文摘

本文采用实时高温三轴渗透试验系统研究石油页岩的渗透率演化Jimusar地区,新疆,与温度、孔隙压力和容积的压力。结果表明,(1)油页岩渗透率随温度的变化过程可分为三个阶段:从20到350°C缓慢增长阶段,快速发展阶段从350年到500°C的阈值温度为400°C,和增长减速阶段从500年到600°C。(2)随着孔隙压力增加,渗透率逐渐降低。体积17 MPa的压力下,渗透率降低最迅速从1到2 MPa,体积34 MPa的压力下,渗透率下降最快的从1到3 MPa。(3)油页岩渗透率随体积压力增大而减小。在室温下,渗透率的降低幅度很小,温度增加而增加。结果可以提供一个理论参考热流体的渗流过程的分析,在油页岩热解的石油和天然气。

1。介绍

油页岩是一种沉积岩,其中包含有机物质与低渗透(干酪根)。加热后,干酪根可以被转换成页岩油和天然气,可以用作燃料和化工原料。中国已探明油页岩储量达到约7199亿吨,可以转换成页岩油(476亿吨1- - - - - -3),远远高于268亿吨的可采石油资源。油页岩主要位于辽宁、吉林、新疆、广东、等领域(4]。作为一个非常大的比例的非常规油气资源,高效、绿色的油页岩的开发利用可以重视提高中国的能源安全,石油和天然气资源的战略储备。

油页岩的利用可以分为两种类型:地面干馏热解炉和原位热注入热解。在这些方法中,地面干馏面临着环境问题涉及三个废料,包括废水、废气和废渣,采矿效率低的经济问题(5]。原位注热油页岩开采能有效解决上述环境问题(6),吸引了大量学者的关注在中国和国外。在这些学者、赵等人提出的太原科技大学的油页岩的原位注汽法生产(7];的核心,需要有效注入高温过热蒸汽通过热注水井到油页岩层。然后,热解产生的油气流体在油页岩层与抽油井生产。油页岩渗透率的演化在高温下会影响过热水蒸气和热解油页岩层的石油和天然气,因此可以影响原位热解的效率。因此,研究油页岩渗透率的演化规律实时高温条件下有助于确定如何有效地注入高温蒸汽油页岩层。

在高温的作用下,有机物热解油页岩和异构扩张的无机矿物生成大量的石油页岩孔隙和裂缝结构。孔隙裂缝结构高温流体的流动渠道,和新的孔隙骨折在高温下会影响油页岩渗透率。因此,大量的学者对孔隙的变化进行许多研究断裂的结构和渗透率页岩油在高温下。康等。8)进行了扫描实验和渗透率测试油页岩干馏后的计算机断层扫描(CT)和三轴渗透设备,分别。大量的裂缝沿平行层理方向发生超过400°C,和油页岩渗透率大幅增加在400°C。女子et al。9)进行了一次扫描实验绿河盆地,断裂构造的美国,在高温下与CT设备和获得渗透率随温度的变化规律通过分析收集到的孔隙裂隙结构数据。发现随着温度的增加,孔隙裂缝结构油页岩的数量大大增加,而磁导率从173增加到2199 D。拉巴尼et al。10连接渗流通道的渗透率计算一个油页岩数字核心在不同的温度下与CT扫描技术和数字核心技术。超过400°C, 1 D的油页岩渗透率急剧上升。油页岩渗透率的变化与孔隙大小略相关但与孔隙连通性达到一个显著的关系。杨et al。11,12]研究了油页岩渗透率的变化规律在高温蒸汽的作用下,发现油页岩渗透率的增加密切相关的变化在高温蒸汽的作用下断裂结构。耿et al。13]研究了渗透率的变化规律以及抚顺油页岩的垂直层理方向后高温治疗。渗透率迅速从300增加到400°C,增加从400下降到600°C。赵和康14]研究了抚顺油页岩渗透率变化规律的实时高温条件下埋深200米,发现油页岩渗透率继续从350增加到600°C。

上面的大多数研究油页岩渗透率高温加热后进行。只有研究赵和康(14)是在实时高温条件下执行,但只有在抚顺地区油页岩渗透率进行了研究,而没有考虑地应力的影响。然而,抚顺油页岩的矿物成分是明显不同于新疆油页岩,其中辽宁抚顺油页岩主要由粘土矿物高岭石,虽然Jimusar油页岩主要由石英和长石,很少有粘土矿物。油页岩渗透率随温度的变化在新疆很可能不同的矿物成分的差异。然而,很少有学者研究了油页岩渗透率Jimusar区域实时高温条件下的新疆。

