文摘

非常规资源的超深致密气藏近几十年来已经引起相当大的关注。水力压裂是致密气藏开发的主要方法,因为其极低的渗透率和孔隙度。在水力压裂过程中,高水力压裂液(高频电炉)入侵断裂附近的区域面临可能显著降低气相对渗透率和阻碍天然气生产。这个伤害的来源可以是高毛细管压力(HCP)和水敏粘土(普华永道)的存在。对岩石,它通常是不可行的识别主要损伤机制使用传统的稳态测量方法由于长时间测量和测量精度。在本文中,我们提出一个新的实验方法来确定裂缝面损伤的主要机制(FFD)通过应用程序传输法和压力衰减法的压力。岩石基质和天然裂缝性紧样品(深度18000英尺、塔里木油田、中国)进行了测试。实验结果表明,平均高毛细管压力损伤指数( )岩石矩阵的核心和天然裂缝性岩心分别为94.9%和92.4%,分别指示HCP造成严重损害。平均粘土膨胀和动员(CSM)损伤指数( )岩石矩阵的核心和天然裂缝性岩心分别为29.6%和38.4%,分别表明CSM造成的损害比通过HCP轻。HCP致密砂岩是主要的损伤机制。和岩石的损伤程度矩阵的核心高于自然断裂的核心。该程序可以应用于识别其他紧和页岩的FFD机制形成和为高频电炉优化提供深刻的基本数据。

1。介绍

非常规资源从一个非常规致密/页岩储层得到了显著的关注在过去几十年。紧或页岩气中有特定的特性,如致密储集岩micro-nanodarcy渗透率、高温(200°C),和高压力的偏差(1- - - - - -3]。在水力压裂过程中,水力压裂液的粘度(高频电炉)优化应该仔细考虑支撑剂携带能力和滤液损失控制(4- - - - - -6]。对传统资源如砂岩或碳酸盐岩地层,高频电炉应该更高的粘度达到支撑剂的承载能力和滤失控制的目的。然而,对于致密/页岩,岩石的渗透率矩阵范围从10−3到10−8μ米2;高频电炉不能侵入岩石断裂表面的矩阵深度距离由于micrometer-to-the-nanometer致密砂岩和页岩的孔隙大小和水的存在敏感粘土或页岩中紧缩。由于致密储层的渗透率极低(小于0.1 mD)和紧密的核心的孔隙大小在微米或纳米尺度,严格和页岩岩石通常有一些粘土。粘土是由细铝酸片硅酸盐矿物质。当沉浸在压裂液,水分子会进入晶格的粘土矿物,很容易导致体积膨胀,从而阻塞毛孔的断裂表面7- - - - - -10]。

裂缝面附近的流体饱和度区(1 - 2厘米)可以降低气相对渗透率明显从而阻碍天然气生产(11]。霍迪克[12)得出的结论是,在压裂液注入,当含水饱和度是常数,毛细管压力是渗透性的平方根成反比,导致水库被损坏和毛细力增加。因此,毛细力对水库恢复速率有很大的影响。局域网et al。13)指出,页岩/紧样品的吸水率在很大程度上依赖于粘土含量,因为大量的水在注入流体可以吸附在粘土片。Makhanov et al。14)得出结论,高粘度压裂液只能部分地降低吸水率和回收率较低的水基压裂液在一定程度上是由于水的自吸到页岩矩阵。因此,压裂液对储层的损害矩阵应该更加关注,不容忽视。具体的渗透率降低的机制可以如下:(1)孔隙流体阻塞是由于micro-nanopore大小。较小的孔隙大小可能会导致更高的毛细管压力(HCP),增加流体饱和岩石断裂表面附近的矩阵,从而减少显著气相对渗透率,(2)孔隙大小减少由于粘土含量高,尤其是蒙脱石等粘土矿物膨胀和容易动员或毛孔阻塞伊利石等矿物。

紧或页岩核心,它通常是不可行的,识别哪些是主要的传统因素的损害稳态测量核心洪水设备由于长时间测量(数小时甚至数天)和测量精度(压力表和流量计)(15]。根据实验理论,渗透在实验室里的测量可分为两类:稳态法和不稳定法(16]。而严格的研究压裂液损害评价水库是有限的和传统的评估方法仍广泛使用,核心样品1英寸长,2英寸直径通常用来测量渗透率损害在传统的稳态方法(17]。传统的稳态方法需要多次测试渗透率在不同孔隙压力为了调整滑脱效应,然后通过克林肯伯格方程得到克林肯伯格渗透率试验压力独立的匹配(16,18]。由于紧核心样品的渗透率极低,常规岩心渗透率测量需要很长时间才能稳定的流量和压力,和实验误差主要是由温度变化引起的实验。因此,影响实验结果的准确性(17,19- - - - - -21]。

