煤层渗透率等资料分析产气量的变化因素、延长稳产时间，不断提高煤层气藏采收率。

7.3 根据煤阶特性，分析煤层气井合理的工作制度和降液面的幅度，控制煤粉产出和防砂的技术方法。

7.4 大井组和区块开发的煤层气井应分析井间干扰的相互关系程度和煤层气藏压降的速度等，提出快速合理整体降压的有效办法。

7.5 根据煤层的能量情况，分析煤层气井产水、产气的能力与抽汲设备的匹配状况，提出抽汲设备潜力和存在问题，提高设备效率，最大限度地挖掘气藏潜力。

7.6 煤层气井试采动态分析应包括月度、年度生产运行数据及曲线；综合开发数据表及排水采气曲线；煤层气藏压力分布等值线图；煤层气藏单井累计产出水与出气关系曲线；煤层气井气、水组分和性质数据表；煤层气井排采工艺数据表及泵效分析数据；煤层气井抽汲效率分析数据表。上述分析主要针对直井，对于水平井、多分支井等特殊井的动态分析，还应在实践中补充完善有关资料。

7.7 煤层气井试采工艺技术分析应包括：井筒管理状况分析；抽油机地面配件和井下配件使用效果分析；产出水处理效果和环保要求分析；生产测井工艺技术及效果分析；气、水计量设备、仪器、仪表使用效果分析；井下作业质量分析；新工艺、新技术推广效果分析。

海相碳酸盐岩储层损害的室内评价及损害机理

3.6.1.1 酸化工艺简介

酸化是以酸作为工作液对油气（水）层进行增产（注）措施的总称。是通过井眼向地层注入一种或几种酸液（或酸性混合液）以溶解地层中的矿物质，从而恢复或增加井筒附近的渗透率，从而使油气井增产（或注水井增注）的一种工艺措施。

酸化作为一种增产措施始于1895年。目前，酸化技术成功地应用于常规油气层增产改造，并可以对高温深井、低压低渗油井、高含硫井、高孔低渗储层及复杂结构井等进行有效作业，在油气田的勘探开发中起着重要作用。

（1）酸化工艺分类

酸化按不同工艺可分为：酸洗、基质酸化及压裂酸化（李颖川，2002）。

1）酸洗：酸洗是清除井筒中的酸溶性结垢或疏通射孔孔眼的工艺。它是将少量酸定点注入预定井段，溶解井壁结垢物或射孔眼堵塞物。也可通过正反循环使酸不断沿井壁和孔眼流动，以此增大活性酸到井壁面的传递速度，加速溶解过程。

2）基质酸化：基质酸化是在低于岩石破裂压力下将酸注入储层中，使酸基本沿径向渗入储层，溶解孔隙空间内的颗粒及堵塞物，从而消除井筒附近储层污染，恢复和提高储层渗透率，达到恢复油气井产能和增产的目的。

3）压裂酸化：压裂酸化（酸压）是将酸液在高于储层破裂压力或天然裂缝的闭合压力下挤入储层，从而形成裂缝。酸液会与裂缝壁面岩石发生反应，由于酸液非均匀的刻蚀缝壁，会形成沟槽状或凹凸不平的刻蚀裂缝，施工结束裂缝不能完全闭合，从而形成具有一定几何尺寸和导流能力的裂缝，达到改善油气井的渗流状况而增产的目的，该工艺一般只用于碳酸盐岩油气层。

（2）增产原理

1）基质酸化增产原理。基质酸化增产作用主要表现在：

A.酸液挤入孔隙或天然裂缝与其发生反应，溶蚀孔壁或裂缝壁面，增大孔径或扩大裂缝，提高储层的渗流能力。

B.溶蚀孔道或天然裂缝中的堵塞物质，破坏泥浆、水泥及岩石碎屑等堵塞物的结构，疏通流动通道，解除堵塞物对储层的污染。

2）压裂酸化增产原理。压裂酸化是碳酸盐岩储层增产措施中应用最广的工艺。压裂酸化的增产原理主要表现在：

A.消除井壁附近的储层污染。

B.压裂酸化溶蚀裂缝增大油气沿井内渗流的渗流面积，改善油气的流动方式，增大井附近油气层的渗流能力。

C.沟通远离井筒的高渗透带、储层深部裂缝系统及油气区。

无论是在近井污染带内形成通道，或改变储层中的流型都可获得增产效果。小酸量处理可消除井筒污染，恢复油气井天然产量，大规模深部酸压处理可使油气井大幅度增产。

3.6.1.2 酸岩反应动力学原理

（1）酸与碳酸盐岩的化学反应

在酸压过程中，主要化学反应是盐酸与石灰岩以及白云岩间的反应。

中国海相油气勘探理论技术与实践

通过上述的化学反应方程可以计算出给定体积的酸液溶蚀岩石的体积，从而确定出酸液的溶解力Xc，即单位体积的反应酸所溶解的岩石体积。质量溶解力β（单位质量反应酸可溶解的岩石质量）定义为：

β=岩石矿物分子量与其化学当量系数的乘积/酸分子量与其化学当量系数的乘积

（2）酸-岩反应机理

酸与碳酸盐岩的反应为酸-岩复相反应，反应只在液固界面上进行，因而液固两相界面的性质和大小都会影响复相反应的进行。假设酸岩反应过程中包含吸附作用步骤，因而酸与碳酸盐岩的反应历程可描述为：首先H+向岩石表面传递；然后被吸附的H+在岩石表面反应；最后反应产物通过传质离开岩石表面。上述三个步骤中速度最慢的一步为整个反应的控制步骤，它决定着总反应速率的快慢。

