CN108756870A - 一种煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法，该方法包括：利用岩心驱替法获得第一压裂液对煤岩心渗透率的伤害率；根据煤油、去离子水、第二压裂液、压裂液添加剂和钠膨润土，充分反应离心获得第二压裂液对钠膨润土的防膨率与缩膨率；利用电子显微镜观察法获得第三压裂液对煤岩表面的微观伤害；根据伤害率、防膨率、缩膨率和微观伤害，综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理。由此可见，通过三个实验获得的伤害率、防膨率、缩膨率和微观伤害，进行多尺度综合性分析，能够确定压裂液对煤层气的伤害性能，并找到导致该伤害性能的具体原因，用于针对性指导煤层气的实际现场开采，从而获得更好的经济效益。

Description

一种煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法

技术领域

本申请涉及煤层气开采技术领域，尤其涉及一种煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法。

背景技术

近年来，随着国家能源结构的调整，储存量巨大、对环保影响较大的非常规油气的重要组成部分——煤层气逐渐成为我国非常规油气资源的勘探和开发的重点对象之一。

煤层气的存储环境、存储状态等决定了压裂施工是实现煤层气快速增产和有效开发的重要方式，但是压裂施工中采用的压裂液与地层流体存在性能差异，储层煤岩必然受到伤害，因此，压裂液对煤层气的伤害性能是压裂施工的重要指标。目前，一般采用压裂液对煤岩心渗透率的伤害率作为评价压裂液对煤层气的伤害性能，或者，利用电子显微镜观察压裂液作用前后的煤岩表面，基于压裂液添加剂在储层煤岩表面的吸附伤害评价分析压裂液对煤层气的伤害性能。

发明人经过研究发现，压裂液对煤岩心渗透率的伤害率仅仅是压裂液对煤岩心伤害的综合表现，煤岩心成分复杂，非均质性强，此方式伤害机理不明确，针对性弱，对于实际开采缺乏指导意义；而压裂液添加剂在储层煤岩表面吸附伤害大并不一定表示压裂液对煤岩心渗透率的伤害率大，有可能压裂液对煤岩心渗透率的伤害率很小甚至为负，即上述两种方式并不能准确分析压裂液对煤层气造成伤害的具体原因。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是，提供一种煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法，能够确定压裂液对煤层气的伤害性能，并找到导致该伤害性能的具体原因，即，明确伤害机理，用于针对性指导煤层气的实际现场开采，从而获得更好的经济效益。

本申请实施例提供了一种煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法，该方法包括：

基于储层煤岩的煤岩心和第一压裂液，利用岩心驱替法获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率；

根据煤油、去离子水、第二压裂液、压裂液添加剂和钠膨润土，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率；

利用电子显微镜对比观察未浸泡原煤块和第三压裂液浸泡原煤块的表面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害；

根据所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率、所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理。

优选的，所述基于储层煤岩的煤岩心和第一压裂液，利用岩心驱替法获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率，包括：

从所述储层煤岩中获得所述煤岩心；

将氮气作为测试流体渗透所述煤岩心，获得所述煤岩心的渗透率k₁；

利用所述第一压裂液伤害所述煤岩心，所述第一压裂液是利用滤失仪预先收集的；

将所述氮气作为测试流体渗透所述煤岩心，获得伤害后的煤岩心的渗透率k₂；

根据所述k₁、所述k₂和伤害率公式获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率η。

优选的，所述从所述储层煤岩中获得所述煤岩心，具体为：

在所述储层煤岩进行钻切并烘干获得所述煤岩心，所述煤岩心的直径为25mm～25.4mm，高度为1～2倍的所述直径。

优选的，所述利用所述第一压裂液伤害所述煤岩心，包括：

在地层温度、压力条件下，向所述煤岩心通入与预设倍数所述煤岩心孔隙体积的所述第一压裂液；

关闭进口阀门和出口阀门第一预设时间段关闭进口阀门和出口阀门第一预设时间段。

优选的，所述氮气和所述第一压裂液在所述煤岩心的流速小于所述煤岩心的临界流速。

优选的，所述根据煤油、去离子水、第二压裂液、压裂液添加剂和钠膨润土，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率，包括：

