焦坪矿区侏罗纪煤层地面煤层气井压裂液优选实验

压裂液与储层的配伍性是影响水力压裂效果的关键因素之一。为了研究适合焦坪矿区侏罗纪煤层地面煤层气井使用的压裂液配方,通过分析储层特征,提出了相适应的压裂液配方,并借助室内模拟实验对压裂液配方进行优选评价。结果表明:活性水压裂液配方中防膨剂优选1.0%氯化钾防膨效果较好;活性水压裂液配方中助排剂优选0.05%氟炭离子表面活性剂或注入乙醇段塞,再注压裂液这两种助排剂效果较好;对于生物酶破胶压裂液配方建议进一步进行现场试验。      

水平井中多条裂缝同步扩展时裂缝竞争机制

水平井中多条水力裂缝间的应力干扰行为,造成了压裂液排量的非均匀分配,影响了水力裂缝的几何形态。采用边界元法研究岩体在压裂液作用下的变形程度,以幂律流体泊肃叶平板流动方程来研究水力裂缝内部的压裂液流场,考虑了多条裂缝间应力干扰和压裂液流量分配,建立了流-固耦合的水平井多条水力裂缝同步扩展模型。模型可模拟水平井多条水力裂缝几何形态、应力干扰情况和压裂液排量的分配情况,可解释水力裂缝之间的竞争机制。多条裂缝同步扩展时,压裂液排量并非均等地分配到各个裂缝之中,进入到内部裂缝的压裂液流量最小,内部裂缝宽度最小;内部的水力裂缝增长一定长度后,停止增长,并且在应力干扰下逐渐闭合。     

断层对压裂液运移影响的数值模拟研究

水力压裂必然会带来相关环境问题,压裂液对浅层含水层的影响不容忽视。为了查明压裂液潜在的向上运移通道及不同地质条件下压裂液的运移情况,对压裂液潜在的运移通道进行了分类,基于变密度数值模拟软件SEAWAT,考虑不同渗漏点与断层底部距离、不同断层倾角对压裂液运移的影响,设计了6种情景开展了数值模拟。结果表明:压裂液潜在向上运移通道主要有对流传输、裂隙传输以及井管泄露。密度差异产生的浮力是压裂液上升的主要动力。压裂液渗漏点距离断层底部越近,影响范围越大,监测点水位和浓度均最先降低。在存在微弱水力梯度条件下,断层倾角α为20°时,断层对局部水流水位及浓度影响较大;α为90°时,对压裂液运移产生影响较小;α为70°时,断层对压裂液运移影响最大,压裂液会扩散至较大范围。     

离子导电岩石自然电位特性的机理研究

利用毛管模型中双电层理论和阳离子交换量与Zeta电位的关系,确定了毛管内电位与离子浓度的径向分布。依据离子浓度分布与液体传质理论,推导了离子导电岩石的扩散吸附电动势方程。利用此方程进行了计算,结果表明:地层水矿化度、阳离子交换量、电解质类型对扩散吸附电动势影响较大;温度的高低、渗透率的大小对扩散吸附电动势也有影响;扩散吸附电动势与孔隙度的大小无关。     

入井工作液顺序接触煤岩储层损害实验评价

致密煤岩具有高毛管压力和比表面积大等特点,在钻井、完井和增产改造过程中,流体侵入将造成储层损害,显著降低工程技术效果。以往文献仅报道了单项工作液对煤岩储层的损害,忽视了工作液顺序接触煤岩储层损害的叠加效应。以川南煤田古叙矿区上二叠统龙潭组煤样为研究对象,开展了流体之间配伍性实验、钻井完井液与压裂液顺序接触煤样对渗透率损害实验。单项工作液储层损害评价实验结果表明,压裂液对储层的损害最严重,钻井完井液次之;工作液配伍性和顺序接触损害评价实验结果表明,与钻井完井液接触后,瓜胶压裂液损害最严重,离子平衡压裂液次之,活性水压裂液较轻,清洁压裂液最轻。顺序损害实验反映了工程实际过程,为入井流体评价和优选提供理论依据,有利于促进煤层保护和煤层气高效开发。      