酸液中的H+在岩面上与碳酸盐岩的反应，称为表面反应。对石灰岩储层来说，表面反应速度非常快，几乎是H+一接触岩面，反应立刻完成。H+在岩面上反应后，就在接近岩面的液层里堆积起生成物Ca2+、Mg2+和CO2气泡等反应产物。岩面附近这一堆积生成物的微薄液层，称为扩散边界层，该边界层与溶液内部的性质不同。溶液内部，在垂直于岩面的方向上，没有离子浓度差；边界层内部，在垂直于岩面的方向上，则存在有离子浓度差，由于在边界层内存在着上述离子浓度差，反应物和生成物就会在各自的离子浓度梯度作用下向相反的方向传递。这种由于离子浓度差而产生的离子移动，称为离子的扩散作用。

在离子交换过程中，除了上述扩散作用以外，还会有因密度差异而产生的自然对流作用。实际酸处理时，酸液将按不同的流速流经裂隙，H+会发生对流传质。尤其是裂隙壁面十分粗糙，极不规则容易形成旋涡，酸液的流动将会产生离子的强迫对流作用。

总之，酸液中的H+是通过对流（包括自然对流和一定条件下的强迫对流）和扩散两种形式，透过边界层传递到岩面。H+透过边界层达到岩面的速度，称为H+的传质速度。

（3）酸-岩反应动力学参数的确定

酸岩反应动力学参数是酸化设计及分析酸岩反应速度规律的重要参数，这些参数一般通过室内实验来确定。

根据质量作用定律，在一定的温度、压力下化学反应速率与反应物浓度的一定方次的乘积成正比。在酸岩反应中岩石的浓度可视为定值，反应系统的酸岩反应速率可表示为：

中国海相油气勘探理论技术与实践

式中：J为酸-岩反应速率，单位为mol/（s·cm2）；V为反应的酸液体积，L；S岩盘反应表面积，cm2。K为反应速率常数，C为酸液浓度，m为反应级数。对上式两边取对数，得：

中国海相油气勘探理论技术与实践

反应速率常数K和反应级数m在一定条件下为常数，对1g.J和1gC进行线性回归处理，求得m和K值，从而确定酸岩反应动力学方程。温度对反应速率的影响很大，特别是深井高温酸压施工设计时常常要利用不同温度条件下的动力学参数。根据Arrhenius理论，由恒温下的反应动力学方程得到：

中国海相油气勘探理论技术与实践

式中：Ko为频率因子；Ea为反应活化能；R为气体常数；T为绝对温度。对方程两边取对数得到

中国海相油气勘探理论技术与实践

将1gJ对1/T作图应为一直线。直线斜率为-（Ea/2.303R），截距为1g（KoCm），从而可求出Ea、ko值。根据对流扩散微分方程，求得如下方程：

中国海相油气勘探理论技术与实践

式中：De为H+有效传质系数；v为酸液平均运动黏度；ω为旋转角速度；Cr为时间为t时酸液内部浓度，mol/L。

（4）影响酸-岩反应速度的因素

影响酸-岩反应速度的因素很多，下面主要谈下温度、面容比、岩石类型、酸液浓度、酸-岩系统的酸液流速以及压力等是影响酸-岩反应速度的主要因素。

在低温条件下，温度变化对反应速度变化的影响比较小；高温条件下，温度变化对反应速度的影响较大。例如，温度由20℃增加到30℃，反应速度增加1.67倍；温度由90℃增加到100℃，反应速度增加了7.73倍。温度较高时，反应速度很快，酸液有效作用距离有限，若不采取措施，很难取得较好的酸化效果。

面容比表示酸-岩系统中岩石的反应面积与参加反应的酸液体积的比值。面容比越大，一定体积的酸液与岩石接触的分子就越多，发生反应的机会就越大，反应速度就越快。

一般而言，酸与灰岩的反应比与白云岩的反应速度要快。另外，在碳酸盐岩中泥质含量较高时，反应速度相对变慢。

反应速度与酸液内部H+浓度成正比。采用强酸时反应速度快，采用弱酸时反应速度慢。虽然采用弱酸处理可延缓反应速度，对扩大酸液处理范围有利，但从货源、价格及溶蚀能力方面来衡量，盐酸仍是酸化应用最广泛的酸。

酸-岩反应速度随酸液流速增大而加快，但在酸压中随着酸液流速的增加，酸-岩反应速度增加的倍数小于酸液流速增加的倍数，酸液来不及完全反应，已经流入储层深处，故提高注酸排量可以增加活性酸深入储层的距离。酸压施工时在设备及井筒条件允许和不压破邻近盖层和底层的情况下，一般充分发挥设备的能力，以大排量注酸。

反应速度随压力的增加而减缓。但是压力对反应速度的影响不大，特别是压力高于6.5MPa后可以不考虑压力对酸-岩反应速度的影响。

由以上分析可知，影响酸-岩反应速度的因素很多也很复杂。为此，延缓反应速度的方法和途径也是各式各样的。如造宽裂缝降低面容比、采用高浓度盐酸酸化、采用弱酸处理、洗井井底降温、提高注酸排量等均是现场已采用的工艺措施。

3.6.1.3 酸液体系及添加剂

（1）常用酸液

随着酸化技术的发展，酸化用酸液越来越多，常用的酸可分为无机酸、液体有机酸、粉状有机酸、多组分（或混合）酸或缓速酸等类型。每类酸的常用品种及特点和适用条件见表3-28（李颖川，2002）。