根据所述煤油、所述去离子水和所述第二压裂液，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率；

根据所述去离子水和所述压裂液添加剂，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率。

优选的，所述根据所述去离子水和所述第二压裂液，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率，包括：

在第一离心管、第二离心管和第三离心管中分别装入等量第一预设体积的所述煤油、所述去离子水和所述第二压裂液；

在所述第一离心管、所述第二离心管和所述第三离心管中分别加入预设质量的所述钠膨润土，充分摇匀，静置第二预设时间段；

将所述第一离心管、所述第二离心管和所述第三离心管放入离心机，以预设转速离心第三预设时间段；

获取所述钠膨润土在所述煤油中的膨胀体积V₀、所述钠膨润土在所述去离子水中的膨胀体积V₁、所述钠膨润土在所述第二压裂液中的膨胀体积V₂；

根据所述V₀、所述V₁、所述V₂公式获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率B_f。

优选的，所述根据所述去离子水和所述压裂液添加剂，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率，包括：

在第四离心管装入所述等量第一预设体积的所述去离子水；

在所述第四离心管中加入所述预设质量的所述钠膨润土，充分摇匀，静置所述预设第二预设时间段；

在所述第四离心管中加入所述压裂液添加剂，配制成所述第二压裂液，充分摇匀，静置所述预设第二预设时间段；

将所述第四离心管放入所述离心机，以所述预设转速离心所述第三预设时间段；

获取所述钠膨润土在所述第二压裂液中的缩膨后的体积V₃；

根据所述V₀、所述V₁、所述V₃和公式获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率B_s。

优选的，所述离心机为自平衡离心机或角转子离心机。

优选的，所述利用电子显微镜对比观察未浸原煤块和第三压裂液浸泡原煤块的表面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，包括：

从所述储层煤岩获得第一原煤块和第二原煤块，所述第一原煤块和所述第二原煤块的长、宽和高相同；

将所述第二原煤块在第二预设体积的所述第三压裂液浸泡第四预设时间段；

取出所述第二原煤块，晾干至所述第二原煤块的表面干燥；

利用电子显微镜对比观察所述第一原煤块和所述第二原煤块的顶面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害。

优选的，还包括：

将所述第一原煤块和第二原煤块的底面进行平整处理。

优选的，所述根据所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率、所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理，包括：

比较所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率与伤害率预设值，确定所述压裂液对煤层气伤害性能；

基于所述压裂液对煤层气伤害性能，根据所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析的所述压裂液对煤层气的伤害机理。

优选的，所述比较所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率与伤害率预设值，确定所述压裂液对煤层气伤害性能，包括：

若所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率η小于等于所述伤害率预设值，确定压裂液对煤层气伤害性能为无伤害；

若所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率η大于所述伤害率预设值，确定压裂液对煤层气伤害性为有伤害。

优选的，所述第一压裂液、所述第二压裂液和所述第三压裂液相同。

与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：

采用本申请实施例的技术方案，基于储层煤岩的煤岩心和第一压裂液，利用岩心驱替法获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率；根据煤油、去离子水、第二压裂液、压裂液添加剂和钠膨润土，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率；利用电子显微镜对比观察未浸泡原煤块和第三压裂液浸泡原煤块的表面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害；根据所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率、所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理。由此可见，通过三个实验获得的伤害率、防膨率、缩膨率和微观伤害，进行多尺度综合性分析，能够确定压裂液对煤层气的伤害性能，并找到导致该伤害性能的具体原因，即，明确伤害机理，用于针对性指导煤层气的实际现场开采，从而获得更好的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种未浸泡原煤块的表面电子显微镜图；

图3为本申请实施例提供的一种泡沫压裂液浸泡原煤块的表面电子显微镜图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

发明人经过研究发现，采用压裂液对煤岩心渗透率的伤害率作为评价压裂液对煤层气的伤害性能，由于伤害率仅仅是压裂液对煤岩心伤害的综合表现，而煤岩心含有无机物和大量的有机分子，成分较为复杂，非均质性强，此方式伤害机理不明确，针对性弱，对于实际开采缺乏指导意义；进而有学者利用电子显微镜观察压裂液作用前后的储层煤岩表面，基于压裂液添加剂在储层煤岩表面的吸附伤害评价分析压裂液对煤层气的伤害性能，吸附越伤害越大表示压裂液对煤层气的伤害性能越大，这无法解释压裂液添加剂在储层煤岩表面存在吸附伤害大，而压裂液对煤岩心渗透率的伤害率很小甚至为负的情况。

