中国煤层气储层伤害分析及钻井液储层保护研究现状

因煤层气储层具有低孔、低渗、裂缝发育但分布不均的特殊性,在煤层气开发过程中储层极易受到不可逆转的伤害。煤层气储层伤害会导致煤层气产气量下降,增加开发成本,延缓工程进程,最终制约煤层气开发效果。为降低煤层气储层伤害发生的可能性,概括了钻井过程中煤层气储层伤害机理,介绍了国内主要煤层气钻井液技术的发展历程,煤层气钻井液储层保护的方法及进展,国内近年来优选的无伤害钻井液体系及国内储层保护钻井液的发展方向,为未来煤层气储层保护提出新思路。      

鄂尔多斯盆地浅层大位移水平井钻井液体系优选

针对鄂尔多斯盆地浅层水平井钻井过程中的井壁稳定、井眼清洁、润滑减阻和储层保护的技术难题,通过分析储层的地质特征,在该区原用聚合物钻井液基础上,选择性加入MC-VIS、ABSN、纳米乳液和复合屏蔽暂堵剂,形成纳米乳液封堵钻井液体系,在保证施工安全的前提下,可将岩心渗透率恢复提高至8350%。通过七平1井的应用表明,纳米乳液封堵钻井液体系能够满足低渗透油层大位移水平井的钻井施工需求,为高效开发鄂尔多斯盆地浅层油气藏提供技术支持。     

福山油田保护油气层钻井完井液技术研究

福山油田为典型凝析油气藏,储层孔隙度10%～20%,平均渗透率35?10-3 μm2,属于中孔低渗储层,部分为低孔特低渗储层,且水敏、易塌。通过试验选用了以XZD-Ⅱ为暂堵剂的屏蔽暂堵钻井完井液实施油气层保护,取得了较好的保护效果。     

温度控制下的煤层气储层物性动态演化研究

为研究热对煤储层的改造作用,采用不同煤级具有代表性的12件煤样。考虑煤级差异、温度作用差异以及核磁共振(NMR)在研究孔隙流体中的技术优势等,对煤样进行了显微组分、镜质体反射率、孔渗测试以及孔隙结构的压汞和NMR实验,研究了煤储层核磁共振特征、T2谱响应特征、孔径分布、核磁共振孔隙度及核磁渗透率、可动流体等,同时对比了不同变质程度煤储层孔隙结构特征及其对煤层气储层物性的控制作用。温度变化下的煤储层物性研究结果表明:热的作用对各煤级煤储层孔隙度都有改善作用,但是对低煤级影响最大,其次为中煤级,最后为高煤级煤储层。温度对不同煤级煤岩的渗透性影响迥异。高挥发份烟煤受热后渗透率增加了一个数量级。低挥发份烟煤受热后渗透率则下降了一个数量级,这应与煤岩热膨胀性有关。无烟煤渗透率总体变化不明显,说明热作用对高煤级煤储层改造意义不大。     

东胜气田致密砂岩气藏钻井储层保护研究及应用

东胜气田上古生界下石盒子组为致密砂岩储层,部分区域储层物性好,具备不压裂自然建产潜能,钻井过程中存在井壁失稳及储层损害问题,各因素叠合造成的储层伤害阻碍了气层的产能释放。为进一步提升储层自然建产能力和增加单井产量,在储层渗透率恢复率的基础上,通过储层伤害影响因素分析,引入钻井液侵入深度定量化评价方法,深化了储层伤害机理认识,明确了低密度、无土相、低失水和强封堵的钻井液对策,室内优选了防水锁剂和致密承压复合暂堵剂,优化形成了无土相复合暂堵高酸溶钻井液,储层渗透率恢复率提高至91.11%,泥浆侵入深度降低46.28%。形成的钻井液在锦66井区推广应用,平均单井产量提升11%,并实现3口井自然建产,进一步提高东胜气田致密砂岩储层高效勘探开发的效果。     

沁南地区高煤阶煤储层流速敏感性及影响因素

流速敏感性评价实验结果是确定煤层气藏合理排采速度的重要依据,对煤层气开发具有重要意义。高煤阶煤储层的低孔低渗特征使煤储层速敏性评价不能仿照常规储层的液体实验方法,为此提出利用氮气评价高煤阶煤储层流速敏感性的新方法,并对沁南地区高煤阶样品进行测试。结果表明:沁南地区高煤阶煤储层速敏损害程度相对较弱,主要损害程度为无敏感、弱敏感和中等偏弱3种;高煤阶煤储层原始渗透率是控制煤储层速敏损害率的主控因素,煤储层渗透率越大,速敏损害率越高;煤岩中黏土矿物含量对煤储层速敏损害率的影响相对有限,速敏损害率主要与黏土矿物赋存方式有关,当黏土矿物主要赋存于裂隙中时,煤储层速敏损害率相对较大。      

