文摘

致密储层压裂过程中应力变化非常敏感,石油和天然气生产。面对不同的生产模式,岩石渗透率和孔隙结构的变化特征需要进一步澄清。在这项研究中,使用自建高温高压物理模拟装置和核磁共振设备,压力加载方法的影响,循环荷载,和加载速率对岩石渗透率和孔隙特征进行了分析,并阐明了它们之间的关系。变围压下的渗透率敏感性(63.3%)大于变量流压力(46.4%)。重复加载的损伤率降低(63.3% - -35.8%)和加载速率增加(53.1% - -42.3%)。至于孔隙特性,当净压力增加,微孔隙的体积变化范围大于中孔。渗透率的伤害率(63.3%)明显大于孔隙体积的(10.4%)。拟合曲线的斜率渗透率和孔隙体积明显减少加载时间。岩石骨架的结构变形和水泥的迁移对渗透率有很大的影响在第一加载。之后,它主要是岩石的体积变形粒子,粒子的接触表面增加和渗流空间慢慢萎缩。 Eventually, the permeability remained stable due to the limited pore compression. This study can provide a reference for designing reasonable production parameters and reducing formation damage.

1。介绍

相当一部分的非常规能源,致密油资源丰富,分布广泛,使它成为一个新的热点对全球石油勘探和开发1- - - - - -3]。长6储层,一个重要的勘探目标在鄂尔多斯盆地是一个典型的致密油储层,特点是可怜的物理性质和非均质性强4- - - - - -6]。基质渗透率通常小于0.1 mD和孔隙度小于10%,显示明显的物特性(7,8]。实现工业化开采致密油,通常形成改革通过分段压裂等工程(9,10]。考虑到整个生产过程,形成岩石的压力动态变化。在压裂过程中,压力迅速增加,直到骨折形成。提取的原油、流动压力逐渐减小,岩石上的净应力的增加,岩石渗透率降低,大量的液体被困在micronanopore和喉咙,影响最终的复苏(11- - - - - -13]。有必要调查的影响压力变化对地层岩石的孔隙度和渗透率在生产过程的不同阶段14,15]。

研究人员已经进行了相关研究与净应力渗透率的变化不同的块和不同类型的岩石16- - - - - -20.]。岩石的应力敏感性评价的各种方法,如行业标准方法和应力敏感性系数法(21,22]。同时,拟合permeability-net应力改变一个函数,渗透率随净改变压力的经验公式得到,建立了相应的数学模型23,24]。此外,岩石的物特征的影响因素进行了分析,主要包括岩石本身的性质(如孔隙结构、矿物组成和胶结特征)和外部环境因素(如岩石的压力和温度)(25- - - - - -29日]。不同压力下渗透率变化的主要原因是多孔介质的变形,通常分为体积变形和结构变形(30.- - - - - -33]。大部分变形是指收缩下的岩石颗粒的体积压缩,而粒子的相对空间位置不改变。结构变形意味着粒子的安排和相对位置变化。体积变形通常被视为弹性或弹塑性变形、结构变形时塑性变形,复苏的可能性较低。

当岩石被压缩,其孔隙结构变化,喉咙缩小,渗流空间减少,渗透率降低,形成应力敏感性损害(34- - - - - -37]。应力敏感性的研究主要集中在岩心渗透率的变化,但它缺乏孔喉结构特征的描述,特别是在不同的压力条件下。低场核磁共振技术可以准确地抓住内部孔隙和喉紧核心的特征。结合在线位移、孔隙的变化特征与不同工作条件下可以获得不同尺寸(38- - - - - -40]。

在这项研究中,长6储层的致密砂岩为例探讨加载方法的影响,循环荷载和加载速率对其渗透性。结合低场核磁共振在线位移技术,孔隙微观结构的变化特征在不同工作条件下获得的,这有助于澄清渗透率变化的内在机制。最后,提供了理论参考设置合理生产参数,减少储层损害。

2。实验部分

2.1。实验材料

核心样本来自三叠纪鄂尔多斯盆地三叠系延长组的长6储层。核心样品的基本物理参数和矿物组成如表所示1和2,分别。岩石样品的平均孔隙度为12.35%,平均渗透率0.25 mD,矿物成分主要有石英和长石。

本研究中使用的流体是盐水盐度共23003 mg / L。其组件包括NaHCO₃,Na₂所以₄,CaCl₂,MgCl₂、氯化钠和氯化钾(化学试剂国药控股有限公司,上海,中国)及其离子含量如表所示3。