表3-28 常用酸型

（2）常用酸液添加剂

为了改善酸液性能，防止酸液对储层产生伤害，需要在酸液中加入某些化学物质，这些化学物质统称为添加剂。常用添加剂的种类有：缓蚀剂、助排剂、黏土稳定剂、铁离子稳定剂、表面活性剂等，有时还加入增黏剂、减阻剂、暂堵剂、破乳剂、杀菌剂等（李颖川，2002；丁云宏，2005）。

1）缓蚀剂。用酸液对碳酸盐岩地层处理时，酸对金属有很强的腐蚀作用。由于酸直接与储罐、压裂设备、井下油管、套管接触，特别是深井井底温度很高，而所用的酸的深度又比较大时，会给这些设备带来严重的腐蚀。缓蚀剂是通过物理或化学吸附而吸附在金属表面，把金属表面覆盖，使酸溶液中的H+难以接近，从而使腐蚀速度降低。因而影响覆盖面积大小的因素以及影响吸附难易的因素都会对缓蚀效果有明显影响。缓蚀剂性能评价方法详见行业标准SY/T5405—1996，现场使用的部分缓蚀剂性能参数见表3-29。

2）黏土稳定剂。加入黏土稳定剂作用是防止酸化过程中酸液引起储层中黏土膨胀、分散、运移造成对储层的污染。常用的黏土稳定剂主要有以下几类：简单阳离子类黏土稳定剂（KCl、NH4C1）；无机聚阳离子类黏土稳定剂（羟基铝及锆盐，氢氧化锆）；聚季铵盐。国内常用黏土稳定剂及用量见表3-30。

表3-29 现场使用的部分缓蚀剂性能参数

表3-30 国内常用黏土稳定剂

3）助排剂。酸化液的注入和残酸的返排都与液体的表面张力有关。酸化液和残酸的表面张力愈大，则毛细管力愈大，在地层孔隙中的流动阻力愈大。流动阻力大则酸化液的注入速度降低，影响酸化效果；同理如果残酸的表面张力大则返排时的流动阻力大，造成返排困难或不彻底，形成水锁，抑制油气的产出。因而酸化工作中必须加入助排剂。助排剂能够提高液体的返排能力，降低残余液体对储层的二次伤害。常用助排剂及性能参数见表3-31。

4）铁离子稳定剂。为了防止酸液中引入铁离子（Fe2+和Fe3+）和油层本身含有的铁化合物生成氢氧化铁沉淀造成储层堵塞而加入的化学物质叫铁离子稳定剂。铁离子稳定剂可以分为三类：pH控制剂、螯合剂、还原剂。pH值控制剂是通过控制pH值的方法防止沉淀，主要是向酸液中加入弱酸，由于弱酸的反应非常慢，以至盐酸反应完后残酸仍然维持很低的pH值。螯合剂是与酸液铁离子结合生成溶于水的络合物，使之稳定在溶液中。比较常用的螯合剂有柠檬酸、EDTA和NTA。还原剂是将三价铁离子还原为二价铁离子，防止三价铁离子沉淀。从而减少了氢氧化铁沉淀的机会。常用的铁离子稳定剂及其性能见表3-32。

表3-31 国内常用的助排挤及其性能参数

表3-32 常用的铁离子稳定剂及其性能

5）破乳剂。原油中的蜡质和胶质沥青质是天然的乳化剂，当酸与油接触以后会发生乳化，乳化液的黏度会很大，流动性能差，造成乳堵，使酸液的注入和残酸的返排变得困难，残酸返排不彻底将影响原油的生产，因此酸化液应具有一定的防乳破乳能力。常用的破乳剂有阴离子型活性剂如烷基磺酸钠，非离子型如聚氧乙烯辛基苯酚醚等。常用的破乳剂及其性能参数见表3-33。

表3-33 常用的破乳剂及其性能参数

6）稠化剂。稠化剂也称为胶凝剂，在酸液中加入这种物质以后能够提高酸液的黏度，常用的增黏剂多为一些高分子聚合物。以前使用的稠化剂由于在高分子共聚加工的原因，稠化剂加量大而且黏度低。现在的稠化剂经过改进以后，黏度相对提高，用量也下降。一般为1%～2%。常用的酸化稠化剂及性能见表3-34。

3.6.1.4 酸压中的蚓孔及滤失现象

（1）蚓孔

酸液在酸压裂缝内流动时，有少数较大的岩石孔洞或天然裂缝首先受到过量酸液的溶蚀而发生高速的酸岩反应，使岩石矿物发生溶蚀并形成特定的溶蚀通道，甚至会在原有的岩石孔隙基础上形成“酸蚀蚓孔”，最终形成局部高渗透率的通道（据Wang，1993），也就是现在常提到的“蚓孔”。

Hoefner和Fogler（1988）采用向石灰岩岩样酸蚀后的蚓孔内注入低熔点合金的方法得到了真正意义上的蚓孔铸体模型（图3-171），展示出了酸蚀模式的复杂形态。

表3-34 常用的酸化稠化剂及性能

（2）基质酸化中的蚓孔效应及控制

1）基质酸化中的酸蚀蚓孔。基质酸化施工时，酸液按径向流入目的层，形成的酸蚀蚓孔也沿井筒发散分布，2000年Fred研究表明，不同注酸条件下将产生不同的酸蚀形态。低排量下产生均匀溶蚀对酸化施工没有效果，而高排量下形成的高度分枝结构将浪费大量酸液且不能产生高导流能力的大孔径酸蚀蚓孔，只有在合适的注酸条件下才会形成理想的酸蚀主蚓孔。