为了解决上述问题，在本申请实施例中，基于储层煤岩的煤岩心和第一压裂液，利用岩心驱替法获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率；根据煤油、去离子水、第二压裂液、压裂液添加剂和钠膨润土，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率；利用电子显微镜对比观察未浸泡原煤块和第三压裂液浸泡原煤块的表面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害；根据所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率、所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理。由此可见，通过三个实验获得的伤害率、防膨率、缩膨率和微观伤害，进行多尺度综合性分析，能够确定压裂液对煤层气的伤害性能，并找到导致该伤害性能的具体原因，即，明确伤害机理，用于针对性指导煤层气的实际现场开采，从而获得更好的经济效益。

下面结合附图，通过实施例来详细说明本申请实施例中煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法的具体实现方式。

示例性方法

参见图1，示出了本申请实施例中一种煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法的流程示意图。在本实施例中，所述方法例如可以包括以下步骤：

步骤101：基于储层煤岩的煤岩心和第一压裂液，利用岩心驱替法获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率。

需要说明的是，由于压裂液对储层煤岩可能造成伤害，因此未经由压裂液伤害的煤岩心与经由压裂液伤害的煤岩心的渗透率不一样，那么未经由压裂液伤害的煤岩心的渗透率与经由压裂液伤害的煤岩心的渗透率的差值可以表示压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害，进而基于该差值和未经由压裂液伤害的煤岩心的渗透率得到压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率。其中，考虑到煤层气为气体，一般采用气测法测定煤岩心的渗透率，即，在本实施例的一些实施方式中，所述步骤101例如可以包括以下步骤：

步骤A：从所述储层煤岩中获得所述煤岩心；

步骤B：将氮气作为测试流体渗透所述煤岩心，获得所述煤岩心的渗透率k₁；

步骤C：利用所述第一压裂液伤害所述煤岩心，所述第一压裂液是利用滤失仪预先收集的；

步骤D：将所述氮气作为测试流体渗透所述煤岩心，获得伤害后的煤岩心的渗透率k₂；

步骤E：根据所述k₁、所述k₂和伤害率公式获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率η。

一般地，将在储层煤岩中钻取得到特定形状大小的煤岩作为煤岩心，因此，所述步骤A具体为：在所述储层煤岩进行钻切并烘干获得所述煤岩心，考虑到目前实验中煤岩心夹持器的规格大小，所述煤岩心的直径为25mm～25.4mm，高度为1～2倍的所述直径。

其中，利用压裂液伤害煤岩心实际上是指在一定条件下向煤岩心通过一定量的压裂液，并使压裂液停留一段时间对煤岩心造成伤害，因此，所述步骤C包括以下步骤：

步骤C1：在地层温度、压力条件下，向所述煤岩心通入与预设倍数所述煤岩心孔隙体积的所述第一压裂液；

步骤C2：关闭进口阀门和出口阀门第一预设时间段。

其中，对于步骤B、步骤C和步骤D，所述氮气和所述第一压裂液在所述煤岩心的流速小于所述煤岩心的临界流速。

步骤102：根据煤油、去离子水、第二压裂液、压裂液添加剂和钠膨润土，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率。

需要说明的是，由于钠膨润土在煤油、去离子水和压裂液三种不同溶液中的膨胀体积不同，可以进行膨胀实验，基于钠膨润土的不同膨胀体积获得压裂液对钠膨润土的防膨率；再进行缩膨实验，基于钠膨润土在压裂液中缩膨后的体积和上述部分膨胀体积，获得压裂液对钠膨润土的缩膨率，在本实施例的一些实施方式中，所述步骤102例如可以包括以下步骤：

步骤F：根据所述煤油、所述去离子水和所述第二压裂液，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率；

