氯化鉀溶液濃度影響頁巖氣儲(chǔ)層解吸能力室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

鄭力會(huì)，魏攀峰，樓宣慶，孫昊，付毓偉，聶帥帥

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京102249；2.油氣鉆井技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏技術(shù)研究室，武漢431000）

?

氯化鉀溶液濃度影響頁巖氣儲(chǔ)層解吸能力室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

鄭力會(huì)1，2，魏攀峰1，樓宣慶1，孫昊1，付毓偉1，聶帥帥1

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京102249；2.油氣鉆井技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏技術(shù)研究室，武漢431000）

鄭力會(huì)等.氯化鉀溶液濃度影響頁巖氣儲(chǔ)層解吸能力室內(nèi)實(shí)驗(yàn)[J].鉆井液與完井液，2016，33（3）：117-122.

摘要頁巖氣儲(chǔ)層傷害研究未涉及鉆井完井流體鹽濃度對(duì)儲(chǔ)層解吸能力的傷害。參照常規(guī)儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)的巖樣尺度，用不同濃度KCl溶液作為污染流體研究了解吸鹽敏。室內(nèi)用直徑為38 mm的龍馬溪組頁巖柱塞模擬儲(chǔ)層，控制溫度為60 ℃、圍壓為20 MPa，每8 min用氣相色譜儀檢測(cè)柱塞入口出口端純度為99.99%的甲烷氣變化，入口出口速率相等時(shí)，認(rèn)為柱塞吸附飽和，在初始?jí)翰?.001～0.01MPa下連續(xù)測(cè)量224 min原始解吸總量和解吸速率。用同樣柱塞，再次吸附飽和后用3.5 MPa壓力封閉出入口端，控制壓力不變，在出口端以0.1mL/min的速度注入2 000、5 000、10 000、20 000以及40 000 mg/L的KCl溶液傷害頁巖柱塞1h，然后在與測(cè)量原始解吸總量和解吸速率相同的條件下測(cè)量傷害解吸總量和解吸速率，每種濃度溶液進(jìn)行2次平行實(shí)驗(yàn)。甲烷平均解吸總量隨著KCl溶液濃度增加由原始0.009 209、0.007 758、0.007 708、0.006 502、0.008 027 mmol降為0.000 565、0.004 263、0.004 232、0.003 229、0.003 441mmol，解吸總量傷害率為93.74%、45.22%、44.90%、50.20%、57.09%；平均解吸速率由原始0.000 041、0.000 035、0.000 040、0.000 029、0.000 036 mmol/min降為0.000 005、0.000 020、0.000 025、0.000 016、0.000 018 mmol/min，解吸速率傷害率為85.78%、36.87%、35.42%、38.88%、47.34%。表明KCl溶液濃度影響頁巖氣儲(chǔ)層解吸量和解吸速率，為鉆井完井流體及儲(chǔ)層改造流體提出性能界限。

關(guān)鍵詞頁巖氣井；儲(chǔ)層傷害；吸附；解吸；解吸敏感；解吸鹽敏；敏感程度

SCHETTLER P D，Jr（1987）為代表，認(rèn)為頁巖氣經(jīng)過解吸、滲流才能形成產(chǎn)能[1]；劉禹（2014）為代表的則認(rèn)為除解吸、滲流外，還應(yīng)該存在擴(kuò)散過程，才能形成產(chǎn)能[2]。也就是說，不管擴(kuò)散過程存在與否，解吸過程是確定存在的。目前，研究頁巖儲(chǔ)層解吸大多用于產(chǎn)能評(píng)價(jià)，用于評(píng)價(jià)儲(chǔ)層傷害的報(bào)道還沒有發(fā)現(xiàn)。鄭力會(huì)等（2013）分析頁巖氣儲(chǔ)層傷害研究進(jìn)展時(shí)發(fā)現(xiàn)，頁巖氣儲(chǔ)層傷害研究主要集中于滲透率傷害[3]，沿用常規(guī)儲(chǔ)層傷害理論和方法，沒有考慮頁巖氣儲(chǔ)層自生自儲(chǔ)的特點(diǎn)，研究更適用的方法[4-12]。由于模擬地層條件下如樣品尺度、力學(xué)環(huán)境等困難，和頁巖儲(chǔ)層自身物性較差如低孔低滲、氣體流量小等需要高精度，測(cè)量方法開發(fā)緩慢。本文在開發(fā)測(cè)量手段的基礎(chǔ)上，以實(shí)測(cè)KCl溶液的濃度與頁巖儲(chǔ)層解吸能力的關(guān)系為基礎(chǔ)，尋找解吸能力影響因素評(píng)價(jià)方法，探索頁巖氣儲(chǔ)層傷害解吸敏感規(guī)律。