2）基质酸化中蚓孔效应的控制。对于碳酸盐岩基质酸化而言，主要的目标是有效促进酸岩反应形成单一主蚓孔。从而实现少酸量、深穿透。可以在室内实验基础上优化注酸条件组合，设计最优的施工排量，选择合适酸液类型、酸液浓度和注酸方式。对于温度较高的碳酸盐岩地层着重应考虑缓速和降滤失。

图3-171 蚓孔铸体模型

（3）酸压中的蚓孔效应及控制

1）酸压中的蚓孔效应。酸压中由于形成酸蚀蚓孔，酸液滤失表现为裂缝壁面向基质的滤失和酸蚀蚓孔引起的滤失。在两者的共同作用下产生大量不稳定的酸液滤失，从而使得酸液的有效穿透举例大大减小。酸蚀蚓孔滤失是主控因素，它不仅是在原有的微裂缝和原生孔洞的基础上进一步增大主干蚓孔的孔隙空间，同时还包括向蚓孔岩石壁面的对流而产生次生蚓孔和多分支小蚓孔。然而，酸液滤失量主要受酸液的黏度和酸蚀蚓孔扩展速度的影响，其中酸液的黏度又受到微裂缝和蚓孔中温度以及剪切效应的影响。

2）酸压中蚓孔效应的控制。酸压中施工排量较高、施工压力较大，因此蚓孔的形成是不可避免的，且蚓孔的扩展比基质酸化加剧。同时为了取得较长的裂缝和沟通远井地带的油气，必须提高排量。这样使得蚓孔的控制更为复杂。国内外主要从液体体系和施工工艺两个方面来控制酸压中的蚓孔效应，采用非常规液体体系代替常规酸液体系。如缓速酸、稠化酸等，主要机理是通过降低酸岩反应速率来降低蚓孔的扩展速度，从而增加酸蚀有效作用距离。同时也采用多级交替注入和闭合裂缝酸化等工艺来降低蚓孔效应的影响。

3.6.1.5 酸化施工设计

（1）选井选层

酸化处理效果虽然与施工工艺、施工参数有一定的关系，但是起决定作用的还是地质因素。选井选层的总目的是改造中低渗层、提高产能；对于勘探而言，还可以起到正确认识和评价油气层的作用。

为了取得较好的增产效果和提高措施的成功率，选井选层方面应该遵循以下一些原则：①应优先选油气显示好，而试油效果差的层。如果不能投产的原因是泥浆堵塞，应进行解堵酸化；堵塞严重者可考虑进行中小型酸压；②邻近井产量高而本井的产量低或无产量的井应该优选；③井低产的原因如果为井底附近缝洞不发育，可以进行大中型酸压，特别应该选择高产井旁边的低产井进行酸压；④对于油水（气）边界的井，或存在气水夹层的井应该慎重对待，可进行常规酸化，不宜进行酸压；⑤对于有多产层的井而言，一般应首先要处理低渗透层。

（2）酸化施工设计

1）解堵酸化设计。对于裂缝性碳酸盐岩油气层，如果近井地带存在堵塞，且堵塞范围不大时可采用解堵酸化来处理。酸液可以破坏泥浆的胶体结构，从而使泥浆变稀排出地层。一般有一定生产能力的油气层，遭受泥浆侵害后产量低或不能投产，经过小酸量处理后，产量可以成几倍或几十倍的增加。

解堵酸化设计主要要确定酸液用量及浓度、挤酸压力和排量及返排时间3个工艺参数。

A.用酸量及酸液浓度。实践表明，以微裂缝为主的产层，解堵实际挤入地层的酸量10m3以下为宜，变化范围为3～10m3。构造裂缝为主的产层，用酸量宜大一些，一般6～40m3，由于裂缝性地层缝洞发育的不均一性，按打开井段长度考虑用酸量没有意义，宜根据地层吸收能力、油（气）层裸露或射开的厚度、钻井用泥浆比重及其在地层中浸泡的时间并结合经验数字来确定。酸浓度以10%～15%为宜，如果岩性较致密可用更高的浓度，反之可以适当的降低浓度。

B.挤酸压力和排量。为了解除整个油气层段上的堵塞，必须使酸液能够均匀的进入到地层纵向各个井段，避免酸液单点突入。应控制泵压高于地层初始吸收压力，但低于地层破裂压力及管套容许压力。排量应在保证酸液均匀进入地层各井段的条件下尽快地挤入地层，以扩大处理范围，应根据地层的吸收能力而变化。

C.返排时间。为了避免残酸反应产生二次沉淀及防止残酸中不溶物质的微粒重新堵塞地层孔道，挤酸完毕后，应立即开井排液。白云岩地层反应速度较灰岩慢，可以根据具体实验情况，适当关井一段时间后开井排液。

2）压裂酸化设计（据李颖川，2002）。压裂酸化工艺很多，设计的步骤和方法大致一样。这里简单介绍酸压设计方法和步骤。

A.酸化处理设计应收集的资料。完善的酸化处理设计应收集下列数据项；井的数据、储层参数、岩石力学数据、压裂液、酸液数据、岩心分析数据及泵注数据等。

B.酸化处理设计包括的内容。酸化处理设计应包括下列内容：井的基本数据，钻井、试油、采油简史，综合分析施工目的及效果预测，主要施工参数及泵注程序，施工准备，施工步骤，施工质量要求及安全注意事项，施工后井的管理，施工劳动组织及环境保护，施工所需设备、材料及费用预算等。