鄂尔多斯盆地华庆油田长6_3储层特低渗成因

鄂尔多斯盆地华庆油田延长组长63油藏属于典型的低孔、特低渗储层。应用铸体薄片鉴定、扫描电镜、压汞等实验,从岩石学、孔隙结构和成岩作用三个方面,分析了华庆地区长63段储层低孔、特低渗的原因。结果表明:储层长石及岩屑含量高、成分成熟度低,压实程度中等偏强是储层孔隙度低的根本原因;溶蚀作用和微观非均质性较强,且多期次胶结填隙孔喉,造成孔隙结构复杂、喉道半径细小,渗透率进一步降低。     

压裂液对煤岩储层解吸–扩散性能的影响

为预防压裂液自吸侵入煤岩基质孔隙,影响煤岩储层的解吸-扩散性能,以沁水盆地石炭统太原组15号煤为研究对象,开展了低伤害活性水压裂液对煤岩储层解吸-扩散性能的损害评价实验,并基于红外光谱、低温氮气吸附和扫描电镜分析了压裂液作用前后的煤岩表面性质和孔隙结构变化。实验结果表明:压裂液处理后,煤样的甲烷解吸率下降了10.23%,扩散系数损害率为16.67%;煤岩表面亲水性增强,液相滞留效应加剧,煤岩基质孔隙比表面增大、孔隙连通性变差、平均孔径减小,这些变化从根本上揭示了压裂液损害煤岩储层解吸-扩散性能的微观机理。最后,提出了基于纳米颗粒封堵技术和表面活性剂技术的煤岩储层解吸-扩散性能损害预防措施。      

屏蔽暂堵剂优选的新方法

为了在钻井过程中更有效地利用屏蔽暂堵技术保护所钻油气储层不受损害 ,提出一种优选暂堵剂的新方法。新方法认为 ,暂堵剂作为矿研体 ,其粒度分布在一定范围内具有分形特征 ,可以用分维数定量地描述粒度空间分布的复杂情况 ,这样在考虑暂堵剂粒度平均尺寸与储层砂岩孔隙平均尺寸相匹配的前提下 ,进一步选择粒度分布分维数与储层砂岩孔隙尺寸分布分维数相近的暂堵剂 ,作为优选的暂堵剂。文中给出了测定和计算分维数的具体方法。室内渗透率恢复试验结果表明 ,按新方法选择的暂堵剂对储层砂岩起到了较理想的保护效果。     

雷家地区沙四段致密油储层特征研究

雷家地区沙四段致密油的开采和研究刚刚起步,在地质认识方面尚不够深刻。本文通过对雷家地区沙四段岩芯观察、XRD衍射、铸体薄片、场发射扫描电镜、氩离子抛光扫描电镜、CT扫描及氮气吸附等方法对沙四段储层地质特征展开系统分析,结果发现:该区主要发育白云岩,根据组成矿物含量的不同可分为白云岩类、方沸石岩类和泥岩类3大类15种岩;孔隙度分布范围1.68%～11.65%,渗透率介于0.01～6.35mD,属于特低孔特低渗型储层;储集空间类型多样,主要发育溶蚀孔、晶间孔、有机质孔裂缝,该区孔隙结构较复杂,存在少量大孔,但主要由纳米孔组成,孔隙分布较为分散,喉道数量少,连通性差;根据该段储层孔隙结构及储集空间分布特征,将该段储层分为孔隙型、裂缝型和裂缝-孔隙型3类,其中孔隙型储层孔隙分布较为分散、连通性较差,裂缝型储层岩性主要为泥岩类,裂缝-孔隙型储层物性相对较好且主要发育在杜家台段。     

AH5井区八道湾组砂质和砾质储层孔隙结构特征及评价

准噶尔盆地AH区块侏罗系八道湾组属于低饱和度、特低孔特低渗储层,孔隙结构研究较为模糊,导致储集层产能评价认识不清。为对研究区目的层孔隙结构进行定量化描述及识别,利用岩心观察、普通、荧光、铸体薄片、扫描电镜、高压压汞、岩心油水饱和度、相渗及物性分析等资料对孔隙结构复杂特征进行定量表征及分类,并对相渗特征进行分析。结果表明:八道湾组储层可分为砂质和砾质储层,储层孔隙类型包括剩余粒间孔、粒间和粒内溶孔、铸模孔、微裂缝以及晶间孔,喉道类型包括孔隙缩小型、缩颈型、片状、片弯状以及管束状喉道。在油水饱和度实验分析和压汞基础参数分析基础上,将砂岩和砾岩储层根据分形维数对孔隙结构综合定量划分为Ⅰ—Ⅲ类,砾质储层产能相对砂质储层更好。     