1　室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

目前，評(píng)價(jià)頁巖氣儲(chǔ)層解吸能力實(shí)驗(yàn)方法主要是利用等溫吸附儀器測(cè)量出粒徑為0.45～0.90 mm顆粒在某一溫度下增加壓力時(shí)的吸附量，然后再測(cè)量降低壓力時(shí)的解吸量。利用Langmuir模型或者BET模型建立解吸量與溫度、壓力間的關(guān)系[13]。但顆粒狀頁巖與塊狀頁巖的比表面積相差較大，表征的氣體解吸量相差較大，且無法表征解吸速率。更難做到的是，無法測(cè)量頁巖儲(chǔ)層傷害前后的解吸量和解吸速率。所以，設(shè)計(jì)能夠測(cè)定頁巖傷害前后的實(shí)驗(yàn)流程并開發(fā)測(cè)量?jī)x器，是測(cè)定頁巖氣儲(chǔ)層傷害前后氣體解吸量和解吸速率的關(guān)鍵。

1.1實(shí)驗(yàn)原理

頁巖能夠吸附甲烷。當(dāng)甲烷通過頁巖時(shí)，就會(huì)被頁巖吸附一部分，因此可以利用通過頁巖前后甲烷的變化量，測(cè)定頁巖吸附了多少甲烷。一定溫度、圍壓下，甲烷通過柱塞狀頁巖樣品時(shí)，色譜儀可以不間斷測(cè)定并比較頁巖柱塞入口端和出口端的甲烷濃度，以獲得甲烷通過柱塞時(shí)被吸附的量，由此計(jì)算任意時(shí)間內(nèi)頁巖吸附或者解吸甲烷多少，即吸附或者解吸量。極限情況下，甲烷解吸時(shí)濃度降至0，可以認(rèn)為甲烷徹底從頁巖中解吸出來，即完全解吸；同樣，吸附時(shí)，出入口兩端濃度變化為0，可以認(rèn)為頁巖吸附甲烷飽和，即完全吸附。利用這個(gè)方法，用不同流體傷害吸附飽和的頁巖柱塞出口端端面后，降低壓力，就可以測(cè)量出口端甲烷的量，同樣可以獲得不同時(shí)間下的解吸量。得到解吸量后，可以計(jì)算得到解吸速率，進(jìn)而可以與未傷害時(shí)解吸量比較，獲得傷害的程度。這種方法的測(cè)量原理如圖1所示。

圖1　頁巖柱塞吸附解吸量測(cè)定原理

1.2實(shí)驗(yàn)過程

考慮頁巖儲(chǔ)層的代表性，實(shí)驗(yàn)采用龍馬溪組露頭巖樣[14]。任選一枚φ38 mm頁巖柱塞連續(xù)通入甲烷，發(fā)現(xiàn)30 h后，標(biāo)定瓶中甲烷濃度基本穩(wěn)定，即巖心夾持器出口端與入口端甲烷流量相等，此時(shí)頁巖吸附飽和。為此，設(shè)定此后同樣尺度柱塞均飽和甲烷36 h，以滿足所有的頁巖柱塞能夠吸附飽和。后將柱塞出口端壓力降低，并利用千分之一壓力表檢測(cè)飽和甲烷后巖心夾持器內(nèi)部壓力，測(cè)量解吸量。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)解吸200 min后，解吸速率基本穩(wěn)定，因此解吸時(shí)間定為224 min（8 min的倍數(shù)），以實(shí)現(xiàn)所有的頁巖柱塞解吸速率達(dá)到穩(wěn)定。