根据施工目的、井及储层条件、室内岩心数据等选择适合的酸化工艺，确定酸化工作液（前置液、酸液、顶替液）的类型、配方、用量及施工压力、排量等参数。

碳酸盐岩储层的酸化处理常采用盐酸体系，主要有常规盐酸体系、稠化酸体系、泡沫酸体系、乳化酸体系、化学缓速酸体系，在设计时可根据实际情况进行选择。

酸浓度可由溶蚀试验确定。国内酸化处理盐酸浓度多介于15%～20%。酸液用量则据酸化改造的范围和力度来确定。酸液用量一般为动态裂缝体积的1.5～5倍，也可根据优化设计的要求由计算机模拟确定。

压裂酸化处理时要求施工排量大于储层的吸收能力，以保证裂缝的形成及延伸。如井身质量合格，应充分发挥设备能力，高排量注入，有利于造宽缝、长缝，也可使酸液快速向储层深部推进，提高有效作用距离。

C.酸化施工设计计算。主要包括两方面：一是施工参数确定，包括：储层最大吸入能力、破裂压力、液柱压力、摩阻计算，井口极限施工排量、井口施工泵压和入井液量等。这些参数的确定应结合室内试验研究和模拟计算。二是酸化过程的模拟计算及效果预测，主要是综合应用动态裂缝尺寸、酸液浓度分布规律及有效作用距离、酸蚀裂缝导流能力及增产倍比等进行酸化设计模拟，分析不同施工参数对酸化效果的影响，指导酸化设计，优选施工方案，减少施工盲目性。

当储层受到损害时，宏观上表现为渗透率下降，有效渗透率的下降包括绝对渗透率的下降（即渗流空间的改变）和相对渗透率的下降。渗透空间的改变包括：外来固相侵入、水敏性损害、酸敏性损害、碱敏性损害、微粒运移、结垢、细菌堵塞和应力敏感损害；相对渗透率的下降包括：水锁、碱敏、润湿反转和乳化堵塞等。从微观上讲，影响储层渗透率的内在因素主要包括：岩石矿物组成、结构、构造、储集空间结构、岩石表面润湿性、流体性质；储层损害的外因主要指：入井流体性质、压差、温度和作业时间等。到目前为止，还没有真正形成一套系统的海相碳酸盐岩储层保护的实验技术和方法，大部分工作都是借鉴碎屑岩储层保护的研究思路和方法。

3.5.1.1 储层损害的室内评价

储层损害评价技术包括室内评价和矿场评价，室内评价的目的是研究油气层敏感性，配合进行机理研究，同时对即将采用的保护技术进行可行性和判定性评价，为现场实施提供依据。图3-167是储层损害室内评价实验流程框图，常规的储层损害室内评价方法主要是通过获取所研究地区储层岩心或采用标准岩心，在模拟储层现场条件的情况下，进行岩心流动试验，在观察和分析所取得试验结果的基础上，研究岩心损害的机理。

图3-167 储层损害室内评价实验流程框图

从20世纪60年代初期开始，中国大部分油气地质实验室建立了以水敏、酸敏、碱敏、盐敏、速敏为主的五敏测试方法。测试结果被用作抑制黏土膨胀、合理运用酸化用液、调节适宜的水矿化度、正确控制生产流速等系列技术的重要参考。常规五敏室内评价方法较为成熟，石油行业标准SY/T5358—2002储层敏感性流动实验评价方法中有关水敏、酸敏、碱敏、盐敏、速敏为主的五敏损害实验方法和评价指标经多次修订已基本能符合生产实际的要求。

（1）温度敏感性评价

在钻井完井过程中，由于外来流体进入油气层，可使近井筒附近的地层温度下降，从而对地层产生一定的影响，主要体现在以下几个方面：一是由于地层温度下降，导致储层中胶质、沥青质等有机质的沉积结垢；二是由于地层温度下降，导致无机物沉淀结垢；三是由于地层温度下降，导致地层中的某些矿物发生变化。因此，温度敏感就是指由于外来流体进入地层引起温度下降从而导致地层渗透率发生变化的现象。定量评价这种影响比较复杂，特别是当地层温度较高时，因为整个实验装置都必须处在高温恒温装置内，实验流体有两类，一类是用地层水来进行实验，另一类是用地层原油来进行实验。当实验流体为地层水时，其具体方法如下：

1）选择实验岩心，测量长度、直径。

2）选择实验温度点分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6；其中T1为地层温度，T6为地面温度，每点之间的温差为ΔT=（T6-T1）/5。

3）在实验温度点T1时，在低于临界流速的条件下，用地层水测出岩心稳定的渗透率K1。

4）改变实验温度（必须保持恒温2h以上），重复第3）步，直至测出最后一个实验温度点T6所对应的岩心稳定渗透率K6。

如果Ti-1对应的渗透率Ki-1于Ti对应的渗透率Ki之间满足下式：

（Ki-1-Ki）/Ki-1×100%≥5%

说明已发生温度敏感，则Ti-1即为临界温度值。损害程度的计算方法如下：

损害程度=（Kmax-Kmin）/Kmax×100%式中：Kmax为渗透率变化曲线中各渗透率点中的最大值，μm2；Kmin为渗透率变化曲线中各渗透率点中的最小值，μm2

