压裂液浸润对页岩储层应力敏感性的影响

页岩储层微裂缝发育,粘土矿物丰富,潜在较强应力敏感性。页岩储层压裂液返排率低,滞留在储层中的压裂液的浸润作用可能使页岩储层应力敏感行为复杂化,从而影响增产改造效果。选取四川盆地南部志留系龙马溪组出露的富有机质页岩,开展支撑与无支撑裂缝的干岩样、压裂液滤液浸润岩样的渗透率随有效应力变化实验。实验结果表明,页岩应力敏感性由强到弱依次为压裂液浸润无支撑裂缝岩样、无支撑裂缝干岩样、支撑裂缝干岩样、压裂液滤液浸润的支撑裂缝岩样。分析认为,压裂液与页岩的物理化学作用会降低页岩裂缝表面强度,使页岩微裂缝更易压缩闭合,强化了页岩的应力敏感性;支撑剂的有效支撑能够减弱页岩的应力敏感性。通过控制压裂液滤失、促进滤液返排、优化支撑剂铺置方式以及确定合理生产压差可有效保护页岩储层。     

排采降压诱发煤层剪切破坏机理与防控对策

煤层压力衰减会导致煤岩体剪切破坏,诱发井壁失稳、套管损坏和出煤粉等井下复杂事故。为预防煤层破坏,以沁水盆地南部二叠系山西组3号煤层为研究对象,基于单轴应变模型分析了排采降压过程中的煤层应力路径及其破坏行为,明确了煤层破坏影响因素,并提出了控制井底流压和CO_2-ECBM相结合的防控技术对策。结果表明:煤层水平有效应力在排水阶段随孔隙压力的降低而线性增大,但在解吸阶段却随孔隙压力的降低而非线性减小,气体解吸能够加速煤层剪切破坏;煤层初始水平应力越小,垂向应力、初始孔隙压力、临界解吸压力越大,气体吸附效应越强,煤岩体弹性模量、泊松比越大,单轴抗压强度越低,则煤层临界破坏孔隙压力就越大;煤层破坏前转注CO_2既能有效避免煤层破坏,也可提高煤层气采收率,不失为CO_2-ECBM的良好作业时机。     

基于物质平衡的页岩气井压裂改造裂缝体积与面积计算

页岩气井的压后排采过程呈现明显的阶段性特征,根据生产气液比与累积产气量的关系曲线可将整个排采阶段划分为早期阶段和晚期阶段。在排采生产早期,气井表现为气液同产,并以产液为主,此时页岩基质向裂缝系统的供气能力不足,整个水力裂缝系统（主压裂缝、次级压裂缝及沟通天然裂缝）可视为封闭体系。从物质平衡原理出发,建立了基于排采早期阶段生产数据的压裂裂缝初始体积和面积的计算模型,并以龙马溪组典型页岩气井进行了实例分析。结果显示,分析井的裂缝体积为注入压裂液量的70%左右,裂缝面积可达107m2量级,较大的改造裂缝面积也说明压裂形成了较复杂的缝网,提高了气井有效泄流面积。该模型解释结果与页岩气井排采参数和产气能力吻合良好,是评价压裂裂缝参数和改造效果的有效途径,对矿场水力压裂效果评估具有指导意义。     

超低渗透处理剂粒度测量的样品预处理方法

超低渗透处理剂是近几年应用广泛的一种新型复合材料,它能够明显提高钻井完井液保护油气储层的能力,然而目前针对这种由多种物质复合而成的特殊材料开展的激光粒度测量和研究却很少.采用Malvem Mastersizer 2000型激光粒度分析仪,开展了超低渗透处理剂溶液经不同方式分散后的粒度测量,讨论了不同分散方式对测定结果的影响规律,并分析了其原因.结果表明,随着超声波分散时间的增加,所有处理剂粒度测量结果均变小;搅拌转速的提高使得所有粒度测量结果均表现出波动现象;搅拌时间的增加或搅拌温度的提高使个别样品粒度测量结果增加,而多数处理剂粒度测量结果减小.考虑钻井作业实际情况,推荐了超低渗透处理剂粒度测量的样品预处理方法,即在400 r/min的转速下搅拌2h,然后超声波分散5 min进行粒度测量.     

高温高压岩芯多参数测量仪器的研制

介绍了SCMS-B2型高温高压岩芯多参数测量仪器所测量的参数范围、测试原理、测试方法、系统的硬件和软件结构.该仪器可以在模拟地层温度(室温～150℃)和压力(1～90 MPa)的条件下完成不同渗透率级别、直径为2.5cm岩芯的气体孔隙度、渗透率、岩芯电阻率与地层水电阻率、纵横波波速测量、油水相对渗透率等参数的测量,还可以进行"七敏"以及岩芯杨氏弹性模量与抗压强度等参数的测量.实际应用表明该仪器具有操作简单、自动化程度高、测试参数多、测量时间短、重复性好等优点.     