1）傷害前解吸量和解吸速率測(cè)量。在巖樣夾持器中裝入φ38 mm頁巖柱塞，升溫至60 ℃，加圍壓20 MPa，在5 MPa穩(wěn)定壓力下持續(xù)通入甲烷36 h，關(guān)閉夾持器兩端出口，連接夾持器出口與充滿0.1MPa壓力的氮?dú)鈽?biāo)定瓶（容積3 L），打開出口端形成解吸壓力，用氣相色譜儀每隔8 min檢測(cè)標(biāo)定瓶中甲烷物質(zhì)的量，計(jì)算每8 min進(jìn)入標(biāo)定瓶中甲烷物質(zhì)的量。

2）傷害后解吸量和解吸速率測(cè)量。測(cè)定頁巖柱塞原始解吸能力后，再次飽和甲烷。飽和完成后，保持柱塞壓力5 MPa，利用流量泵將KCl和蒸餾水配制的2 000 mg/L鹽水以0.1mL/min穩(wěn)定流速，從夾持器出口端持續(xù)注入巖心柱塞1h，傷害頁巖柱塞。連接夾持器出口與充滿0.1MPa壓力的氮?dú)鈽?biāo)定瓶，打開出口端形成解吸壓力，用氣相色譜儀每隔8 min檢測(cè)標(biāo)定瓶中甲烷物質(zhì)的量，計(jì)算每8 min進(jìn)入氣瓶中甲烷物質(zhì)的量。

3）重復(fù)（1）和（2），用5 000、10 000、 20 000、40 000 mg/L等5種濃度KCl溶液傷害頁巖柱塞，并獲取吸附解吸量信息。

2　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)測(cè)得10枚頁巖柱塞甲烷解吸量隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)后，分析發(fā)現(xiàn)解吸量與時(shí)間并非線性。下面以5 000 mg/L KCl溶液為例介紹實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程。將5 000 mg/L KCl溶液傷害2枚頁巖柱塞后，甲烷解吸量每8 min取平均值，繪制原始條件下和KCl溶液傷害后甲烷解吸量隨時(shí)間變化規(guī)律，如圖2所示。從圖2可以看出，流體傷害柱塞前后甲烷解吸量隨時(shí)間變化有5個(gè)特征。

圖2　5000 mg/L的KCl溶液傷害前后甲烷解吸量變化

1）甲烷解吸需要時(shí)間。甲烷從頁巖儲(chǔ)層中解吸進(jìn)入地層自然裂縫或者人工裂縫等滲流通道所用時(shí)間稱為解吸時(shí)間。解吸時(shí)間影響氣井穩(wěn)產(chǎn)周期。實(shí)驗(yàn)以第1個(gè)大于零解吸量數(shù)據(jù)點(diǎn)出現(xiàn)至最后1個(gè)大于零數(shù)據(jù)點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間間隔為解吸時(shí)間。不同解吸時(shí)間甲烷解吸量不同，解吸初期和解吸后期都比較慢。

2）甲烷解吸有快有慢。甲烷從頁巖儲(chǔ)層中解吸進(jìn)入地層自然裂縫或者人工裂縫等滲流通道，在不同時(shí)間段解吸的量不同，稱為解吸速率，用某一時(shí)間段內(nèi)解吸量與解吸時(shí)間比值來表征。解吸速率表征氣井整個(gè)生產(chǎn)過程的產(chǎn)量變化。10枚頁巖柱塞全過程平均解吸速率分布2.8×10-5～5.5×10-5mmol/min。

3）甲烷解吸速率存在峰值。實(shí)驗(yàn)中以單次測(cè)量周期（8 min）內(nèi)甲烷解吸量表征解吸速率，整個(gè)解吸時(shí)間內(nèi)甲烷解吸速率最大值稱為解吸速率峰值。10枚頁巖柱塞解吸速率峰值7.3×10-5～3.55×10-4mmol/min，不同柱塞解吸速率峰值出現(xiàn)時(shí)間不同，分布在56～144 min。