因此,本文采用实时高温渗透测试系统独立开发的太原理工学院确定Jimusar地区油页岩渗透率实时高温三轴应力条件下的新疆。油页岩渗透率的变化在不同的温度下,孔隙压力和体积应力。油页岩渗透率的演化规律实时高温条件下确定本文可以为分析提供一个理论参考加热流体的流动行为和热解油页岩矿床的石油和天然气。

2。实验方法和步骤

2.1。样品制备

本文测试标本来源于Jimusar区域在新疆,和所有油页岩标本密封和运输到实验室样品处理。油页岩是切成 圆柱标准数控砂线切割机的标本。如图1,标本是平行于层理方向。并行度和平滑度的样品符合标准国际岩石力学学会的。样品的颜色是棕色的。工业和元素分析和矿物分析的结果列在表中1和2,分别。

2.2。测试设备和测试过程

(1)研究温度的确定

根据TG-DSC曲线,油页岩的减肥主要发生在400 - 600°C,如图2。此外,油页岩干酪根开始正交为可流动的石油和天然气在400°C,所以本文研究温度的选择是20 - 600°C。(2)测试设备

原位高温渗透测试与实时进行高温三轴应力渗流系统由太原理工学院独立开发,如图3。测试系统包括一个动态加载系统,可以应用一个压力多达32 MPa的精度±0.1 MPa,温度控制系统,它可以生成一个温度高达700°C的升温速率1°C /分钟,和围压传动装置,采用固体压力传输技术将轴向压力转换成侧向压力和进一步应用围压标本。(3)测试过程

原位高温渗透测试过程如下:(1)不同的轴向和围压加载根据埋深Jimusar地区油页岩的新疆(表3)。(2)测试渗透率在不同孔隙压力(表3)在室温下,氮是渗透在不同压力下,每个孔隙压力测试间隔持续20分钟,以防止最后孔隙压力区间的影响测试结果,和较低的流量记录下每个孔隙压力。(3)加热系统被激活,然后加热到预定温度标本(100°C, 200°C, 300°C, 350°C, 400°C, 450°C, 500°C, 550°C,或600°C)的加热速度1°C /分钟,最后,油页岩渗透率在不同孔隙压力下决定,如在表示3在步骤2中,用同样的方法。

本文中使用的渗透介质N₂符合达西定律,所以方程(1)应用于计算渗透率。 在哪里渗透率,m²;是流量,m³/ s;大气压力,在0.1 MPa;样品的长度,m;气体动态粘度,MPa·s;进气压力,MPa;出口压力,MPa;和试件的横截面积,米²。

3所示。测试结果

3.1。磁导率随着温度变化

图4显示了油页岩渗透率的变化与不同体积下的温度应力。渗透率很低在室温和到达 μ米²在一个2 MPa的压力。渗透率逐渐增加而增加的温度。虽然不同的强调应用于油页岩标本,渗透率展品类似的转换模式下不同的体积应力。因此,根据图3,渗透率的变化趋势与温度分为三个阶段,这三个阶段分析了渗透率数据获得在体积17 MPa的压力和孔隙压力2 MPa。

从20到350°C,渗透率增加缓慢。在100°C,渗透性增加 来 μ米²,这是6.3倍,在100°C。这是因为自由水的损失在100°C的结果小裂缝(15)平行于层理方向油页岩样品,导致渗透率的增加。王等人研究了油页岩热断裂演化定律在高温下,发现有连接断裂的方向平行于层理在100°C,如图5(16),验证了油页岩渗透率的增加在100°C。随着温度不断增加,油页岩渗透率继续缓慢增加,这是由于挥发油的损失页岩分数在高温下。

在350年和500°C,渗透率增加迅速。油页岩渗透率大幅增加在400°C,它在室温下是23倍。这发生的起始干酪根热解油页岩样品在400°C (9,10),导致连接大量的孔隙和裂缝的油页岩样品,导致石油页岩渗透率大幅增加。从图可以看出5大量的油页岩开发骨折后400°C,也验证石油页岩的渗透率将迅速上升后400°C。因此,400°C可以被定义为的阈值温度的演化Jimusar石油页岩的渗透率。随着温度增加到500°C,干酪根热解继续,渗透率不断增加。