氧化处理缓解煤岩储层煤粉堵塞损害实验

为了优化煤层气井的压裂排采效果，以贵州织纳区块上二叠统龙潭组16号煤层煤岩为研究对象，开展了粉状煤样的NaClO溶液浸泡实验和柱状含裂缝煤样的NaClO溶液驱替实验，并且利用激光粒度分析、红外光谱测试及Zeta电位测试等手段，评价了NaClO解除煤岩天然裂缝中煤粉堵塞的效果，分析了氧化液与煤粉的反应机制，进而揭示了煤岩氧化解堵增渗机理。研究结果表明：①NaClO溶液对煤岩有机和无机组分具有明显的溶蚀效用，并且浓度越高，对煤粉的溶蚀率越高、“物质净移除”效果越好；②浓度分别为0.1%、1.0%的NaClO溶液可以有效解除煤粉在压裂液中的聚集，使其在压后排采过程中易于被排出；③经过NaClO溶液的氧化作用后，煤粉粒径降级，压裂液浸泡后引起的煤岩基块和煤粉吸水膨胀损害将得到有效的缓解，并且煤粉粒径越大，粒径降级率越高，浓度为1.0%的NaClO氧化液对煤粉粒径的降级效果为最佳；④经过浓度为1.0%的NaClO溶液氧化后，含裂缝煤样的渗透率可提高4.22倍，增渗效果明显。结论认为：①氧化液能够溶蚀煤粉和缝面煤岩组分、改变煤粉及缝面物理化学性质、解除煤粉颗粒聚集、促使已发生膨胀的煤粉粒径降级，进而加快已形成堵塞的煤粉的排出进程；②氧化处理有望成为煤岩储层解堵改造的一种新技术。     

致密砂岩含水饱和度建立新方法--毛管自吸法

为了能够准确模拟原地条件,在岩心中建立所需的含水饱和度并保证水在岩心中均匀分布、不改变岩心的孔隙结构和成分是十分必要的.目前,建立含水饱和度的方法主要有烘干法(或风干法)、离心法和驱替法.鉴于致密砂岩气层岩性致密,并普遍存在超低含水饱和度现象,利用这些方法在致密砂岩岩心中建立低于束缚水饱和度的含水饱和度状态是十分困难的或不现实的.因此提出了一种建立含水饱和度的新方法-毛管自吸法,利用该方法能够在致密岩心中建立所需的含水饱和度,并通过实验证实了该方法是可行的.     

页岩气层氧化改造的可行性

体积压裂是页岩气有效开发的关键技术,其利用水力作用形成水力裂缝,沟通天然裂缝,实现缝网改造,但仍不能改善页岩基块渗透性,导致页岩气井存在改造有效期短、产量递减快等问题。通过分析页岩中有机质和黄铁矿等还原环境产物,测试有机质吸附能力,分析页岩有机质和黄铁矿氧化对气体传输能力的影响,探讨页岩氧化增渗的地质条件和工程可行性。研究结果表明:页岩普遍发育有机质和黄铁矿等易被氧化的还原环境产物;氧化页岩中有机质和黄铁矿可影响页岩气体的传输能力;有机质氧化后易形成有机酸,氧化后溶液p H值可低至3,从而溶蚀方解石等碳酸盐矿物;氧化已用于过热蒸汽钻井、消除滤饼、压裂液破胶、杀菌解堵、热采和增产处理等方面,为在工程应用过程中利用氧化改造页岩气层提供了重要经验。页岩气层氧化改造,可溶蚀有机质、黄铁矿和部分碳酸盐矿物,从而产生溶蚀孔缝,形成高温、高压环境,改变页岩气层的矿物组成、孔隙结构和吸附/解吸等特性,进而达到改造页岩气层的目的。     

煤岩气层损害机理与评价方法

目前国内外煤岩气层损害评价尚缺少统一的评价标准与指标。基于煤岩气层特点,分析了煤岩气层损害类型与机理,归纳了国内外分别从煤岩气层解吸性能、扩散性能和渗流性能进行评价的单一环节损害评价方法,分析各评价方法的优缺点及其适用条件。应力敏感、固相侵入与堵塞、聚合物吸附滞留、碱敏、煤粉运移堵塞是煤岩气层主要损害类型;煤岩气层损害既影响煤层排水,也影响煤层气产出,而煤层排水能力也影响煤层气产出;煤层气单一传质过程储层损害评价不全面,亟待建立单一传质过程结合多尺度传质过程的煤岩储层损害评价方法,但渗透能力评价仍然是关键,同时要考虑具有吸附气条件下水相渗流能力的损害评价。      

单相水流诱发裂缝内煤粉启动机理与防控对策

煤层气井排水阶段是产煤粉的关键时期,煤粉运移不但会降低煤层渗透率,而且还会堵塞井筒和损坏设备。基于水动力学原理、扩展DLVO理论和JKR接触理论,开展了单相水流阶段裂缝面黏附煤粉的受力分析,建立了以"压力梯度"为判决条件的煤粉启动力学模型,分析了颗粒尺寸、颗粒类型、裂缝缝宽和离子强度对煤粉启动的影响,并围绕"适度出煤粉"和"阻止煤粉运移"两大思路提出了相应的防控对策。结果表明:煤粉启动压力梯度随着粒径的增加,先减小、后增大;裂缝缝宽越大,煤粉启动压力梯度越小;在不利化学黏附条件下有机质颗粒的启动压力梯度小于黏土矿物微粒,但在有利条件下却大于黏土矿物微粒;有利条件下的煤粉启动压力梯度远大于不利条件下的启动压力梯度。基于"适度出煤粉理论"设计煤层合理压力梯度区间时,应以优先改善最大缝宽裂缝的渗透性为原则,向煤层中注入煤粉稳定剂可提高煤粉-裂缝面间的黏附力,从而有效阻止煤粉运移。