撑et al。22)提出了压力脉冲法来解决常规岩心渗透率测量的不足。压力脉冲方法有别于传统的恒压法和恒定流量法,这是一个基于一维非定常流的瞬态压力脉冲方法理论。当测试渗透率、不同驱替速度和压力出口不需要被记录,而只有压力脉冲的衰减需要被记录下来。这种方法可以帮助精确控制流量,保证测量精度。根据测试结果计算渗透率可以结合相应的理论公式(23]。对水库,很难测量流量时测量液体的渗透性岩石样本。然而,测量压力随时间的变化的流体通过核心可以评价渗透率的一个好方法17,24,20.]。

在这项研究中,设计了压力变送器和独立开发矩阵损失评估低渗透性紧塔里木盆地储层基于压力脉冲的方法。矩阵的新方法损害评估低渗透性紧水库的压力测试建立了低渗透的传输方法。确定的主要地层损害的机制是通过一个集成的应用不稳定实验仪器。

2。方法和程序

2.1。理论和方法

小说不稳定地层损害评价方法基于压力传输和压力衰减理论被用来调查FFD机制。先前的研究人员记录压力衰减理论和压力传输理论以及实验过程([25- - - - - -34])。渗透率测量理论的压力衰减方法可以描述在方程(1)和(2)。

压差:

有效的透气性:

渗透率测量理论的压力传输方法可以描述在方程(3)。

2.2。实验装置

PDP200(压力衰减方法)装置是用来测量骨折的程度面对HCP造成的损害,而铝(压力传输方法)装置是用来测量由于CSM裂缝面损伤的程度。数据1和2分别显示了PDP200和天车设备。PDP200可以测量渗透率的10−3到10−8μ米2范围,天车渗透率测量范围也从10−3到10−8μ米2。


图1
PDP200渗透率测量设备(压力衰减方法)。

图2
天车渗透率测量设备(压力传输衰减方法)。
2.3。实验程序

HCP破坏测试的具体过程如下所示:(1)干燥炉的核心60°C 24小时或直到核心的质量不变(2)初始磁导率测量 干的核心长度直径(1和2)PDP200装置(3)负载的核心在真空夹24小时或直到压力表显示−15 kPa和不变两个小时然后填补真空夹模拟地层水(相同的离子类型和地层水浓度)与2%的粘土稳定剂十二个小时(4)测量磁导率 浸泡核心的PDP200装置(5)计算HCP损伤指数方程(6)如下:

添加一个粘土稳定剂的目的是为了避免在测量粘土膨胀。压力衰减方法的优点是它不会产生“流动的力量”,可以使粘土动员。的 由流体饱和度变化表明渗透障碍的程度或“流体块。”

CSM破坏测试的实验流程图如图3。


图3
流程图的压力传输测试:(1)ISCO泵、真空泵(2),(3)氮气瓶,(4)中间船上游和下游(5)形成液体,(6)中间测试液体的容器,(7)特殊岩心爪,(8 -)控制阀,压力传感器(21),(22)天然气调压阀、背压阀(23),(24)废液槽,恒温箱(25)。

CSM破坏测试的实验过程如下所示:(1)混合环氧树脂和固化剂1:1的比例按重量,把混合物倒在聚碳酸酯油管长度(直径2.5,4),将核心的中心管,和治愈20小时。片的核心在厚度(图0.254),名称为核心部分,真空夹持器和负载(2)关闭所有控制阀(8)-(17)和开阀(12)和(13)真空(3)关闭控制阀(8)-(17)和开阀(10)和(11)。下游的地层水注入岩石样品在特定的压力。下游压力稳定后,记录为最初的下游压力 ,应该一样的岩石样本的原始孔隙压力吗(4)关闭控制阀(8)-(17)和开放ISCO泵(1),中间容器(4),特殊岩心爪(7),背压阀(23),天然气调压阀(22)、氮气瓶(3),和阀门(8)、(9)、(14)和(17)。形成水流连续表面的岩石样本与流动压力 和背压 。持续监测下游压力的变化 直到到达上游流压力 (5) , , ,与方程(4)和(5)被用来获得液体渗透性 岩石的样本(6)关闭阀(8)-(17)和开放的特殊岩心爪(7),中间容器(6),气体压力调节阀(22)、氮气瓶(3),和阀门(15)和(16)。调整气压调节阀(22),设置的压力,推动工作流体在岩石样品的表面大约5个小时(7)关闭阀(8)-(17)和重复步骤(2)- (5)。测量液体的渗透性破坏岩石样品 (8)工作流体的损害率的核心 通过方程计算(7)如下:


图4
核心部分天车渗透率测量。

的 表明渗透障碍的程度由粘土膨胀和动员。最后,通过对比 和 ,主要地层损害机制可以被识别。

3所示。结果与讨论

九致密砂岩岩心超深致密气形成的塔里木油田(中国)的深度18000英尺包括两个岩石矩阵核心和七个自然断裂核与不同裂缝宽度被用于高频电炉评估和优化。

图5矩阵是一个典型的岩石核心,图呢6显示自然断裂的核心。所有直径长度(1)和(2)的核心是相同的;表1列出了详细的样本的属性。岩心的孔隙度从0.95%降至6.09%。天然裂缝性的核心,裂缝宽度从0.020到0.048,根据XRD分析骨折是由方解石。的平均地层水矿化度塔里木盆地致密气的形成是247025 mg / L(表2),2%氯化钾也作为粘土稳定剂添加。


