摘要：煤层气开发中无机矿物堵塞容易导致煤层气井低产，严重制约煤层气井的连续稳定排采与产量，酸蚀溶解是高效清理无机矿物的有效手段之一。基于无机矿物的多组分酸液溶蚀试验，考虑泡排作用对无机矿物的润湿携带效果，研究了起泡剂复配酸液解堵剂对低产煤层气井无机矿物的泡排酸蚀解堵特性。结果表明：氢氟酸对以硅酸盐岩为主要成分的无机矿物的溶蚀效果较盐酸与乙酸最佳，酸液质量分数超过12%对无机矿物溶蚀率增长不显著。多组分酸较单组份酸对无机矿物溶蚀率更高，普遍达40%～80%。当复配解堵剂中起泡剂质量分数小于0.6%时，随起泡剂浓度增长，溶液表面张力、溶液与无机矿物表面接触角均逐渐减少，泡排作用下泡沫越绵密，起泡能力逐渐增加，泡沫半衰期逐渐延长，泡沫携粉含量越高。当起泡剂质量分数超过0.6%后，复配解堵液表面张力呈紊乱趋势，泡沫稳定性变差。十二烷基二甲基胺乙内酯(BS-12)泡沫体系泡径大较脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)泡沫体系泡径大小不均对泡沫半衰期影响更为严重。由于十二烷基葡萄糖苷(APG)复配酸液表面张力最小，泡沫稳定绵密且对无机矿物润湿性最好，选取耐酸性强的非离子型表面活性剂APG作为起泡剂复配酸液为优选的溶蚀无机矿物解堵剂。泡排作用促进无机矿物溶蚀率少量增长，酸液浓度对泡沫稳定性、泡沫半衰期起抑制作用，泡沫携带排出的无机矿物粒径越小，粒径范围越窄。

引言

我国煤层气资源十分丰富，是世界上仅次于俄罗斯和加拿大的第三大煤层气储藏国家。煤层气井排采过程受煤储层地质与工程因素的影响，普遍存在煤粉、碎屑类矿物、黏土类无机矿物等固相颗粒产出现象，固相颗粒滞留在煤层气井产气通道中会严重制约煤层气井的连续稳定排采。酸蚀作用可有效疏通煤层气井井筒及裂缝内无机矿物堵塞，扩大煤储层产气空隙空间，提高储层渗透率与产气效率。

国内外学者对解决煤层固相颗粒堵塞问题进行了大量研究。姚征等研究了煤层气开发中固相微粒生成规律的影响，并通过分析煤粉产出力学机理降低储层煤粉伤害程度；魏迎春等揭示了煤粉颗粒在裂隙不同位置的运移沉积规律；綦耀光、张芬娜等共同建立学术模型分析了煤粉堵塞对煤层孔隙率和渗透率的影响；张遂安等基于无机矿物伤害机理确定了控制煤粉适度产出的排采工作制度；SU等从地质条件和开发技术查明典型低产井成因；HUANG等研究了润湿性和粒径对支撑裂缝煤粉滞留的影响；胡胜勇等建立了考虑煤粉动态运移的裂缝渗透率演化数学模型；ZOU等优化了一种适用于解决煤粉聚集滞留的分散剂体系；LI等发现了不同组分酸溶液处理对矿物颗粒的清理作用；HE等通过酸溶蚀试验研究了酸化压裂液对无烟煤孔隙结构及连通性的影响；张金发等研究了土酸对砂岩中黏土矿物的改造解堵机理；刘炎杰等优选了最优混合酸液配方解决大宁矿矿物堵塞问题。前人多基于物理实验研究排采条件对解决固相颗粒堵塞的影响，鲜有学者从改造解堵液化学性质的角度考虑解堵剂对堵塞颗粒的溶蚀效果与润湿分散效果。笔者确定了清理无机矿物的最佳混合酸液及配比，基于不同起泡剂在混合酸液中的起泡与润湿效果，开展了酸蚀泡排作用下井筒内滞留无机矿物运移排出试验，研究了泡沫酸对无机矿物溶蚀解堵特性与携带运移排出特性的影响规律，为煤储层支撑裂缝内无机矿物酸蚀解堵、酸压或酸洗后储层裂缝通道内水锁效应、酸渣颗粒二次运移等研究奠定理论基础。

1.试验材料

试验所使用无机矿物样品取自山西省武乡区块已施工的2口典型低产煤层气井。武乡区块位于山西省中南部，沁水煤田中段东部，主要开发3号上煤和15号煤煤层气，埋深在1 050～1 750 m，属深部煤层气，地质构造变化复杂，储层产出以黏土矿物为主的泥质无机矿物，具有矿物含量高、黏性大、含碳量低的非煤特性。

图1为2口低产井采集样品的X射线衍射结果。可以看出，2种无机矿物样品中硅酸盐岩成分占比大，因此选用乙酸、盐酸、氢氟酸3种常规酸液进行无机矿物溶蚀试验，理想状态下矿物组分被单一酸液的侵蚀过程见表1。选用的3种常见起泡剂分别为：十二烷基二甲基胺乙内酯(BS-12)、十二烷基葡萄糖苷(APG)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)，见表2。其中BS-12为两性离子型起泡剂、APG为阴−非离子型起泡剂、AEO为非离子型起泡剂。

图1武乡区块无机矿物成分分析

表1矿物组分反应式

2.酸蚀作用下无机矿物的溶蚀解堵特性

2.1试验方案

1)将无机矿物样品进行粉碎，筛分粒径为1016～2032 mm的无机矿物烘干24 h。

2)如图2所示，将乙酸、盐酸、氢氟酸分别与无机矿物开展溶蚀试验，在水浴锅35℃内将1.5 g无机矿物与15 mL酸液配比进行静态溶蚀试验，酸液质量分数分别为3%、6%、9%、12%、15%。

图2无机矿物酸蚀试验流程

3)每隔2 h记录溶蚀效果，酸浸12 h后过滤液体，收集烘干酸渣(于100℃烘箱中烘干12 h至恒重)计算溶蚀率，确定酸蚀矿物的最优酸度。

4)在最优酸度下将3种酸液以1∶1∶1、1∶2∶1、1∶1∶2、2∶1∶1、1∶2∶2、2∶2∶1、2∶1∶2这7种不同质量比进行多组分混合酸溶蚀试验，确定溶蚀无机矿物的最优酸蚀解堵剂配方。