基于BP神经网络的苏里格气田裂缝强制闭合模型分析

在压裂施工过程中,为了减少压裂液对储层的伤害,压裂液应当被及时排出地层。结合物质平衡原理、渗流力学理论和二维滤失模型,建立了裂缝强制闭合模型,并编制了相应的计算程序,根据井口压力变化规律并结合裂缝闭合条件可得到不同渗透率、裂缝高度和裂缝半长对应的裂缝强制闭合时间。同时,影响裂缝闭合时间的因素权重通过BP神经网络结合理论模型的数据进行了研究。结果显示,渗透率、裂缝高度、返排液粘度、裂缝半长、井筒半径和油嘴半径这六个参数是影响裂缝闭合时间的主要因素,并且在这些因素中,渗透率和油嘴半径的影响权重最大。因此,在压裂液返排过程中,为了实现改善压裂效果的目的,要着重考虑油嘴半径的选择。本文结果为裂缝闭合时间的研究提供了可靠的理论基础。     

煤层气井水力压裂液分析与展望

对目前煤层气常用的压裂液体系进行了分析,对比各自的优缺点及其适用性,并重点分析了泡沫压裂液与清洁压裂液的性能,通过实验室数据与实际应用效果得出,泡沫压裂液体系应优选N₂为其气相;清洁压裂液需要降低合成条件与成本,并研究清洁压裂液内部破胶技术,以减少破胶剂的使用,保护环境。目前煤层气压裂液存在的主要问题有:传统压裂液对地层伤害大,先进的技术难以推广应用,新型压裂液成本高,工艺复杂等;针对存在的问题提出相应的对策:传统压裂液应针对不同敏感性地层条件研制出合适的破胶体系,优化工艺,加强配套工艺技术的研究等。最后指出高效、低伤害、低成本是今后煤层气压裂液的发展方向,开展疏水缔合聚合物-黏弹性表面活性剂清洁压裂液体系、纳米技术的研究,也是今后煤层气压裂、提高煤层气产量的重要手段。      

压裂液在煤层中的运移模拟研究

为给山西省临县三交区块的地下水环境保护提供科学依据,运用地下水数值模拟技术对压裂液在煤层中的运移进行了预测。在分析研究区地质结构的基础上,建立了水文地质概念模型,将山西组3^#煤层概化为一个承压含水层,其上覆二叠系砂岩、泥岩作为隔水层,下伏的泥岩、砂岩互层作为隔水层,并确定了地下水系统的边界条件。运用地下水模型软件(Feflow)对研究区内的压裂液在煤层中的运移进行了模拟和预测,预测结果表明,压裂液在煤层中的的运移范围在煤层压裂影响范围以内,即压裂井周围300 m范围内。     

中低温水井清洁型凝胶压裂液设计与研究

基岩水井压裂增水技术自研发以来取得较为良好的增产效果,但该技术目前仍存在适用性差、增产效果不确定等问题。基于压裂增水过程中流体流态和裂缝宽度影响因素分析的结果,确定了提高压裂液粘度是较为经济、有效的增产技术措施。开展了水井和中低温地热井清洁型凝胶压裂液配方的设计工作,进行了稠化剂、pH值调节剂、交联剂和破胶剂选配与性能实验,研发了适用于水井和中低温地热井（30~80 ℃）清洁型凝胶压裂液体系并开展现场试验。对凝胶压裂液配液应用难点与使用成本进行了分析,进一步补充完善了水井压裂增水技术在压裂液方向的研究。     

川南深层页岩水力压裂缝网扩展规律数值模拟研究

3500 m以深页岩气资源量占整个川南地区总资源量的比例高达86.5%,该区深层页岩气藏构造复杂,压裂形成复杂缝网的难度大,有必要通过数值模拟研究深层页岩气复杂缝网主控因素,对实现川南地区深层页岩气的效益开发具有重要意义。在对川南地区页岩气气田某井的岩芯进行细观尺度下的观察并构建二维裂缝模型的基础上,利用位移间断边界元法(DDM)模拟深层页岩水力压裂过程中水力裂缝与天然裂缝相互作用的物理力学过程,研究主应力、应力差和压裂液排量对裂缝扩展的影响。结果表明:在高应力差条件下缝网的复杂程度和总长度急剧降低,缝网的平均宽度增大,且平均宽度随排量增加而增大的能力变得有限。在高应力差条件下提升压裂液排量,缝网长度的增加以产生新生裂缝为主,同时提升排量对于激活天然裂缝有一定的提升作用,但是效果有限。相比于拉张裂缝,剪切裂缝的形成受主应力和压裂液排量的影响更显著,在高应力差条件下缝网中剪切裂缝的长度急剧降低。随着压裂液的注入,在较低应力差和相同压裂液注入量的情况下,低排量工况下的裂缝长度逐渐大于高排量工况下的裂缝长度。在应力差较高的情况下裂缝扩展的速率较低,同时会使提升排量而形成更多新生裂缝的能力变得有限。基于显微镜观察构建的裂缝模型计算出的结果能够较好地符合场地实际,为深层水力压裂设计和施工提供参考。     

