煤中不同尺度裂隙钻井液污染程度定量评价

张径硕¹，倪小明¹，李阳¹，李宗源²，曹运兴³

1. 河南理工大学能源科学与工程学院2. 中国石油天然气集团有限公司煤层气开采先导试验基地3. 河南理工大学资源环境学院

摘 要：煤层气钻井时,钻井液会对煤层孔–裂隙造成污染堵塞。为了查明钻井液对煤中不同尺度孔–裂隙的污染程度差异及不同尺度孔–裂隙对渗透率的贡献率,以晋城矿区长平矿井的煤为研究对象,应用扫描电镜(SEM)与Image Pro Plus(IPP)图像处理技术,定量表征煤中不同尺度裂隙污染前后的平均长度、平均宽度、总面积、总周长等参数;基于分形理论构建了污染前后不同尺度孔裂隙的渗透率数学模型,定量评价了污染前后渗透率变化,并与实验测试的渗透率结果进行对比,验证计算方法的可行性。结果表明:污染后不同尺度裂隙的平均长度和平均宽度均有所减小。减少程度从大到小依次为:毫米级>纳米级>微米级。不同尺度裂隙被污染程度不同,从大到小依次为:毫米级>微米级>纳米级;不同尺度裂隙对渗透率的贡献不同,一般情况下,毫米级裂隙是压裂液优先渗流通道,对渗透率的贡献最大,所占比例为46%～72%;微米级次之,所占比例为27%～53%;纳米级的贡献微乎其微,一般不超过2%。当煤中毫米级和微米级裂隙较多,且弯曲度、宽度非均质性较强时,可能存在大尺度向小尺度转化、小尺度裂隙增加现象。不同注入条件(如注入压力、注入时间)及钻井液类型对煤中不同尺度裂隙污染程度需要进一步深入研究。

关键词：裂隙;钻井液;污染程度;渗透率;Image Pro Plus(IPP);分形理论;