2.2。设备和程序

核磁共振(NMR)是用于检测岩石的孔隙结构通过测量振幅和放松的氢核的核磁共振弛豫信号在岩石中孔隙流体(41,42]。当单相流体满意和CPMG序列的回波间隔足够短,横向弛豫率大约在多孔介质核磁共振可以写成 在哪里横向弛豫时间,是表面弛豫时间,是横向表面弛豫强度, 的表面体积比检查核心样本。这个方程描述了弛豫时间和表面体积比之间的关系,可以用来把孔隙大小。的谱面积反映了孔隙大小。当它改变,这意味着孔隙大小和结构的变化。

实验主要分为两个部分。首先,自建物理模拟装置是用来测量渗透率在不同净压力。然后,低场核磁共振在线分析系统(macromr12 - 150 h、苏州Niumag分析仪器有限公司,有限公司,苏州、中国)是用来研究在相同的条件下孔隙体积的变化。实验参数和设备图如表所示4和图1。

(1)核心被削减,放入超声波清洗仪1分钟,在100°C,放入烤箱8 h。然后,真空饱和装置用于盐度水浸透了核心。(2)把核心放在支架和连接盐度水入口,和实验温度为70°C。(3)变量围压操作:持有人的出口连接到大气中。净应力调整增加围压至2.5,5、8、11、15、20和30 MPa,分别。盐度水注入核心0.1毫升/分钟的速度。当净压力达到30 MPa,减少压力根据20,15日,11日,8、5和2.5 MPa。每一个压力点持续40 - 60分钟在加载和卸载期间60 - 90分钟。(4)变量流压力操作:持有人的出口连接到背压阀。减少反压力调整净压力的设置是一样的变量围压。 (5) At each net stress, the steady inlet pressure was recorded and the core permeability was calculated by Darcy’s formula [43] 在哪里是净压力,MPa (44];是围压,MPa;流压力,MPa;持有人入口的压力,MPa;持有人的压力出口,MPa。 在哪里渗透率,医学博士;流,毫升/分钟;流体的粘滞性,MPa·s;核心长度,cm;焊条直径,cm;压差是核心,MPa。

在分析孔隙变化特征时,(1)打开加热装置和夹持器的温度设置为70°C,确保检测线圈的温度是32°C。(2)调整核磁共振仪器和收购衬底的信号。(3)重复以上步骤调整净压力和测试曲线获得不同大小的体积变化毛孔在每个净压力。

3所示。结果与讨论

结合实际生产条件,本研究分析了影响压力的加载方法,循环荷载,和不同加载速率对岩石渗透率和孔隙特征,并阐明了它们之间的相关性。 在哪里渗透率损害率;渗透率恢复率;是渗透率在不同净应力加载期间,医学博士;初始渗透率的2.5 MPa,医学博士;是渗透率在不同净压力在卸货期间,mD。 在哪里孔隙度损伤率;孔隙度的回收率;的峰面积谱在不同净应力加载期间,峰面积在2.5 MPa;的峰面积谱在不同净压力在卸货。

3.1。净应力对渗透率的影响

3.1.1。加载方法

有两种方法测量应力敏感性,变围压和变量流压力。前实验装置简单,操作方便,而后者更符合实际生产过程的压力变化。两种加载方法对渗透率的影响将在本节进行分析。

如图2(一个),当净应力随围压的变化,渗透迅速减少。转折点是8 MPa,超过此渗透率的变化减缓,然后逐渐稳定,表明压缩的核心框架有一定的限制。卸货过程中渗透率恢复缓慢。同样,渗透率恢复迅速在临界点之前,但不能返回到初始状态。图2 (b)描绘了渗透率的伤害率和恢复率在不同净压力。最初的变化率相对比较快。损坏率达到55.1%,8 MPa和最终的破坏率是63.3%,这意味着以后压力变化对渗透率影响甚微。增加的净压力,恢复速率逐渐增加,从54.7%到94.5%不等。后8 MPa,复苏率仍然几乎不变,所有超过95%。说明渗透率变化明显,很难恢复在加载的初始阶段,这是主要的渗透破坏区域。

图3演示了渗透率之间的关系和净压力通过调整流。同样,渗透率随净压力增大而减小。初始递减率稍快,整体下降率是相对均匀。最后的渗透率损害率是46.4%,低于变量围压。回收率而言,还有一个不能收回的部分在变量流压力测试。除了回收率是83.3%在2.5 MPa,其他人则超过90%。在这项研究中,根据古典Terzaghi净应力计算方法,在有效应力系数被认为是1。然而,致密砂岩的有效应力系数小于1,所以净应力变化的流动下的岩石围压压力小于变量。相应地,渗透率损害率较低。