孔喉半径对松辽盆地南部青一段特低-超低渗透储层质量的控制作用

针对青山口组一段特低-超低渗储层开发时,仍然存在储层认识程度低的问题.其中,明确特低-超低渗储层物性、含油性及流动性的主控因素是亟待解决的重要问题.利用常规压汞、核磁共振、孔渗测定、粒度分析和X衍射等实验方法,对松辽盆地南部青山口组一段特低-超低渗储层特征参数进行定量表征.结果表明:松辽盆地南部青山口组一段特低-超低渗透储层平均孔喉半径主要分布于0.3~1.7 μm之间.大于1.5 μm的孔喉半径对应常规低渗透储层,以细粒长石岩屑砂岩为主;0.5~1.5 μm孔喉半径对应特低渗透储层,以极细粒长石岩屑砂岩和粗粉砂岩为主,可动流体饱和度大于65%;0.1~0.5 μm孔喉半径对应超低渗透储层,以粗-细粉砂岩为主,可动流体饱和度介于50%~60%.孔喉半径决定了储层物性和流体饱和度特征,并在宏观上受控于沉积相带,应作为特低-超低渗储层评价的重要参数.      

伊拉克哈法亚油田白垩系Mishrif组碳酸盐岩孔隙结构及控制因素

伊拉克哈法亚油田Mishrif组碳酸盐岩储层孔隙结构类型的差异性及对其控制因素的认识是制约该类储层分类评价的一个关键问题。综合利用岩芯、铸体薄片、扫描电镜、常规物性、压汞分析等手段及统计分析方法对储层的主要孔隙类型、喉道类型、喉道分布特征进行了研究,确定了孔隙结构划分依据和方案,并划分出了中低孔超低渗细喉型、中低孔低渗细喉型、中高孔中低渗中细喉型、高孔中低渗细喉型、中高孔中低渗细喉型、中高孔中低渗中喉型六种孔隙结构类型,并通过毛管压力曲线的形态划分出了Ⅰ-Ⅴ五类线型;研究区主要发育开阔台地相,并划分出8种储集岩类型,分别是泥晶灰岩、生屑粒泥灰岩、生屑泥粒灰岩、砂屑生屑泥粒灰岩、生屑颗粒灰岩、砂屑生屑颗粒灰岩、介壳类漂浮岩和岩溶建造岩,其中岩溶建造岩储层具有较特殊的网络状孔隙结构。因此,可以认为哈法亚Mishrif组储层主要受早成岩期岩溶作用影响,其早成岩期溶蚀具有明显的相控特征,是孔隙结构差异性的主要控制因素,极大的改善了该套储层的物性。     

南堡凹陷高南地区东三段低渗储层敏感性特征的微观机制研究

南堡凹陷高南地区东三段(Ed3)储层中速敏性的产生主要是分布于孔隙中的高岭石微粒发生迁移的结果;在粘土含量较低的样品中速敏性较弱,由于高岭石晶粒的长度及直径均多数大于喉道直径,因此随粘土杂基含量的增加,速敏性会随之增加.由于方解石胶结物主要分布于粒间孔隙中,喉道中胶结物及粘土杂基均较少,盐酸酸化对改善储层渗透性意义不大,只有采用土酸酸化处理才能起到应有的效果.由于喉道中石英的加大现象常见,而其他填隙物较少见,强碱性钻井液的浸入有助于改善储层渗透性.但因碱敏性实验测得pH值的临界值为7.7,以及大量强碱性钻井液浸入储层会造成大量碱不稳定组分的溶解,具有形成大量二次沉淀的潜在因素,加上钻井液难于及时返排,在钻井过程中还是要特别注意钻井液碱度的选择.由于蒙托石及伊/蒙混层粘土在不同位置含量的差别,导致了研究区储层的盐敏性程度相差较大.     