在500和600°C,分别渗透稳定,然后增加。干酪根热解油页岩样品的基本完成超过500°C,和油页岩样品的渗透率增加率开始稳定,但石油页岩的渗透率仍然增加,因为长石样品在500°C开始分解,导致渗透率的增加。它还可以看到从图5骨折后将继续增加500°C,所以500°C的渗透率继续增加相比,在400°C。在600°C,骨折增长率放缓,所以不会增加渗透率在600°C。此外,它可以发现渗透率上升速度600°C下34 MPa压力体积小,由于油页岩的热断裂将关闭在高压力。然后,共同作用下的热应力和高地应力,石油页岩的渗透率将不再增加。

3.2。渗透率与孔隙压力变化

油页岩渗透率的变化趋势与孔隙压力图所示6。不管体积压力或温度,油页岩渗透率随孔隙压力增加,但渗透率的降低不同体积应力之间的不同。

体积压力是17 MPa时,渗透率大大降低,当孔隙压力范围从1到大约2 MPa。这是因为克林肯伯格效应是显著的低孔隙压力阶段(17,18),导致最大油页岩渗透率下1 MPa。孔隙压力增加2 MPa,油页岩样品上的有效应力降低明显,导致渗透率下降,但克林肯伯格效应仍然起着主导作用。

体积34 MPa的压力下,渗透率大大降低,当孔隙压力范围从1到大约3 MPa,仍应由明显的克林肯伯格效应较低孔隙压力,从而导致更高的油页岩渗透率低孔隙压力下比在高孔隙压力。然而,当体积应力达到34 MPa,孔隙压力的增加到3 MPa是不够明显减少有效应力,克服克林肯伯格效应,制约了油页岩渗透率下降。

3.3。渗透率的变化与容积的压力

2和3的渗透率在孔隙压力下选择MPa为例,研究累积压力的影响油页岩样品在不同温度下磁导率的变化。渗透率直方图体积17和34 MPa的压力下不同温度是基于测试数据,如图7。

在相同的温度,油页岩渗透率随体积压力增大而减小。然而,油页岩渗透率下降量变化之间的不同的温度。在20°C,孔隙压力降低了8%和3%在2和3 MPa,分别。当温度继续上升,增加体积的渗透日益减少压力,达到46%和51%,分别在350°C,因为固体有机物首先转化为液体沥青质(19在350°C)。油页岩时更容易变形体积压力较高,从而堵塞渗流通道。在400°C,高度的有机物发生热解油页岩样品,导致更多pyrolysis-induced孔隙裂缝结构。高容量的压力下,孔隙裂缝结构封闭,导致一个更大的降低40%和39%,分别。在较低温度下油页岩强度更高,和渗透率降低的小体积增加压力。随着温度增加,产生的孔隙裂隙结构油页岩软化和热解使油页岩变形更容易在高容积压力(20.],油页岩样品的内部孔隙裂缝更容易崩溃,导致渗透率下降与体积增加压力,这是符合抚顺油页岩渗透率的变异与体积应力得到耿(13]。

4所示。讨论

4.1。渗透率演化机制与温度

节2。1,提到油页岩渗透率的变化与温度密切相关,分解有机物和无机矿物的油页岩。在本节中,减肥曲线油页岩样品的温度范围从20°C到600°C是在热重实验中获得的。图8显示了曲线的减肥和渗透率油页岩样品的温度。油页岩渗透率的比值( )在不同的温度下油页岩渗透率( )在室温下2 MPa压力显示左侧轴 MPa。图表显示,减肥曲线展示第一个减少点在100°C,在油页岩样品开始失去其内部自由水,导致第一个油页岩渗透率增加。油页岩的主要阶段体重范围从400到500°C,这进一步表明,大量的油页岩干酪根样品是正交在这个温度,导致大幅增加油页岩渗透率在这个温度。当温度高于500°C,减肥的速度开始下降,这是增长减速阶段的石油页岩渗透率。