4）甲烷解吸量有一定限度。整個(gè)解吸時(shí)間內(nèi)甲烷累計(jì)解吸量，稱之為解吸總量，表征氣井累計(jì)產(chǎn)量。與之相對(duì)的是吸附總量。實(shí)驗(yàn)中以解吸周期內(nèi)所有解吸量之和表征柱塞中甲烷解吸總量，10枚頁巖柱塞甲烷解吸總量0.006 085～0.010 914 mmol，均值為0.007 841mmol。

5）甲烷解吸量與吸附量存在差距。甲烷解吸總量與地層初始條件下頁巖中甲烷吸附總量之比作為甲烷解吸程度，表征儲(chǔ)層的采收率。實(shí)驗(yàn)中5種濃度（由低到高）KCl溶液傷害頁巖柱塞后，甲烷解吸程度均值分別為6.26%，54.78%，55.10%，49.80%，42.91%。

3　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論

對(duì)比5種濃度KCl溶液傷害前后頁巖柱塞中解吸時(shí)間、平均解吸速率、解吸速率峰值、解吸總量以及解吸程度，定量評(píng)價(jià)鹽水對(duì)頁巖儲(chǔ)層中甲烷解吸過程的影響。

3.1解吸量與解吸速率

甲烷解吸效果評(píng)價(jià)指標(biāo)包括解吸量、解吸速率。由于測(cè)定的解吸量未必是真實(shí)的解吸量，而是用儀器測(cè)定的，所以室內(nèi)定義頁巖氣儲(chǔ)層氣體解吸效果評(píng)價(jià)指標(biāo)共2項(xiàng)，一為名義解吸量，另一個(gè)為名義解吸速率。即用儀器測(cè)定的解吸量和解吸速率。

頁巖儲(chǔ)層甲烷名義解吸量為頁巖柱塞在解吸時(shí)間內(nèi)的解吸總量，用式（1）計(jì)算。

式中，Qa為連續(xù)n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)得甲烷物質(zhì)的量代數(shù)和，即解吸總量，mmol；Qi為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)得的甲烷物質(zhì)的量，mmol。

頁巖儲(chǔ)層甲烷名義解吸速率為解吸時(shí)間內(nèi)頁巖柱塞氣體平均解吸速率，用式（2）計(jì)算。

式中，Va為氣體平均解吸速率，mmol/min；T為第一個(gè)大于零解吸量數(shù)據(jù)點(diǎn)出現(xiàn)至最后一個(gè)大于零數(shù)據(jù)點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間間隔，min。

利用公式（1）和公式（2），分別計(jì)算10枚頁巖柱塞傷害前后名義解吸量和名義解吸速率，如表1所示。從表1可知，同是龍馬溪組頁巖柱塞，不同巖心氣體名義解吸量及名義解吸速率不同，且不同濃度KCl溶液傷害后，柱塞中氣體名義解吸量及名義解吸速率不同。表明不同濃度KCl溶液傷害頁巖儲(chǔ)層，影響甲烷解吸能力，包括解吸量和解吸速率。

表1　鹽水污染前后頁巖柱塞名義解吸量和名義解吸速率

1）解吸量傷害。與傷害氣體滲流能力相似，不同濃度流體傷害頁巖氣儲(chǔ)層后氣體解吸能力下降。為此，定義KCl溶液傷害頁巖儲(chǔ)層后，甲烷解吸總量傷害率，即不同濃度流體傷害頁巖儲(chǔ)層后解吸總量變化幅度，用式（3）計(jì)算。