步骤G：根据所述去离子水和所述压裂液添加剂，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率。

其中，钠膨润土分别与煤油、去离子水和压裂液三种溶液充分混合静置离心后，可以得到钠膨润土的膨胀体积。基于三种溶液的各自特性，钠膨润土在煤油中的膨胀体积最小，在去离子水中的膨胀体积最大，在压裂液中的膨胀体积居中。根据防膨率计算公式代入三个膨胀体积，计算得到压裂液对所述钠膨润土的防膨率，因此，所述步骤F例如可以包括以下步骤：

步骤F1：在第一离心管、第二离心管和第三离心管中分别装入等量第一预设体积的所述煤油、所述去离子水和所述第二压裂液；

步骤F2：在所述第一离心管、所述第二离心管和所述第三离心管中分别加入预设质量的所述钠膨润土，充分摇匀，静置第二预设时间段；

步骤F3：将所述第一离心管、所述第二离心管和所述第三离心管放入离心机，以预设转速离心第三预设时间段；

步骤F4：获取所述钠膨润土在所述煤油中的膨胀体积V₀、所述钠膨润土在所述去离子水中的膨胀体积V₁、所述钠膨润土在所述第二压裂液中的膨胀体积V₂；

步骤F5：根据所述V₀、所述V₁、所述V₂和防膨率公式获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率B_f。

其中，由于在去离子水中加入压裂液添加剂可以配置成压裂液，基于上述步骤F可以想到，若是钠膨润土首先在去离子水中进行膨胀，钠膨润土的膨胀体积较大，然后在该去离子水中加入压裂液添加剂配置成压裂液后，钠膨润土的膨胀体积会减小，即，钠膨润土发生缩膨。根据缩膨率计算公式代入缩膨后的钠膨润土的膨胀体积、钠膨润土在煤油中膨胀体积和钠膨润土在去离子水中膨胀体积，计算得到压裂液对所述钠膨润土的缩膨率，因此，所述步骤G例如可以包括以下步骤：

步骤G1：在第四离心管装入所述等量第一预设体积的所述去离子水；

步骤G2：在所述第四离心管中加入所述预设质量的所述钠膨润土，充分摇匀，静置所述预设第二预设时间段；

步骤G3：在所述第四离心管中加入所述压裂液添加剂，配制成所述第二压裂液，充分摇匀，静置所述预设第二预设时间段；

步骤G4：将所述第四离心管放入所述离心机，以所述预设转速离心所述第三预设时间段；

步骤G5：获取所述钠膨润土在所述第二压裂液中的缩膨后的体积V₃；

步骤G6：根据所述V₀、所述V₁、所述V₃和缩膨率公式获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率B_s。

其中，较为常见的离心机有自平衡离心机和角转子离心机，因此，本实施例中采用上述两种离心机中的任意一种；但是，由于角转子离心机离心后获得的实验数据误差较大，本实施例优先采用自平衡离心机进行实验。

步骤103：利用电子显微镜对比观察未浸泡原煤块和第三压裂液浸泡原煤块的表面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害。

需要说明的是，未浸泡原煤块和压裂液浸泡原煤块的对比观察实验实质上获取两个形状大小相同的原煤块，其中一个原煤块用压裂液浸泡一段时间，以便压裂液对原煤块造成伤害，另一个原煤块不进行特殊处理作为空白对比。在同一环境条件下，利用电子显微镜观察上述处理后两个原煤块表面的微观区别，明确压裂液对煤岩表面的微观伤害。因此，在本实施例的一些实施方式中，所述步骤103例如可以包括以下步骤：

步骤H：从所述储层煤岩获得第一原煤块和第二原煤块，所述第一原煤块和所述第二原煤块的长、宽和高相同；

步骤I：将所述第二原煤块在第二预设体积的所述第三压裂液浸泡第四预设时间段；

步骤J：取出所述第二原煤块，晾干至所述第二原煤块的表面干燥；

步骤K：利用电子显微镜对比观察所述第一原煤块和所述第二原煤块的顶面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害。

其中，为了便于电子显微镜的观察，两个原煤块的底面应该是平整的，因此，在本实施例的一些实施方式中，在步骤H之后，例如还可以包括步骤L：将所述第一原煤块和第二原煤块的底面进行平整处理。还需要说明的是，在整个步骤103中需要注意两个原煤块的顶面不能被污染，从而提高观察得到压裂液对煤岩表面的微观伤害的准确性。

步骤104：根据所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率、所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理。