评价指标目前尚无统一的标准，可以用表3-16的标准来评定。

表3-16 温度敏感性评价指标

当实验流体为地层原油时，在测定渗透率K1之前，先将岩心抽真空饱和地层水，再用地层原油驱替岩心，建立束缚水饱和度，其余方法和实验流体为地层水时类似，将地层原油取代地层水，测定不同温度下岩心的油相渗透率。损害程度的计算方法和评价指标与实验流体为地层水时相同。

（2）应力敏感性评价

应力敏感性是考察在施加一定的有效应力时，岩样的物性参数随应力变化而改变的性质，它反映了岩石孔隙几何学及裂缝壁面形态对应力变化的响应，对于裂缝较为发育的碳酸盐岩储层，应力敏感程度是一项值得关注的指标。近年来有关应力敏感性的相关研究较多，但其评价实验方法和评价指标还在研究和探索中，石油行业标准SY/T5358-2002储层敏感性流动实验评价方法中有关于应力敏感性评价实验方法，公开出版的保护油气层技术书籍中也有关于应力敏感性评价实验方法和评价指标，但侧重点各有不同，这里介绍一种裂缝储层应力敏感性评价实验方法。

1）确定围压、驱替压力与有效应力之间的函数关系。储层岩石在井内实际承受的有效应力σ有效可由下式求得：

中国海相油气勘探理论技术与实践

式中：P上覆、P孔隙分别为上覆岩层压力和地层孔隙压力。

在岩心流动实验中，由于P上覆≈P围，P孔隙≈0.5P驱替，因此可得到

中国海相油气勘探理论技术与实践

式中：P围、P驱替分别为围压和驱替压力。

2）评价应力敏感性的两种实验方法。从式（3-129）可知，有效应力的变化有两种途径，一是保持P围不变，改变P驱替；二是保持P驱替不变，改变P围。

第一种方法：将饱和了模拟地层水的岩样装入岩心夹持器，保持围压不变，出口通大气，进口压力由预定的最高压力逐步降低到预定的最低压力，并逐点用模拟地层水测岩样的渗透率，该过程模拟了油气田生产过程。

第二种方法：固定驱替泵的流量低于岩样的临界流速，保持驱替压力不变，围压从最低压力（密封岩样所需的最小压力）开始逐步增加到预定的最高压力，实验过程中有效应力逐渐增加；在围压达到预定的最高值后，再逐步降低围压至初始压力值，这是有效应力逐渐降低的过程。渗透率与有效应力典型关系曲线如图3-168所示。

由图3-168可以看出，在升围压实验曲线上，岩样渗透率随有效应力上升而逐渐下降，下降到一定渗透率值以后，下降趋势变缓；在降围压实验曲线上，渗透率随有效应力减小而缓慢增加。但升围压曲线与降围压曲线之间有一定距离，且低压段距离大于高压段。这是岩样形变没有完全恢复所致（即存在渗透率滞后效应）。

图3-168 岩样渗透率与有效应力的典型关系曲线

第一种实验方法中。只能观察到有效应力增加对岩样渗透率的影响；同时由于驱替压力的改变会引起流速改变，从而会引起流态变化，影响实验数据的精确性；还可能使岩样中的微粒发生运移，造成渗流阻力的改变。这不利于对应力敏感性单个因素的影响作出明确而清楚的分析。而第二种实验方法排除了流速的影响，可同时观察到有效应力增加及减少两个过程中渗透率的变化，而且实验过程较简单。另外，还可对有效应力变化引起的岩样渗透率滞后效应进行评价。因此，建议采用第二种方法进行应力敏感性评价实验。

3）评价应力敏感性的实验程序及指标。

A.选取天然裂缝性岩心，准确量取裂缝性岩样的几何尺寸，并称取岩样的干重，测其氮气渗透率。

B.将裂缝性岩样用标准盐水真空饱和，然后称取岩样的湿重，并计算其孔隙度。

C.将岩样放入岩心夹持器中，首先用标准盐水进行驱替，待压力稳定后测其盐水渗透率。

D.用煤油驱替建立束缚水饱和度，然后测定在不同有效应力条件下裂缝性岩样的油相渗透率，实验时泵流量固定在0.8倍临界流速，围压控制在1～24MPa。

E.利用计算机绘制裂缝性岩样的渗透率与有效应力之间的关系曲线.计算应力敏感损害度。目前，国内外尚未提出公认的评价应力敏感性的定量指标，因此，只能对应力敏感性进行定性评价。在大量的应力敏感性实验研究的基础上，笔者提出了评价应力敏感性的定量指标，即应力敏感性损害度Rσ，其定义如下：

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式中：K为初始渗透率（升高围压曲线起始点），10-3μm2；Kmin为最低渗透率（一般为升围压曲线终止点），10-3μm2；Δσ为有效应力变化值，MPa。评价应力敏感性的定量指标：Rσ为3～2，2～1，1～0时，损害程度分别为弱，中，强。

传统的油层损害的损害度R，只是岩样渗透率降低的百分率，没有考虑有效应力的变化幅度。不能直接反映有效应力的影响。应力敏感性损害度Rσ，则反映了有效应力变化因素，更具科学性和实用性。

（3）工作液对储层的损害评价

主要指借助各种仪器设备，预先在室内评价包括钻井液、完井液、压井液、洗井液、修井液、射孔液、压裂液、酸化液等工作液对油气层的损害程度，达到优选工作液配方和施工参数的目的。

1）工作液的静态损害评价。该方法主要利用各种静态滤失实验装置测定工作液静态滤失系数和工作液滤入岩心前后渗透率的变化，来评价工作液对油气层的损害程度并优选工作液配方。实验时，尽可能模拟储层温度和压力条件。用式来计算工作液的损害程度：