3.1.2。循环荷载

减少在生产过程中逐渐形成压力。通过一些能量补充措施,如关井储能或注水,将缓慢复苏的压力。有一个动态变化的increase-decrease净压力在磐石上。澄清这个循环渗透率的影响,反复装卸核心实验已经完成。

图4(一)说明在第二次加载,虽然渗透率的变化趋势是一样的,第一次快后慢,变化是显著降低。数据4 (b)和4 (c)显示核心渗透率的伤害率和恢复率在骑自行车。最后的渗透率损害率第一加载(63.3%)远高于第二加载(35.8%)。重复加载后,应力敏感性比较弱。至于回收率,在初始加载,回收率随净压力,逐渐超过临界压力不变。而二次回收率没有明显改变,保持高水平,最小值的94.4%。它表明最初的加载后,整体结构的核心是稳定和弹性变形增加,因此,渗透率很容易恢复。

3.1.3。加载速率

不同的石油产量率设置在生产过程中,导致不同的流动压力改变利率。在本节中,净应力加载速率调整利率的2.5,5日和10 MPa / h,分别,这有助于澄清净压力的变化率的影响渗透。

从图可以看出5随着加载速率的增加,渗透率的变化减少,从53.1%到42.3%不等。2.5 MPa / h和加载速率下5 MPa / h,应力敏感性损害率接近,应力敏感性程度适度强劲。然而,当加载速率设置为10 MPa / h,损坏率是最小的应力敏感性是适度疲软。临界压力之前,渗透率下降迅速增加的净压力。核心是压缩时,粒子先附近大孔喉滑移和变形,导致渗透率下降。周围的粒子作用紧密排列和稳定,压力需要逐步进行的。加载时间越长,越明显的收缩孔隙空间,对孔喉结构的影响就越大。

3.2。与LF-NMR净压力对孔隙特征的影响

低场核磁共振设备可以用来获得光谱的核心与盐度水饱和。通过收集的的核心在不同净压力和计数峰值区域,毛孔的卷可以获得不同大小和总孔隙体积。然后,孔隙微观结构的变化规律和相应的与渗透率关系进行分析。

如图6,频谱使用的核心在这项研究中提出了一种双峰结构,和放松乘以相应的峰值1.2和31.1女士,女士。根据弛豫时间之间的关系和孔隙大小、孔隙分为两个核心部分,微孔隙和中孔。结合光谱与孔隙大小分布曲线,微孔的大小范围从0.25到1.6μm,中孔的大小范围从6.3到24.8μm。与净应力的增加,微孔隙和中孔的峰值区域显示一个下降的趋势,表明这两种类型的孔有不同程度的收缩。此外,受压力阻力影响的核心持有人在核磁共振仪器,最大净应力的核心在核磁共振实验中是20 MPa。

3.2.1之上。加载方法

下渗透率变化差异有两种不同的加载方法。本节将进一步分析内部孔隙结构的变化特征。

图7(一)演示了微孔隙和中孔的孔隙体积的增加都呈现一个下降趋势净围压加载压力下的变量。损伤的微孔隙率(14.59%)高于中孔(8.54%)。同时,微孔隙的回收率(96.6%)也高于中孔(93.5%)。透露,周围的岩石骨架变形作用主要是体积变形,发生当压力大,压力是删除后恢复。复苏的中孔率很小,表明核心时突然受到很大压力,相对位置和形状的中孔周围的岩石颗粒将会改变,导致减少孔隙体积和不可逆转的复苏。如图7 (b)、微孔隙的破坏率(10.5%)显著高于中孔(4.3%),但都低于变量围压测试结果。两个相似的回收率,复苏和整体水平相对较高,所有超过97%。当净压力变化时由于流动压力,迫使应用程序进程相对温和。这些结果也对应于渗透率测试结果,渗透率的变化变量流压力小于围压的变量。

3.2.2。循环荷载

核心是反复加载计算孔隙体积和计算损伤率和恢复率,澄清微孔隙的变化特点和中孔。

根据图8循环加载和卸载后,微孔隙的破坏率呈下降趋势,从14.6%下降到8.5%,中孔从12.1%降至4.8%。虽然微孔隙的破坏率总是高于中孔,损坏率迅速上升,然后逐渐稳定。整体回收率保持高水平,尤其是在第二次加载。中孔的回收率是93.5%在第一次加载和其余95%以上。上面的内容是与渗透率测试结果一致。在第二次压缩,整个骨架结构相对稳定,不容易产生大的塑性变形。岩石主要是弹性变形,容易恢复。