式中，η為頁巖儲(chǔ)層發(fā)生鹽敏后氣體解吸總量傷害率，%；Qad為流體傷害后氣體解吸總量，mmol。

5種濃度KCl溶液下，測(cè)定頁巖儲(chǔ)層甲烷解吸總量傷害率。測(cè)得柱塞編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#的解吸總量傷害率為94.42%、93.06%、43.07%、47.38%、40.40%、49.39%、48.11%、52.30%、55.74%、58.44%。可以看出，不同濃度KCl溶液傷害頁巖柱塞后，氣體解吸總量傷害率均大于40%。表明頁巖儲(chǔ)層作業(yè)過程中，KCl溶液的濃度對(duì)儲(chǔ)層解吸能力有影響，進(jìn)而影響氣井累計(jì)產(chǎn)量。

2）解吸速率傷害。與氣體滲流過程不同，不同濃度KCl溶液傷害儲(chǔ)層不僅降低頁巖中氣體解吸量，還會(huì)降低氣體解吸速率。定義KCl溶液傷害頁巖儲(chǔ)層后甲烷解吸速率傷害率，即頁巖儲(chǔ)層受流體傷害后平均解吸速率變化幅度，用式（4）計(jì)算。

式中，θ為頁巖儲(chǔ)層受KCl溶液傷害后解吸速率傷害率，%；Vad為流體傷害后氣體平均解吸速率，mmol。

柱塞編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#的解吸速率傷害率為80.07%、91.48%、38.33%、35.42%、 37.42%、 33.41%、 36.31%、 41.46%、 45.68%、48.99%。可以看出，不同濃度KCl流體傷害后，頁巖柱塞中氣體解吸速率傷害率均大于33%。表明頁巖儲(chǔ)層作業(yè)時(shí)，KCl溶液的濃度對(duì)儲(chǔ)層供氣能力有影響，進(jìn)而影響氣井日產(chǎn)量。

3.2解吸傷害與解吸傷害程度

將相同濃度KCl溶液傷害后的2枚頁巖柱塞的解吸總量傷害率和解吸速率傷害率分別求平均值，對(duì)比5種濃度KCl溶液傷害頁巖柱塞中氣體解吸量及解吸速率，如圖3所示。從圖3可以看出，2 000～40 000 mg/L等5種濃度KCl溶液傷害頁巖柱塞后的氣體解吸總量傷害率、解吸速率傷害率不同，儲(chǔ)層解吸傷害及傷害程度相關(guān)特征有2項(xiàng)。

圖3　KCl溶液傷害前后頁巖解吸總量及解吸速率傷害率

1）頁巖氣儲(chǔ)層存在KCl溶液解吸敏感。流體濃度為2 000～40 000 mg/L，頁巖柱塞受KCl溶液傷害后解吸總量傷害率44.90%～93.74%，解吸速率傷害率為35.42%～85.78%。由于KCl溶液是一種鹽溶液，可以認(rèn)為是鹽敏。參考滲流過程鹽敏傷害滲透率損害臨界值20%的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[15]，定義頁巖氣儲(chǔ)層解吸鹽水敏感傷害，即一定濃度鹽溶液傷害頁巖柱塞后，解吸時(shí)間內(nèi)甲烷解吸總量傷害率大于20%，且解吸速率傷害率大于20%，此時(shí)鹽溶液濃度因素引發(fā)頁巖儲(chǔ)層解吸傷害。Deville等認(rèn)為頁巖氣儲(chǔ)層黏土礦物與工作流體接觸后發(fā)生水化膨脹、分散運(yùn)移，而堵塞氣體解吸通道，使用KCl溶液抑制黏土水化是非常必須的[8]。但是，工作流體的鹽濃度或者礦化度應(yīng)該控制在5000～20 000 mg/L范圍內(nèi)，后續(xù)修井也可以采用非接觸的壓井流體，以此避免或者盡量減少外來流體進(jìn)入頁巖儲(chǔ)層，控制儲(chǔ)層解吸鹽敏傷害[16]。