需要说明的是，预先设定了伤害率预设值用于评判压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率表示有伤害还是无伤害，而基于压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，进一步分析解释有无伤害的具体原因。因此，在本实施例的一些实施方式中，所述步骤104例如可以包括以下步骤：

步骤M：比较所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率与伤害率预设值，确定所述压裂液对煤层气伤害性能；

步骤N：基于针对所述压裂液对煤层气伤害性能，根据所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析的所述压裂液对煤层气的伤害机理。

其中，在实际应用中，所述步骤M例如可以包括：

步骤M1：若所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率η小于等于所述伤害率预设值，确定压裂液对煤层气伤害性能为无伤害；

步骤M2：若所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率η大于所述伤害率预设值，确定压裂液对煤层气伤害性为有伤害。

其中，步骤101中用到的第一压裂液、步骤102中用到的第二压裂液和步骤103中用到的第三压裂液是相同的。

通过本实施例提供的各种实施方式，基于储层煤岩的煤岩心和第一压裂液，利用岩心驱替法获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率；根据煤油、去离子水、第二压裂液、压裂液添加剂和钠膨润土，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率；利用电子显微镜对比观察未浸泡原煤块和第三压裂液浸泡原煤块的表面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害；根据所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率、所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理。由此可见，通过三个实验获得的伤害率、防膨率、缩膨率和微观伤害，进行多尺度综合性分析，能够确定压裂液对煤层气的伤害性能，并找到导致该伤害性能的具体原因，即，明确伤害机理，用于针对性指导煤层气的实际现场开采，从而获得更好的经济效益。

实例

以泡沫压裂液对云南L煤矿所取煤岩心的伤害性能评价分析为例。泡沫压裂液的配方为：1％起泡剂LY-3-16+0.5％稳泡剂LY-3-18+0.5％黏土稳定剂XN-NT-20+0.5％助解吸剂XN-ZJX-1。

1、利用岩心驱替法获得泡沫压裂液对煤岩心渗透率的伤害率

(1)从云南L煤矿的储层煤岩中获得煤岩心

在云南L煤矿的储层煤岩进行钻切并60℃烘干，获得直径25.4mm、高度49.5mm的煤岩心；

(2)利用氮气测定煤岩心的渗透率k₁

将氮气作为测试流体，调节煤岩心气体渗透率孔隙度测定仪围压为1.31MPa，测试温度为30℃，测试流速为0.02mL/min，渗透煤岩心，可得煤岩心的渗透率k₁为0.2287×10^-3μm²。

(3)用泡沫压裂液滤液对煤岩心进行伤害

在室温、围压3MPa条件下，向煤岩心中通入其孔隙体积20倍量的泡沫压裂液滤液，然后关闭进口阀门和出口阀门，使泡沫压裂液滤液在煤岩心中停留2h。所述泡沫压裂液滤液是将泡沫压裂液基液装入GGS71-31型高温高压滤失仪滤筒内，在出液端放置2片圆形滤纸，再将装好的滤筒放入加热套中，对滤筒施加压力，并保持实验压差为3.5MPa，收集300mL流出滤液得到的。

(4)利用氮气测定伤害后的煤岩心的渗透率k₂

将氮气作为测试流体，调节煤岩心气体渗透率孔隙度测定仪围压为1.31MPa，测试温度为30℃，测试流速为0.02mL/min，渗透伤害后的煤岩心，可得伤害后的煤岩心的渗透率k₂为0.2471×10^-3μm²。

(5)根据k₁、k₂和伤害率公式计算泡沫压裂液对煤岩心渗透率的伤害率η

将k₁＝0.2287×10^-3μm²和k₂＝0.2471×10^-3μm²代入伤害率公式计算获得泡沫压裂液对煤岩心渗透率的伤害率η为-8.03％。

2、采用离心法获得泡沫压裂液对钠膨润土的防膨率与缩膨率

(1)根据煤油、去离子水和压裂液，充分反应离心获得泡沫压裂液对钠膨润土的防膨率

在三个离心管中分别装入10mL煤油、10mL去离子水和10mL泡沫压裂液，在上述三个离心管中分别加入0.50g钠膨润土，充分摇匀，在室温下静置2h后，放入自平衡离心机，以1500r/min的转速离心15min。读取钠膨润土在煤油中的膨胀体积V₀为0.52mL，在去离子水中的膨胀体积V₁为5.19mL，在泡沫压裂液中的膨胀体积V₂为0.81mL。将V₀＝0.52mL、V₁＝5.19mL、V₂＝0.81mL代入防膨率公式计算获得泡沫压裂液对钠膨润土的防膨率B_f为93.8％。