3.2.3。加载速率

低场核磁共振设备被用来分析微孔隙的体积变化特点和中孔在不同加载率。

图9描述了随加载速率的增加,损伤的微孔隙率降低(20.4% - -6.8%),是一个近似的线性变化。而损坏的中孔率是相似的,平均为8.6%。它表明有一些不稳定结构中孔附近,容易变形,但有限的程度。周围的粒子微孔隙均匀,紧密排列,具有较强的抗变形和突然增加的压力几乎没有影响。然而,随着加载时间的延长,压力传导变得更加均匀,颗粒逐渐压缩。此外,中孔变形时,周围的胶结物质将迁移到周围微孔隙,硬度较低,容易被压缩。

3.3。渗透率与孔隙体积之间的相关性

它可以得到孔隙体积和渗透率均有不同程度的受损时,净应力的变化。这一节将进一步讨论它们之间的相关性,分析不同净压力下渗透率变化的内在机制。

摘要渗透率和孔隙体积损伤率在不同净应力如图10。在同样的净压力、渗透率的伤害率高于孔隙体积。的最大渗透率损害率是63.3%,而孔隙体积的仅为10.4%。重复加载后渗透率损害率显著降低,但孔隙体积损伤率两个载荷保持不变。在这项研究中使用的核心都是稠密矩阵的核心,主要矿物成分的石英和长石,难以压缩,只有轻微的弹性变形发生在大部分地区。更大的渗透率损害率主要是由于岩石内部的结构变形和小毛孔的堵塞了摇滚组件如粘土矿物。

图中从右到左11,净压力逐渐增加。在第一次加载、初始孔隙体积的变化很小,而渗透率的变化很大。在以后的阶段,孔隙体积的变化范围显著增加,而与此同时渗透率的变化很小。拟合曲线的斜率渗透率和孔隙体积在加载的初始阶段是10倍,在加载的后期。第二次加载期间,拟合曲线的斜坡,暗示渗透率和孔隙体积保持相对一致的变化。初始加载后,岩石的孔隙结构受损,几乎是不可能恢复。在随后的加载过程中,渗透率的变化主要是由于岩石颗粒本身的压缩变形。

在加载过程中,岩石孔隙结构的变化如图12。在正常情况下,岩石颗粒形成一个稳定的结构在不同的安排。当外力增加,岩石颗粒逐渐压缩和变形(32,45,46]。颗粒之间的接触表面增加,一些粒子的滑动和位错,这将导致一个更大的渗透率下降。此外,粘土矿物和其他粒子附着在砂岩表面(16),其硬度较低,这些粒子将变形和外力的作用下迁移,阻塞毛孔小,导致渗透率下降,如图13。随着压力继续增加,大部分的骨架结构趋于稳定。压缩的岩石颗粒的减少导致渗流空间,进而降低渗透率。变形主要是弹性变形,损伤程度低和高程度的复苏。

4所示。结论

本文考虑致密砂岩应力敏感性和地层损害在实际生产过程中,核心渗透率在不同压力条件下的变化特征和相应的孔喉微观结构进行了一系列的物理模拟和NMR实验。主要结论如下。(1)随着净压力在岩石上的增加,其渗透率迅速下降,然后保持稳定,净应力的转折点是8 MPa。变围压下岩石的应力敏感性(63.3%)大于变量流压力(46.4%)。重复加载过程中,损坏率降低(63.3% - -35.8%),回收率提高,不可逆转的损伤主要发生在初始生产的核心(2)当核心上的净压力增加,微孔隙的体积损伤率和恢复率(14.6%,96.6%)高于中孔的(8.5%,93.5%),表明微孔隙更主要是弹性变形和容易恢复。中孔的塑性变形导致渗透率下降。重复加载后,微孔隙和中孔主要是弹性变形(3)与加载速率增加,基质渗透率损伤率下降(53.1% - -42.3%)。中孔的体积损伤率是相同的,而损伤的微孔隙率逐渐下降(20.4% - -6.8%)。矩阵核心有一个稳定的结构,当加载速率快,力不能传播到整个核心,这可能会引起局部变形。缓慢的加载有利于统一的传播力,导致总体规模更大的变形(4)基于上述结果,在加载的初始阶段,岩石的变形结构和水泥的迁移对渗透率有很大的影响,几乎是不可能恢复。后,岩石颗粒主要进行体积变形、接触表面之间的粒子增加,渗流空间减少,渗透率下降缓慢。但压缩有一定的限制,最终渗透保持不变。

数据可用性

实验数据,除了手稿中提供的信息,用于支持本研究的资金由中国石油的安全法律限制。

的利益冲突

无经济利益冲突存在于提交的手稿,手稿和批准所有作者出版。

确认

这项工作是财务支持的致密油物理模拟研究和生产机制(2021 dj2204)。