2）頁巖氣儲(chǔ)層KCl溶液解吸敏感程度。參考文獻(xiàn)[15]，定義頁巖氣儲(chǔ)層的解吸鹽水敏感傷害程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：解吸時(shí)間內(nèi)甲烷解吸總量傷害率或者解吸速率傷害率小于30%，頁巖解吸傷害程度輕；解吸時(shí)間內(nèi)甲烷解吸總量傷害率或者解吸速率傷害率大于或者等于30%且小于70%，頁巖解吸傷害程度中等；解吸時(shí)間內(nèi)甲烷解吸總量傷害率或者解吸速率傷害率大于或者等于70%，頁巖解吸傷害程度強(qiáng)。分析認(rèn)為，頁巖對(duì)礦化度2 000 mg/L的KCl溶液強(qiáng)解吸敏感，頁巖對(duì)礦化度5 000～40 000 mg/L的KCl溶液中等解吸敏感。頁巖氣井工作流體濃度理想控制范圍5 000～20 000 mg/L。建議頁巖氣井現(xiàn)場(chǎng)鉆完井過程中使用鹽濃度適中的鉆井流體，既能控制儲(chǔ)層傷害，又能防止坍塌[17]。

值得注意的是，此文研究頁巖柱塞儲(chǔ)層解吸對(duì)不同礦化度鹽水的響應(yīng)，其柱塞尺度參考油氣儲(chǔ)層滲流敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，使用龍馬溪組頁巖磨制成直徑38 mm、長(zhǎng)度大于直徑1.5 倍的柱塞模擬地層，得出規(guī)律。盡管這個(gè)規(guī)律解釋了頁巖氣開發(fā)過程中的一些現(xiàn)象，但不能認(rèn)為，這一尺度就是頁巖氣儲(chǔ)層傷害的標(biāo)準(zhǔn)尺度。因?yàn)椋瑯悠烦叨扔绊憙?chǔ)層傷害敏感類型的臨界值，這將在以后的文章中公布研究成果。

4　結(jié)論

1.用柱塞結(jié)合色譜儀可以連續(xù)測(cè)定以頁巖氣儲(chǔ)層為代表的吸附氣儲(chǔ)層中氣體解吸量和解吸速率，為研究頁巖氣儲(chǔ)層、煤層氣儲(chǔ)層等自生自儲(chǔ)儲(chǔ)層解吸規(guī)律提供一種實(shí)用方法。

2.發(fā)現(xiàn)頁巖氣儲(chǔ)層解吸能力，包括解吸量及解吸速率，隨著一定濃度鹽溶液進(jìn)入地層的量增加而減少。即發(fā)生解吸鹽敏傷害。定義了解吸總量傷害率、平均解吸速率傷害率等評(píng)價(jià)指標(biāo)，為確定頁巖儲(chǔ)層解吸敏感及界定解吸敏感程度，提供了依據(jù)。

3.頁巖氣儲(chǔ)層解吸敏感程度因鹽濃度不同而不同?？梢允覂?nèi)測(cè)定出可以接受的傷害程度所對(duì)應(yīng)的入井流體鹽濃度值，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作流體設(shè)計(jì)及作業(yè)工藝優(yōu)化。

4.解吸敏感傷害類型和程度十分復(fù)雜。這里僅研究了鹽水濃度對(duì)解吸的影響，相信還會(huì)有更多的影響因素發(fā)現(xiàn)，為頁巖氣、煤層氣開發(fā)提供更多的理論支持，為工程實(shí)踐提供更多考慮因素。

參考文獻(xiàn)

[1]SCHETTLER P D，JR，PARMELY C R. Gas composition shifts in Devonian shales[J].SPE Reservoir Engineering，1989，4（03）： 283-287.

[2]趙立翠，高旺來，趙莉，等. 頁巖儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)研究及影響因素分析[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2013，15（5）：43-46. ZHAO Licui，GAO Wanglai，ZHAO Li，et al. Experimental on the stress sensitivity and the influential factor analysis of shale gas reservoirs[J].Journal of Chongqing University of Science and Technology（Natural Sciences Edition），2013，15（5）：43-46.

[3]鄭力會(huì)，魏攀峰.頁巖氣儲(chǔ)層傷害30年研究成果回顧[J].石油鉆采工藝，2013，35（4）：1-16. ZHENG Lihui，WEI Panfeng，Review to shale gas formation damage for 30 years[J].Oil Drilling &Production Technology，2013，35（4）：1-16.