图5
致密砂岩岩石的核心矩阵。

图6
致密砂岩与天然裂缝的核心。
表1
致密砂岩岩心的孔隙度和天然裂缝宽度。
表2
地层水矿化度测试结果(塔里木致密气的形成)。
3.1。HCP破坏试验结果

表3总结了HCP损伤的实验数据测试。的 从88.4%到99.7%,表明HCP造成严重损害。天然裂缝性的核心,它没有表现出很强的相关性之间的 和天然裂缝宽度(图7)。平均 岩石矩阵的核心和天然裂缝性岩心分别为94.9%和92.4%,分别。

表3
HCP破坏致密砂岩岩心的测试结果。

图7
HCP致密砂岩岩心的损害。
3.2。CSM破坏试验结果

XRD结果显示,测试严格核心样品含有粘土矿物含量高,在7%和9%之间(见表4)。当沉浸在水基压裂液,水分子会进入晶格的粘土矿物,这很容易导致体积膨胀,导致阻塞和水敏感性。表5总结了CSM破坏测试的实验数据。的 从28.6%到43.9%,这表明CSM造成的损害比通过HCP轻。天然裂缝性的核心,之间的关系 和天然裂缝宽度也不稳定(图8)。平均 岩石矩阵的核心和天然裂缝性岩心分别为29.6%和38.4%,分别。

表4
XRD测试结果严格核心样本。
表5
CSM破坏致密砂岩岩心的测试结果。

图8
CSM破坏致密砂岩的核心。

结果表明, 范围从88.4%到99.7%, 范围从28.6%降至43.9%。HCP损伤识别为致密气形成的主要伤害来源。高频电炉是需要优化,我们修改了高频电炉通过添加0.5% wt anti-water-blocking剂(表面活性剂)来减少气体和水的界面张力。两个核心(一个岩石核心没有矩阵。17和a naturally fractured core no.18) were used to evaluate the optimized HFF through the HCP test and CSM test at the same condition as the previous test (see Figures9和10)。在HCP损伤测试中,我们还增加了0.5% wt anti-water-blocking剂(表面活性剂)模拟地层水。表6表明, 减少两个核心(45.3%和50.2%天然裂缝性核心矩阵和岩石核心,分别)。的 的范围内是稳定的,前面的CSM测试。高频电炉可以进一步优化利用更有效的表面活性剂或增加表面活性剂的内容。


图9
17号致密砂岩核心(岩石矩阵)。

图10
18号致密砂岩核心(自然断裂)。
表6
HCF和CSM损伤试验结果优化的高频电炉。

4所示。结论

在本文中,我们介绍一种新颖的实验方法识别致密气地层损害机制。压力衰减透射法和压力法综合评价裂缝面损伤的程度(FFD)由于HCP和CSM。这种方法可以进一步应用于识别其他紧或页岩地层的FFD机制并为高频电炉提供深刻的基本数据优化。实验结果显示,具体结论如下:(1)平均 岩石矩阵的核心和天然裂缝性岩心分别为94.9%和92.4%,分别指示HCP造成严重损害(2)平均 岩石矩阵的核心和天然裂缝性岩心分别为29.6%和38.4%,分别表明CSM造成的损害比通过HCP轻(3)流体块由于HCP塔里木盆地致密砂岩是主要的损伤机制。和矩阵流体块的程度高于自然骨折(4)添加0.5% wt表面活性剂后, 是岩石矩阵从94.9%下降到50.2%,显示该实验过程的有效性

命名法

: 压力的持有人(MPa)
: 压力较低的持有人(MPa)
: 上部和下部持有者之间的压力差(MPa)
: 单位变化因素
: 的斜率 曲线
: 天然气粘度(MPa·s)
: 核心长度(厘米)
: 天然气压缩系数的校正因子
: 质量流率的校正因子
: 核心截面尺寸(厘米2)
: 平均孔隙压力(MPa)
: 的体积上持有人(cm3)
: 较低的体积(cm3)
: 岩石pressure-transmitting系数
: 岩石孔隙度(%)
: 流体压缩系数(1 / MPa)
: 初始压力的保持者
: 的初始压力较低的持有人
: 的体积降低持有人
: 的污水 和 。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究受到了美国国家科学基金会中国没有。51834005),中国石油天然气集团公司的创新基金(2019 d - 5007 - 0201),和科学基金会的中国石油大学,北京(没有。2462017 yjrc041)。作者欣赏53理查德·道金斯美国岩石力学/地质力学研讨会支持发表这篇论文。