CO_2注入下岩层变形和流体运移分析(I):两相流-岩层耦合模型

目前国内关于CO2咸水层封存尚处于先导性和试验性研究阶段,对超临界CO2注入过程中岩层力学响应和流体运移的理论与技术方面的认识还不完善。为研究CO2注入下岩层变形和流体运移,基于两相流动数学模型,给出了超临界CO2和咸水质量守恒方程;采用毛细压力和有效饱和度的关系式,将质量守恒方程变换成以毛细压力为变量的表达式,以便于考虑流体压力对岩层的影响。提出了无流体压力影响下的岩层力学本构模型,该模型能够同时考虑岩层的塑性变形和损伤。分析了两相流体-岩层相互作用机制:一方面,采用有效应力原理,考虑流体压力对岩层的力学影响;另一方面,通过岩层固有渗透率变化考虑岩层变形对流体运移的影响。     

伊拉克艾哈代布油田中-下白垩统碳酸盐岩储层孔隙结构及控制因素

伊拉克艾哈代布油田中-下白垩统碳酸盐岩储层孔隙结构类型划分及其差异性的受控因素和成因的认识是制约该类储层分类评价的一个关键问题。本文综合运用了常规薄片、铸体薄片、扫描电镜、电子探针、常规物性、压汞分析、阴极发光、稳定同位素分析等手段及统计分析方法对储层的主要孔隙类型、喉道类型、喉道分布类型进行了研究,并在此基础上确定了高孔中渗细喉型、中高孔低渗细喉型、中高孔特低渗微喉型、低孔特低渗极微喉型四种孔隙结构类型及其划分依据和方案,同时指出了在该类储层中好的孔隙结构具有网络状、偏细型、分选较差的孔喉特征。通过分析明确了孔隙结构差异性的主要控制因素为岩石组构和溶蚀作用,认为该套储层的孔喉空间及结构是以沉积形成的原生孔隙受同生期或准同生期的溶蚀改造为基础,并在后期表生岩溶作用下的改造而成;而先期受岩石组构控制下的溶蚀作用控制了储层孔隙结构的差异性。通过本文研究将对中东地区该类储层的形成及分类评价研究具有较好的指导意义。     

Numerical Simulation of the Influence of Pore Structure on Resistivity,Formation Factor and Cementation Index in Tight Sandstone

Tight sandstone,with severe diagenesis and complex pore structure,differs greatly from conventional sandstone in terms of rock electrical parameters.In subsurface rock electrical experiments,various electrical parameters are confounded and can only be analyzed qualitatively.The lack of quantitative analysis for each individual electrical parameter presents a challenge for the evaluation of oil and gas saturation in tight sandstone.Based on the 2D pore-throat model and the features of pore structure in the tight sandstone of the Penglaizhen and Shaximiao Formations in the upper and middle Jurassic of the Western Sichuan Depression,this paper presents 3D micro pore-throat models for three types of tight sandstone.It proposes a finite element-based rock electrical simulation method to analyze the influence of pore structure parameters,such as throat radius and throat tortuosity,on electrical parameters such as resistivity,formation factor,and cementation index quantitatively.The research revealed the following results:(1)Throats of tight sandstone usually have lamellar or curved lamellar shapes that are slender and narrow.The lamellar throat used in the proposed porethroat model is more consistent with the features of tight sandstone than the tubular throat used in the original model.(2)The throat determines the conductivity of tight sandstone.The throat parallel to the electric potential has the greatest influence on conductivity,and the throat perpendicular to the potential has the least influence.(3)In tight sandstone grades I to III,as the porosity decreases,the formation factor increases and the cementation index decreases.(4)The results of the rock electrical simulation are consistent with the results of the rock electrical experiment,which indicates that the proposed rock electrical simulation method of tight sandstone is effective and accurate.     