(2)根据去离子水和压裂液添加剂，充分反应离心获得泡沫压裂液对钠膨润土的缩膨率

在另一个离心管中装入10mL泡沫压裂液，在该离心管中加入0.50g钠膨润土，充分摇匀，在室温下静置2h后，向该离心管中按配方加入压裂液添加剂，使之配制成泡沫压裂液，再次充分摇匀，在室温下静置2h，然后放入自平衡离心机，以1500r/min的转速离心15min。读取钠膨润土在泡沫压裂液中缩膨后的体积V₃为4.79mL。将V₀＝0.52mL、V₁＝5.19mL、V₃＝4.79mL代入缩膨率公式计算获得泡沫压裂液对钠膨润土的缩膨率B_s为8.6％。

3、利用电子显微镜观察压裂液对煤岩表面的微观伤害

从云南L煤矿的储层煤岩钻取两个原煤块，两个原煤块尺寸均约为长6mm、宽2mm、高3mm。对两个原煤块的底面进行平整处理，在该操作及后续操作过程中，保证作为观察面的两个原煤块的顶面不被污染。取其中一个原煤块，在500mL泡沫压裂液中浸泡24h，取出置于吸水纸上，在空气中自然晾干至煤块表面完全无水；另一个原煤块不进行其他处理。在同一温度、湿度条件下，用电子显微镜对比观察对未浸泡原煤块和泡沫压裂液浸泡后原煤块的顶面。

如图2所示未浸泡原煤块的表面电子显微镜图，观察发现，未经泡沫压裂液浸泡处理的原煤块表面微裂缝很少，整体结构完整。如图3所示泡沫压裂液浸泡原煤块的表面电子显微镜图，在经泡沫压裂液浸泡处理后的原煤块表面的部分区域发生了表面活性剂吸附，且在发生表面活性剂吸附的地方，产生了大量的次生微裂缝。

4、综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理

根据前三步的实验可知，泡沫压裂液滤液对云南L煤矿储层煤岩的煤岩心渗透率的伤害率η为-8.03％，-8.03％低于5％，认为该泡沫压裂液滤液对压裂液对云南L煤矿储层煤岩的煤岩心渗透率无伤害。基于泡沫压裂液对钠膨润土的防膨率B_f为93.8％、缩膨率为B_s8.6％，以及经泡沫压裂液浸泡处理后的原煤块表面的部分区域发生了表面活性剂吸附，且在发生表面活性剂吸附的地方，产生了大量的次生微裂缝。综合这三步实验的结果分析认为：由微观层面可知，云南L煤矿储层煤岩中存在水敏性黏土矿物，由于该泡沫压裂液的防膨、缩膨作用，使得水敏性黏土矿物的体积收缩，再加上表面活性剂吸附在煤块表面后，改变了其上的电荷和力的分布，打破了原有的平衡，导致大量次生微裂缝的产生，这导致在宏观层面上泡沫压裂液滤液改善了云南L煤矿储层煤岩的煤岩心渗透率。

综上所述，通过三个实验获得的伤害率、防膨率、缩膨率和微观伤害，进行多尺度综合性分析，能够确定压裂液对煤层气的伤害性能，并找到导致该伤害性能的具体原因，即，明确伤害机理，用于针对性指导煤层气的实际现场开采，从而获得更好的经济效益。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种煤层气压裂液伤害性能和伤害机理分析方法，其特征在于，包括：

基于储层煤岩的煤岩心和第一压裂液，利用岩心驱替法获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率；

根据煤油、去离子水、第二压裂液、压裂液添加剂和钠膨润土，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率；

利用电子显微镜对比观察未浸泡原煤块和第三压裂液浸泡原煤块的表面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害；

根据所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率、所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于储层煤岩的煤岩心和第一压裂液，利用岩心驱替法获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率，包括：