[4]HOLDITCH S A. Factors affecting water blocking and gas flow from hydraulically fractured gas wells[J]. Journal of Petroleum Technology，1979，31（12）： 1515-1524.

[5]RAMURTHY M，BARREE R D，KUNDERT D P，et al. Surface-area vs. conductivity-type fracture treatments in shale reservoirs[J]. SPE Production & Operations，2011，26（04）：357-367.

[6]康毅力，林沖，游利軍，等. 油基鉆井完井液侵入對(duì)頁巖儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的影響[J].天然氣工業(yè)，2015，35（6）：64-69. KANG Yili，LIN Chong，YOU Lijun，et al. Impacts of oil-based drilling/completion fluids invasion on the stress sensitivity of shale reservoirs[J].Natural Gas Industry，2015，35（6）：64-69.

[7]崔應(yīng)中，管申，李磊，等. 油基鉆井液對(duì)儲(chǔ)層傷害程度的室內(nèi)評(píng)估[J]. 鉆井液與完井液，2012，29（3）：13-15，18. CUI Yingzhong，GUAN Shen，LI Lei，et al. Evaluation research on reservoir damage of oil-based drilling fluid[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2012，29（3）：13-15，18.

[8]DEVILLE J P，F(xiàn)RITZ B，JARRETT M. Development of water-based drilling fluids customized for shale reservoirs[J]. SPE Drilling & Completion，2011，26（04）：484-491.

[9]何金鋼，康毅力，游利軍，等. 流體損害對(duì)頁巖儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的影響[J].天然氣地球科學(xué)，2011，22（5）：915-919. HE Jingang，KANG Yili，YOU Lijun，et al.Influence of fluid damage on shale reservoir stress sensitivity[J]. Natural Gas Geoscience，2011，22（5）：915-919.

[10]劉禹，王常斌，宋付權(quán)，等. 頁巖氣滲流中擴(kuò)散影響機(jī)理分析[J].滲流力學(xué)進(jìn)展，2014，4（1）：10-18. LIU Yu，WANG Changbin，SONG Fuquan，et al.Mechanism of diffusion influences to the shale gas flow[J].Advances in Porous Flow，2014，4（1）：10-18.

[11]孔德濤，寧正福，楊峰，等.頁巖氣吸附規(guī)律研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2014，6（14）：108-110. KONG Detao，NING Zhengfu，YANG Feng，et al.Study of methane adsorption on shales[J].Science Technology and Engineering，2014，6（14）：108-110.

[12]張志英，楊勝波. 頁巖氣吸附解吸規(guī)律研究[J].實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2012，4（27）：492-497. ZHANG Zhiying，YANG Shengbo.Study of methane adsorption on shales[J].Journal of Experimental Mechanics，2012，4（27）：492-497.

[13]AMBROSE R J，HARTMAN R C，AKKUTLU I Y.Multicomponent sorbed phase considerations for shale gas-inplace calculations[C]//SPE Production and Operations Symposium. Society of Petroleum Engineers，2011.

[14]陳尚斌，朱炎培，王紅巖，等. 四川盆地南緣下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層礦物成分特征及意義[J].石油學(xué)報(bào)，2011，32（5）：775-782. CHEN Shangbin，ZHU Yanpei，WANG Hongyan，et al.Characteristics and significance of mineral compositions of lower silurianlongmaxi formation shale gas reservoir in the southern margin of Sichuan Basin [J].Acta Petrolei Sinica，2011，32（5）：775-782.

[15]SY/T 5358—2010，儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法[S].北京：石油工業(yè)出版社，2010. SY/T 5358-2010，F(xiàn)ormation damage evaluation by flow test [S].Beijing：Petroleum Industry Press，2010.

[16]王金鳳，鄭力會(huì)，張耀剛，等. 天然氣井的絨囊流體活塞修井技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2015，35（12）：53-57. WANG Jinfeng，ZHENG Lihui，ZHANG Yaogang，et al. Fuzzy-ball fluid piston work over technology for natural gas wells[J].Natural Gas Industry，2015，35（12）：53-57.