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式中：Rs为损害程度；Ko为损害后岩心的油相有效渗透率，μm2；Ko为损害前岩心的油相有效渗透率，μm2。

Rs值越大，损害越严重，评价指标同表1。

2）工作液动态损害评价。在尽量模拟地层实际条件下，评价工作液对油气层的综合损害，为优选工作液配方和优化施工工艺参数提供科学依据。动态损害评价与静态损害评价的区别在于：静态评价时，工作液处于静止状态，而动态评价时，工作液处于循环或搅动的运动状态。采用多点渗透率伤害评价仪还可以测定工作液浸入岩心后的损害深度和损害程度。

3.5.1.2 中国海相碳酸盐岩油气层损害机理

由于海相碳酸盐岩和砂岩在成因上的不同，储层在矿物组成、储集空间和储渗性能方面有很大的差别。

●碳酸盐岩储层的裂缝相对砂岩较为发育，使得储集空间体积的总孔隙度一般很低，但局部孔洞缝发育带的孔隙度和渗透率值很高，其孔隙度和渗透率之间的相关关系不如孔隙型储层。

●碳酸岩储层和碎屑岩储层中的敏感性矿物类型、含量和产状有着很大的差别。碎屑岩储层中的敏感性矿物主要是黏土矿物，且通常位于外来流体和储层中本身流体首先与之接触的粒表、粒间暴露处，因而敏感性矿物，特别是黏土矿物，是碎屑岩储层敏感性的主要内因。而碳酸岩储层黏土矿物含量较少，并且主要是沉积成因，与碎屑岩中的黏土矿物相比，在岩石中分布相对均匀，而孔喉的表面和裂缝的缝面通常不具有优势分布，因此由黏土矿物所造成的“外来流体与地层岩石不配伍”伤害比碎屑岩要弱得多，但碳酸岩或白云岩储层有本身特征的敏感性矿物，如铁方解石、铁白云石等，遇酸会释放大量的Ca2+、Mg2+离子，Mg2+离子在碱性条件下比Ca2+离子相对易于沉淀，形成Mg（OH）2沉淀，黄铁矿和铁方解石和铁白云石遇酸后会释放出铁离子，在碱性环境下易形成Fe（OH）3沉淀。因此，储层有潜在的较强酸碱性。

●裂缝作为主要渗流通道的储层，其渗透率大小直接决定着储层的产量。裂缝的平、直、宽特点，使其通常具有较高的流体通过能力，固相颗粒易侵入储层较深部位，而侵入的滤液则在裂缝壁上形成泥膜，使孔喉明显缩小。

●在生产过程中由于孔隙压力不断下降，上覆岩层负荷应力与孔隙压力之间的差值（即有效应力），可使裂缝在高围压下闭合，使渗透通道缩小，造成伤害。

一般认为，碳酸盐岩油气层的损害主要是外来固相侵入、滤液侵入、应力敏感等。固相颗粒及滤饼是造成碳酸盐岩裂缝型油气层损害的主要因素，水相圈闭和滤膜是损害孔隙型碳酸盐岩油气层的主要因素。裂缝-孔洞型碳酸盐岩油气层一般基质渗透率很低，裂缝是主要储集空间和渗流通道，因此工作液对基质的入侵可忽略，应集中考虑裂缝可能受到的损害。从储层保护的角度，根据储层裂缝在油藏条件下的宽度对这些裂缝进行分类：一类是由中—小裂缝组成的储层，所谓中裂缝指宽度介于10～100μm的裂缝；小裂缝指宽度介于1～10μm的裂缝；而微裂缝指宽度小于1μm的裂缝，因其与岩块基质的平均孔隙、直径相近，可列入基质孔隙范畴；另一类为大裂缝储层，指裂缝的宽度大于100μm的裂缝。油气层岩性可分为泥质碳酸盐岩和灰质碳酸盐岩。滤液和固相颗粒堵塞是损害碳酸盐岩油气层的共同因素；但裂缝宽度不同和岩性差异导致的化学组成不同；损害机理不尽相同；较大裂缝主要是固相堵塞造成的损害，液相损害对泥质碳酸盐岩裂缝更为严重。对于碳酸盐岩油气层（特别是气层）中的微裂缝，水锁损害尤为严重，原始含水饱和度、渗透率、储层润湿性和界面张力均有较大影响。

（1）固相颗粒浸入

储层压力条件下，对裂缝宽度大于100μm的储层，在钻井施工中遇到的最大问题是储层漏失，其漏失的原因可能有如下类型：①正压差下的漏失；②重力诱导型漏失；③置换性漏失；④溶洞性漏失；⑤其他漏失（漏失同层、边喷边漏、地下井喷等）。这些漏失造成最严重的地层伤害是固相伤害。由于在钻井液中90%的固相颗粒粒径小于50μm，所以当裂缝的直径大于50μm时，几乎所有的固相可进入裂缝中，造成严重的填充堵塞。

（2）储层流体敏感性

在钻井完井过程中，侵入的滤液与储层中的矿物发生物理化学作用，引起储层渗透率的变化，称之为储层的流体敏感性。敏感性矿物包括黏土矿物和非黏土敏感性矿物。王欣等从微粒的受力分析出发，从理论上讨论了重力、范氏力、双电层力和水动力对微粒的影响，并着重研究了微粒水化分散、运移的临界浓度和临界启动速度等多种影响因素。引起速敏伤害的可运移微粒，既有黏土矿物微粒，也有方解石、钙长石等其他非黏土矿物的地层微粒。