气体产品的发布表明有油页岩样品连接渗流通道,导致这些产品被释放。因此,不同气体产品由于干酪根热解温度能有效解释渗透率随温度的变化。我们可以看到在图9,只有少量的气体产品生产从100年到350°C,主要是自由水和挥发分。当温度上升到400°C时,产生大量的气体产品,这意味着大量的连接孔和裂缝通道生成在油页岩样品,这样可以释放气体产品的矩阵。这个温度点表示油页岩渗透率变化的阈值温度与温度。超过500°C,气体产品开始减少,这表明在油页岩干酪根热解过程标本基本完成,而连接毛孔不再增加,这也是渗透率增长缓慢的阶段。

4.2。比较分析油页岩渗透率的演化的温度在不同的地区

为油页岩渗透率随温度的演变起着非常重要的作用在油页岩的原位开采过程,前人已经评估了抚顺地区油页岩渗透率。王等人。16和赵和康14)同时测量了油页岩渗透率的深度200米,获得油页岩渗透率的变化规律与温度。渗透率随温度的变化的孔隙压力下2 MPa前辈,决定在这个实验中获得的比较和分析在同一图中,如图10。

图8表明,油页岩渗透率随温度的变化趋势是相似的Jimusar区域之间的新疆和辽宁抚顺地区。然而,新疆油页岩渗透率Jimusar地区明显高于在辽宁省抚顺地区的。这是因为粘土矿物含量的油页岩抚顺地区达到42.6 (21)在室温下,粘土矿物含量的油页岩Jimusar面积仅达到5%。因此,辽宁省抚顺地区油页岩的密度在室温下,渗透率较低。随着温度增加,Jimusar地区的油页岩不仅受到内部干酪根热解也异构扩张变形矿物,如石英(36.3%)和斜长石(25.8%)。因此,新疆油页岩渗透率Jimusar地区是相对较高的。

4.3。实际应用

原位加热过程中页岩油生产,高温蒸汽应当通过注入井注入到油页岩矿层,如图11(22]。注入的过程中,石油页岩的渗透率演化不仅会影响高温蒸汽的注入效率,还影响石油和天然气的迁移速度从油页岩热解后压井。摘要实时高温三轴应力下的渗流实验才能真正反映油页岩的渗流演化规律的共同作用下原位应力和温度。结果表明,油页岩渗透率的增加显然在400°C,即注入温度应高于400°C的过程中注入高温蒸汽。石油页岩的渗透率随原位应力的增加而减小。原位压力削弱了渗透率的增加,但石油页岩的渗透率仍然增加高温,表明温度仍然加强了高地应力下石油页岩的渗透率。因此,本文的实验结果可以提供数据和理论支持原位热注入和页岩生产。

5。结论

在这篇文章中,一个实时高温三轴渗透测试系统由太原理工学院是独立开发,用来模拟原位高温油页岩的环境,和油页岩渗透率的变异与Jimusar区域的温度实时高温三轴应力条件下新疆。结论如下:(1)油页岩渗透率随温度的变化可分为三个阶段:缓慢增长阶段范围从20到350°C。这个阶段的渗透率变化过程主要是由自由水和挥发物的损失造成的。出现快速增长阶段从350年到500°C。生长在这个阶段主要是由于油页岩干酪根热解,和400°C的阈值温度。从500年到600°C,生长过程减慢(2)在同样的体积应力、孔隙压力增加,油页岩渗透率首先迅速下降,然后缓慢下降。然而,不同的体积压力之间的变化趋势不同。17 MPa体积应力下,渗透率下降迅速,然后慢慢从1到大约2 MPa。34 MPa下体积应力,当孔隙压力范围从1到大约3 MPa,渗透首先迅速下降,然后缓慢下降(3)在相同的温度,油页岩渗透率不断随体积压力增大而减小。然而,减少量变化之间的不同的温度,减少量是最小的在室温下,和增加渗透率降低数量逐渐增加温度,这是由于油页岩软化和内部有机物的热解,容易导致石油页岩变形作用下的外部压力,导致孔隙裂隙闭合(4)Jimusar地区油页岩渗透率明显高于抚顺地区由于油页岩在石英和长石的Jimusar区域包含更高的内容和更少的粘土矿物,这使得它更容易产生更多的高温热裂纹形成渗流通道

数据可用性

所有数据用于支持这项研究包含在这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢金融支持山西能源研究所的基础(zz - 2018003和2018001)。