[17]鄭力會(huì)，陳必武，張崢，等. 煤層氣絨囊鉆井流體防塌機(jī)理[J].天然氣工業(yè)，2016，36（2）：72-77. ZHENG Lihui，CHEN Biwu，ZHANG Zheng，et al.Anti-collapse mechanism of the CBM fuzzy-ball drilling fluid[J].Natural Gas Industry，2016，36（2）：72-77.

Laboratory Experiments on the Effect of KCl Concentration on Desorption Capacity of Reservoir Rocks

ZHENG Lihui1, 2, WEI Panfeng1, LOU Xuanqing1, SUN Hao1, FU Yuwei1, NIE Shuaishuai1
(1.College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249;2. Research Team of Lost Circulation Control, National Key Oil and Gas Drilling Engineering Laboratory, Wuhan, Hubei 431000)

AbstractIn studying the damages to shale gas reservoirs, the damages to the desorption capacity of reservoir formations caused by the salinity of drilling/completion fuids have not been studied. In our laboratory studies，a shale piston plunger (diameter = 38 mm) made from the Longmaxi formation was used to simulate the reservoir formations. In the experiment, temperature was controlled to 60℃，and confning pressure to 20 MPa. The fowrates of the methane (purity 99.99%) at both the inlet and outlet of the piston plunger were measured every 8 min with gas chromatograph. If the fowrate at the inlet and the fowrate at the outlet were equal，then the piston plunger can be regarded as saturated with adsorbed methane. At initial pressures ranging between 0.001MPa and 0.01MPa, the original total desorption volume and rate of desorption were measured for a consecutive 224 min period. The same piston plunger was re-saturated with methane, and the inlet and outlet were sealed with a constant pressure of 3.5 MPa, then inject at the outlet into the piston plunger with KCl solution of 2 000, 5 000, 10 000, 20 000 and 40 000 mg/L at a rate of 0.1mL/min, and contaminate the piston plunger for 1h. Measured the total desorption volume and rate of desorption at the same conditions as when measuring the original total desorption volume and rate of desorption. The measurement for each KCl concentration was tested twice. With an increase in KCl concentration, the average total desorption volume of methane decreased from the original 0.009 209, 0.007 758, 0.007 708, 0.006 502 and 0.008 027 mmol to 0.000 565, 0.004 263, 0.004 232, 0.003 229 and 0.003 441mmol, respectively, and the percentages of damageto the total desorption volume were 93.74%, 45.22%, 44.90%, 50.20% and 57.09%, respectively. The average rates of desorption decreased from the original 0.000 041, 0.000 035, 0.000 040, 0.000 029 and 0.000 036 mmol/min to 0.000 005, 0.000 020, 0.000 025, 0.000 016, 0.000 018 mmol/min, respectively, and the percentages of damage to the rate of desorption were 85.78%, 36.87%, 35.42%, 38.88%, 47.34%, respectively. These experiment results demonstrate that the concentration of KCl solution will affect the desorption volume and rate of desorption of the shale gas reservoir rocks，and they provide a reference to the design of drilling/completion fuids and stimulation fuids.

Key wordsShale gas well; Reservoir damage; Adsorption; Desorption; Desorption sensitivity; Salt sensitivity during desorption; Sensitivity

中圖分類號(hào)：TE257.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5620（2016）03-0117-06

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.03.024

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目“復(fù)雜油氣井鉆井與完井基礎(chǔ)研究”（51221003）、國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“‘三氣’合采鉆完井技術(shù)與儲(chǔ)層保護(hù)”（2016ZX05066002）。

第一作者簡(jiǎn)介：鄭力會(huì)，1968年生，博士生導(dǎo)師，楚天學(xué)者特聘教授，主要從事防漏堵漏和吸附氣儲(chǔ)層傷害防治研究。電話 （010）89732207；E-mail：zhenglihui@cup.edu.cn。

收稿日期（2016-3-1；HGF=1603N7；編輯王小娜）