从所述储层煤岩中获得所述煤岩心；

将氮气作为测试流体渗透所述煤岩心，获得所述煤岩心的渗透率k₁；

利用所述第一压裂液伤害所述煤岩心，所述第一压裂液是利用滤失仪预先收集的；

将所述氮气作为测试流体渗透所述煤岩心，获得伤害后的煤岩心的渗透率k₂；

根据所述k₁、所述k₂和伤害率公式获得所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率η。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述储层煤岩中获得所述煤岩心，具体为：

在所述储层煤岩进行钻切并烘干获得所述煤岩心，所述煤岩心的直径为25mm～25.4mm，高度为1～2倍的所述直径。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述第一压裂液伤害所述煤岩心，包括：

在地层温度、压力条件下，向所述煤岩心通入与预设倍数所述煤岩心孔隙体积的所述第一压裂液；

关闭进口阀门和出口阀门第一预设时间段关闭进口阀门和出口阀门第一预设时间段。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氮气和所述第一压裂液在所述煤岩心的流速小于所述煤岩心的临界流速。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据煤油、去离子水、第二压裂液、压裂液添加剂和钠膨润土，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率，包括：

根据所述煤油、所述去离子水和所述第二压裂液，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率；

根据所述去离子水和所述压裂液添加剂，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述去离子水和所述第二压裂液，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率，包括：

在第一离心管、第二离心管和第三离心管中分别装入等量第一预设体积的所述煤油、所述去离子水和所述第二压裂液；

在所述第一离心管、所述第二离心管和所述第三离心管中分别加入预设质量的所述钠膨润土，充分摇匀，静置第二预设时间段；

将所述第一离心管、所述第二离心管和所述第三离心管放入离心机，以预设转速离心第三预设时间段；

获取所述钠膨润土在所述煤油中的膨胀体积V₀、所述钠膨润土在所述去离子水中的膨胀体积V₁、所述钠膨润土在所述第二压裂液中的膨胀体积V₂；

根据所述V₀、所述V₁、所述V₂公式获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率B_f。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述去离子水和所述压裂液添加剂，充分反应离心获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率，包括：

在第四离心管装入所述等量第一预设体积的所述去离子水；

在所述第四离心管中加入所述预设质量的所述钠膨润土，充分摇匀，静置所述预设第二预设时间段；

在所述第四离心管中加入所述压裂液添加剂，配制成所述第二压裂液，充分摇匀，静置所述预设第二预设时间段；

将所述第四离心管放入所述离心机，以所述预设转速离心所述第三预设时间段；

获取所述钠膨润土在所述第二压裂液中的缩膨后的体积V₃；

根据所述V₀、所述V₁、所述V₃和公式获得所述第二压裂液对所述钠膨润土的缩膨率B_s。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述离心机为自平衡离心机或角转子离心机。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用电子显微镜对比观察未浸原煤块和第三压裂液浸泡原煤块的表面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，包括：

从所述储层煤岩获得第一原煤块和第二原煤块，所述第一原煤块和所述第二原煤块的长、宽和高相同；

将所述第二原煤块在第二预设体积的所述第三压裂液浸泡第四预设时间段；

取出所述第二原煤块，晾干至所述第二原煤块的表面干燥；

利用电子显微镜对比观察所述第一原煤块和所述第二原煤块的顶面，获得所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述第一原煤块和第二原煤块的底面进行平整处理。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率、所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析压裂液对煤层气的伤害性能和伤害机理，包括：

比较所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率与伤害率预设值，确定所述压裂液对煤层气伤害性能；

基于所述压裂液对煤层气伤害性能，根据所述第二压裂液对所述钠膨润土的防膨率与缩膨率和所述第三压裂液对煤岩表面的微观伤害，综合分析的所述压裂液对煤层气的伤害机理。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述比较所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率与伤害率预设值，确定所述压裂液对煤层气伤害性能，包括：

若所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率η小于等于所述伤害率预设值，确定压裂液对煤层气伤害性能为无伤害；

若所述第一压裂液对所述煤岩心渗透率的伤害率η大于所述伤害率预设值，确定压裂液对煤层气伤害性为有伤害。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一压裂液、所述第二压裂液和所述第三压裂液相同。