现阶段对储层流体敏感性损害机理的认识主要集中在由于黏土矿物遇水膨胀，或微粒分散运移而导致地层孔隙度和渗透率下降。Land等指出，尽管做了数百块岩心实验，仍未能建立蒙脱石含量与水敏损害程度的关系，即蒙脱石膨胀与引起地层损害没有直接的关系，这意味着不含膨胀性黏土矿物的地层也会受到损害。

（3）应力敏感性

Duan对不经打磨的自然裂缝（储层的自然裂缝和地面露头的自然裂缝以及大量的人造裂缝）表面特性进行了深入分析，并对自然裂缝的应力敏感性进行了数值模拟，建立了裂缝-孔隙型储层应力损害的分析方法和评价方法。

蒋官澄对裂缝型储层的应力敏感性进行了研究，通过对裂缝型储层的渗透率和裂缝宽度与有效应力之间的关系进行回归分析，认为裂缝型碳酸盐岩储层还存在着应力敏感性和滞后效应。景岷雪等通过实验得出，应力变化幅度对岩心最终渗透率损害程度影响不大。孔隙型岩心应力敏感性小于裂缝型岩心，而天然裂缝型岩心应力敏感性小于人造裂缝岩心，且人造裂缝岩心受应力发生渗透率损害后，该损害过程几乎不可逆。

Ayoub研究了有效应力与碳酸盐岩岩样渗透率之间的关系。随着有效应力的增加，渗透率呈现三种变化趋势：①由于实验岩样含有粒间孔，渗透率平缓下降；②岩样含有溶蚀孔时，渗透率先是急剧下降，然后平缓的降低；③由于岩样中黏土矿物反抗净压力而导致渗透率升高。

何健等指出，裂缝-孔隙型碳酸盐岩储层应力敏感中等偏强，孔隙型储层应力敏感程度弱。对于模拟地层温度、地层上覆压力、地层孔隙压力、地层含水饱和度的全直径岩心的渗透率应力敏感性分析和测试实验目前在国内外尚属空白。

（4）气层损害机理

气层与油层相比，有很多不同之处。自然界中存在的气藏大多数是低渗气藏，储层普遍具有低孔、低渗、强亲水、大比表面积、高含束缚水饱和度、高毛细管力和低储层压力特点。这些特点决定了气层易受到损害，并且一旦损害，解除比较困难。因此进行气层损害有关研究也是十分重要的。

与油层损害相比，对气层损害的研究深度远远不够。从历史上看，国内外均长期有“重油不重气”的倾向，所以低渗气藏的研究得不到重视；另一方面从渗流力学的观点分析，气体本身具有可压缩性，在储层中渗流时，因滑脱效应而表现出与液体不同的渗流行为，特别是在低渗储层中，有些学者认为，气体渗流具有非达西特性，这些均增加了渗流行为的复杂性。另外，气层表面绝大多数是水湿的，亲水现象严重，增加了渗流行为的不定性。这些都增加了气层损害研究的难度。近几年来，D.Bennion等人对气层损害机理进行了比较系统的概括性总结，对钻井过程中的气层损害机理总结为：①储层本身质量问题；②水锁效应；③欠平衡钻井中的反向自吸；④钻井液固相侵入；⑤钻具在孔壁磨光和压碎现象；⑥岩石-流体间相互作用；⑦流体-流体间相互作用。

另有研究表明气层由于具有较强的应力敏感性，越是低渗气藏，特别是裂缝-孔隙性流道，应力敏感性越明显。应力敏感性是由于很多扁平或裂缝状的孔隙和毛细管的关闭引起的，在气藏开采过程中，随着储层中天然气的采出，这种由于储层有效应力改变而引起的渗透率的降低是非常严重的，据国内外资料报导，应力敏感性可导致低渗气藏的渗透率下降50%～90%。目前国内外还没有建立起一整套针对低孔低渗气藏损害的评价指标，包括对应力敏感性的评价指标。

水锁效应对低渗气藏渗透率的影响尤为严重。据国内外资料报道，液相在气藏中滞留（即水锁）是气藏的主要损害因素，气藏渗透率越低，影响越严重。

Bennion探讨了水锁形成机理、影响因素和损害消除方法，Bennion等认为水锁是由于储层初始含水饱和度远远小于束缚水饱和度引起的。贺承祖根据毛细管束模型，从理论上分析指出外来流体在油气层中的毛细管力是控制水锁效应的主要因素，而表面张力只是影响毛细管力的一个因素，此外还必须考虑接触角和毛细管的有效半径影响。碳酸盐岩油气藏也存在超低含水饱和度的现象，当气藏初始含水饱和度低于束缚水饱和度或不可动水饱和度时，即处于“亚束缚水状态”，一旦水基工作液接触气层或地层中其他部位的水窜入气层，或凝析水在气井附近集结等过程，导致气井周围含水饱和度增高，甚至超过不可动水饱和度，结果气相的相对渗透率大幅降低，造成水锁损害。水锁是气层第一位也是最基本的损害因素，严重制约碳酸盐岩气藏的发现成功率和经济开采。

张振华等人对来自轮南古潜山裂缝性碳酸盐储层的岩心研究后认为，古潜山储层存在明显的水锁效应。储层的初始含水饱和度越低，岩心的绝对渗透率越小，水锁效应越严重，并认为加入表面活性剂是减小水锁效应的有效途径。

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