第六届非常规油气地质评价暨新能源学术研讨会
6th Symposium on Unconventional Oil and Gas Geological Evaluation and New Energy

270 / 2021-06-17 23:01:29

硫化氢水溶液对低中阶煤孔渗特征吸附性能影响的实验研究

硫化氢,增渗,煤储层,吸附性,煤阶

煤层气理论与技术

新疆煤储层中H₂S含量异常偏高地区的煤层气井产气量明显高于H₂S含量正常地区。为探究H₂S对煤储层孔渗特征、吸附性能的影响，本次研究以新疆五彩湾煤矿（WCW）、沙尔湖煤矿（SEH）、拜城煤矿（BC）及艾维尔沟煤矿（AW）的低、中阶煤为研究对象，开展了饱和H₂S水溶液酸化前后的煤样孔隙度、渗透率测试、高压压汞实验、核磁共振实验、X射线衍射分析（XRD）、等温吸附实验和场发射扫描电镜观测，系统研究了饱和H₂S水溶液酸化前后煤样孔隙度、不同层理方向渗透率和吸附性能的变化特征，揭示了H₂S水溶液对煤储层的酸化增透机理及其对煤储层吸附性能的影响机制。

研究表明：

（1）低阶煤和中阶煤的孔隙度分别平均为19.24%和4.57%，中阶煤的孔隙度明显小于低阶煤的孔隙度。H₂S水溶液酸化后，低阶煤孔隙度平均增幅为52.10%，而中阶煤平均增幅为11.04%。整体上，H₂S水溶液对低阶煤孔隙度的改善效果较中阶煤更好。H₂S水溶液的酸化作用能够显著增大煤储层平行层理方向、垂直层理方向的渗透率，渗透率增大61.59~828.16倍，同时，H₂S水溶液酸化后的增渗效果受煤样初始孔、裂隙特征和初始渗透率的影响，初始孔隙度越大、渗透率越高，煤样酸化后的扩容、增渗效果越明显。

（2）H₂S水溶液酸化前、后，煤样总孔容均随煤阶的增大而减小；酸化后低阶煤孔容的增幅明显高于中阶煤。总孔比表面积在酸化前后均随煤阶的增大呈先减小后增大的趋势，且低阶煤的总孔比表面积高于中阶煤。酸化作用使得低阶煤的开放孔孔容和可动水饱和度增大，使中阶煤的开放孔孔容和可动水饱和度减小，表明H₂S水溶液酸化能显著增强煤层气在低阶煤中的渗流能力。

（3）H₂S水溶液改变煤储层孔渗特征的机理包括两个方面：一方面酸液会溶蚀煤中碳酸盐矿物，从而降低充填于孔隙、裂隙中的方解石等碳酸盐矿物对煤体孔渗的影响，从而增大煤岩空隙体积和连通性；另一方面煤中黏土矿物遇酸液会发生膨胀、分散，进而生成细小颗粒堵塞孔隙，使煤岩体空隙体积下降，孔隙连通性也随之变差。

（4）酸化前原始状态下，中阶煤对煤层气的吸附能力强于低阶煤，且中阶煤比低阶煤更易达到吸附平衡状态。煤样经H₂S水溶液酸化作用后，在30℃、平衡水条件下，相同压力点下，低阶煤对煤层气的吸附量明显提高、吸附能力明显增强；而中阶煤样对煤层气的吸附量。

（5）煤岩吸附能力受到包括孔比表面积和水分产率在内的诸多因素的控制。H₂S水溶液酸化对低、中阶煤吸附性能的影响主要通过影响煤岩比表面积和水分产率来实现：酸化后低阶煤孔比表面积减小、水分产率大幅下降，导致吸附性能明显增强；中阶煤孔比表面积增加，水分产率整体增大，因此水分子与甲烷分子产生竞争吸附，从而导致吸附能力下降。