辽河油田东部凹陷火成岩储层孔隙结构评价

对火成岩储层的核磁共振测井资料和实验室压汞资料进行对比,采用插值法建立地层孔隙流体的横向弛豫时间T_2与压汞曲线的压力P_C之间的关系,发现它们之间满足对数关系,并用T_2谱构造毛管压力曲线。分别利用线性方法和对数方法构造毛管压力曲线,对数方法构造的毛管压力曲线与实验测量的毛管压力曲线更接近。将研究结果应用于辽河油田东部凹陷火成岩储层孔隙结构的评价中,发现分选系数小、孔喉歪度大、最大进汞饱和度高和平均孔喉半径大的毛管应力曲线对应的孔隙结构较好。     

应用恒速压汞技术定量评价低渗—特低渗砂岩储层微观孔喉特征:以石臼坨凸起陡坡带东三段为例

砂砾岩储层中的低渗—特低渗砂岩对储层整体油气运聚、成藏起到了重要影响。利用恒速压汞技术探讨石臼坨凸起陡坡带东三段扇三角洲砂砾岩储层中不同渗透率级别的低渗—特低渗砂岩储层微观孔喉分布特征及不同尺度孔喉的物性贡献。研究表明:(1)低渗—特低渗砂岩和常规砂岩相比具有孔隙大小中等,喉道半径偏小,孔喉比异常大的特点。渗透率受孔喉半径变化影响更明显,大半径喉道数量和分布是影响储层渗流能力的关键因素;(2)低渗—特低渗砂岩孔隙主控进汞区是控制流体流动最有效最主要的空间,渗透率越高,孔隙主控区的喉道半径范围越大。孔喉过渡进汞区进汞贡献主要来自孔隙和喉道联合进汞,随着喉道半径减小,细喉道逐渐成为流体储集和流动的主要空间;喉道主控区渗透率贡献也很低,微细喉道及微喉道是进汞主体空间,孔隙贡献基本为0,该阶段流体流动能力受喉道半径变化影响较大。随着渗透率增加,低渗—特低渗砂岩渗流能力的决定性喉道半径值从1~2μm增大到3~4μm。基于恒速压汞技术的低渗—特低渗砂岩微观孔喉定量表征填补了渤海海域相关研究的空白,从而有助于实现该类储层全面准确的储层评价。     

鄂尔多斯盆地延安地区山西组山2段储层可动流体赋存影响因素分析

山2段是鄂尔多斯盆地延安地区致密砂岩气生产的重要层段,目前对其流体赋存规律认识明显不足。因此在铸体薄片、扫描电镜、X射线衍射、高压压汞、恒速压汞、核磁共振测试的基础上,分析该储层可动流体的赋存特征及其影响因素。结果表明:山2储层主要为岩屑石英砂岩和岩屑砂岩,溶蚀孔和晶间孔为主要储集空间,粒间溶孔显著发育。山2储层可动流体饱和度为34.74%～91.83%,平均为69.94%,T2谱多为双峰态,呈左低右高型。储层孔隙度、渗透率、孔隙类型、孔喉特征及胶结物影响可动流体饱和度。孔隙为可动流体提供主要空间,平均孔隙半径越大,平均喉道半径越大,孔喉比越小,可动流体饱和度越高。硅质含量越高,粒间孔保存越好,可动流体饱和度越高。铁方解石含量越高,孔隙破坏越明显,可动流体饱和越低。高岭石含量较高,长石溶孔及晶间孔发育较好,有利于流体流动,可动流体饱和度也较高。     

松辽盆地龙西地区泉四段低孔低渗砂岩性及微观孔隙结构特征研究

通过岩心观察、镜下薄片、扫描电镜和X衍射、物性和压汞等资料分析,对松辽盆地龙西地区泉四段低孔低渗砂岩的岩石学特征、储层物性及微观孔隙结构特征进行了研究。研究表明,松辽盆地龙西地区泉四段砂岩主要为长石岩屑砂岩,其次为岩屑长石砂岩,成分和结构成熟度较低,储层物性明显呈现出低孔低渗特征,孔隙类型以残余粒间孔和溶蚀孔为主,孔喉半径较小,相对小孔喉所占比率较大,孔喉分选和连通性较差,非均质性强。在总体孔喉较小的背景下,随着较大孔喉半径的增大储层物性变好,而储层物性随着孔喉集中程度的增强而变差。根据经典的孔喉分类标准,将松辽盆地龙西地区泉四段低孔低渗透储层分为4类：细孔细喉型、微孔细喉型、微孔微细喉型和微孔微喉道型。