Pore Structure and Permeability Characterization of High‐rank Coal Reservoirs: A Case of the Bide‐Santang Basin,Western Guizhou,South China

The methods of nuclear magnetic resonance(NMR)spectroscopy,mercury injection porosimetry(MIP),and gas-water relative permeability(GWRP)were used to reveal the pore structure and permeability characteristics of high-rank coal reservoirs in the Bide-Santang basin,western Guizhou,South China,to provide guidance for coalbed methane(CBM)exploration and exploitation and obtain direct insights for the development of CBM wells.The results indicate that the coal reservoirs in the study area are characterized by well-developed adsorption pores and poorly developed seepage pores.The bimodal NMR transverse relaxation time(T2)spectra and the mutation in the fractal characteristic of the MIP pore volume indicate poor connectivity between the adsorption pores and the seepage pores.As a result,the effective porosity is relatively low,with an average of 1.70%.The irreducible water saturation of the coal reservoir is relatively high,with an average of 66%,leading to a low gas relative permeability under irreducible water saturation.This is the main reason for the low recovery of high-rank CBM reservoirs,and effective enhanced CBM recovery technology urgently is needed.As a nondestructive and less time-consuming technique,the NMR is a promising method to quantitatively characterize the pores and fractures of coals.     

新疆库拜煤田铁列克矿区地应力分布及其对煤层气开发的影响

地应力、煤储层渗透率和煤储层压力等是影响煤层气开发的重要因素。通过分析新疆库拜煤田铁列克矿区注入/压降试井及原地应力测试数据,结合铁列克矿区煤层气井日产气量分析,研究了新疆库拜煤田铁列克矿区地应力变化规律及其对煤层气开发的影响,分析了铁西矿区和铁东矿区煤储层地应力特征及其对煤储层物性的影响。结果表明:(1)地应力状态在垂向上发生变化,埋深处于550~650 m、650~850 m和850~1 200 m时,地应力状态类型依次为σ_H>σ_v>σ_h、σ_H≈σ_v>σ_h和σ_v>σ_H>σ_h;(2)埋深850 m处既是垂直主应力和最大水平主应力的转换点也是渗透率趋势变化点,指示了地应力对渗透率的控制作用;(3)渗透率和煤储层压力与地应力分别呈负相关和正相关关系;(4)地应力对产能的负效应大于地应力对产能的正效应,使典型日产气量随着地应力的增大而减小;(5)铁西矿区和铁东矿区中部煤储层碎粒煤较发育、吸附孔体积和含气量均较大,是煤层气开发的有利区带。研究成果可为库拜煤田下一步煤层气开发提供理论指导。     

鄂尔多斯盆地延安地区马五段上组合细粒白云岩储层特征及有利储层控制因素

针对鄂尔多斯盆地延安地区马五段上组合（马五4至马五1亚段） 细粒致密白云岩储层天然气勘探取得新突破，展开对 低孔低渗白云岩储层特征及孔隙的成因研究。通过岩心观察、薄片分析及阴极发光等测试，结合岩石物性分析，明确了细 粒白云岩储层的储渗特征、有利储层的演化过程及控制因素。结合地球化学及地球物理数据分析认为，研究区马五段上组 合储层岩性主要包括含膏模白云岩、细晶白云岩和岩溶角砾岩等，储集空间以膏模溶孔、晶间（溶） 孔、非选择性角砾间 溶蚀孔洞为主，局部裂缝发育，属低孔低渗孔隙型储集层；位于高古地势、经多期岩溶（准同生期、表生期和埋藏期岩 溶） 叠加改造的膏晶模云坪是研究区细粒白云岩有利储层的主要分布区。     

沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩气储层特征

页岩储层特征是进行页岩气储集能力评价的基础内容。为探究高演化阶段煤系页岩气储层性质和优选有利储层,运用岩石热解、X射线衍射、扫描电子显微镜、高压压汞、低温N₂和CO₂气体吸附多种实验方法,对沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩岩心样品进行储层特征研究。结果表明:沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩,有机碳含量较高(TOC平均为4.9%),处于过成熟阶段(R_ran平均为2.32%),黏土矿物质量分数较高(平均为50.0%),具有低孔低渗的特征(孔隙率平均为6.61%,渗透率平均为0.006 3×10–3μm2),孔隙类型以粒间孔、粒内孔和微裂缝为主,微米–纳米级孔隙为页岩气的赋存提供了储集空间;孔隙总孔容为0.025 5~0.051 7 mL/g,平均0.038 9 mL/g,总比表面积为12.64~40.98 m2/g,平均28.43 m2/g,微孔(<2 nm)、介孔(2~50 nm)的孔容与比表面积呈良好的正相关性,宏孔(>50 nm)孔容与比表面积则相关性不明显,表明微孔和介孔是阳泉区块煤系页岩气储集的主要载体。总体来说,阳泉区块上古生界煤系页岩具有较好的页岩气储集性能,但页岩储层可压裂性较差,影响页岩气的开发。      

三角洲平原砂岩差异成岩及其对储层分类的控制作用——以鄂尔多斯盆地西南部殷家城地区延安组为例

成岩作用直接影响储层的孔隙演化,控制储层物性及含油性,厘清储层的差异成岩作用及其与油气充注的序列对油气勘探具有重要意义。通过岩芯观察和各类薄片显微镜下鉴定统计,综合X衍射、荧光、物性和压汞等多种测试手段,对殷家城—合道地区延安组三角洲平原砂岩差异成岩演化及其对储层分类的控制作用进行研究。结果显示:原始沉积和成岩流体的差异性是储层差异成岩的主要原因,不同成岩相和储层类型与试油产量均具有较好的对应关系。分流河道中—粗粒砂岩原始孔隙度大,酸性溶蚀作用较强,粒模孔和喉道发育,孔喉连通性好,为大孔喉中孔中高渗储层,多见工业油流井,为Ⅰ类储层;分流河道中—细粒砂岩成岩演化较为缓慢均一,酸性溶蚀产生大量散点状溶孔,孔喉连通性差,为与Ⅰ类储层主要区别,孔隙度相当但渗透率较小,为小中孔喉、中孔中低渗储层,多见低产油流井,为Ⅱ类储层;天然堤含泥细—粉砂岩压实作用强烈,云母弯曲变形,为主要减孔因素,根据方解石含量可将其进一步分为两类,一类无明显方解石胶结,为特小孔喉、低孔特低渗储层,多产水,另一类发育强烈压实作用的同时见大量方解石胶结,为致密无效储层,多为干层,二者均划分为Ⅲ类储层。各类储层的空间分布与单井试油产量间具有较好对应关系,可为下一步储层甜点的预测提供理论支撑。     

渤海湾盆地垦利L油田古近系沙三上段优质储层物性控制因素

为明确渤海湾盆地莱州湾凹陷垦利L油田古近系沙三上段储层物性特征及影响因素,综合利用铸体薄片、扫描电镜、X衍射、孔渗测试、地层测试等多种分析测试手段,结合区域构造背景、沉积体系等相关研究成果,探讨了沙三上段储层物性控制因素,并在油田注水开发中开展了应用。研究结果表明：沙三上段储层平均孔隙度为28.9%,平均渗透率为762.7×10^-3 μm²,属于高孔高渗储层,储集空间以原生粒间孔为主,可见次生粒间孔和铸模孔,微裂缝发育;微裂缝平均宽度为180 μm,微裂缝的存在提供了高效渗流通道,使地层孔渗测试结果明显优于岩心测试数据;优质储层的分布主要受体系域、断裂活动和埋藏作用的影响,水进体系域厚层净砂岩是形成优质储层的物质基础,微裂缝发育提高了渗流能力,快速埋藏减缓了储层孔隙水的排出和储层物性的降低。根据优质储层发育特征及生产动态资料,优化水井分层配注,降低平面及纵向上水驱不均,实现了油田均衡驱替。     

CO2注入对煤储层应力应变与渗透率影响的实验研究

以沁水盆地成庄矿煤样为研究对象,利用实验室自主研发的CO₂注入与煤层气强化开采实验模拟装置进行不同有效应力和CO₂吸附压力下的煤岩渗透率测试。实验结果表明,煤岩的裂隙压缩系数受到CO₂吸附的影响,初始状态下、亚临界CO₂吸附和超临界CO₂吸附煤样裂隙压缩系数分别为0.066、0.086和0.089。引起裂隙压缩系数改变的原因主要有两方面:CO₂和煤中矿物反应提高了煤基质的不连续性;CO₂软化了煤基质同时降低了煤岩的力学性质。利用考虑吸附应变以及内部膨胀系数的渗透率模型对实测渗透率进行拟合,发现有效应力和内部膨胀系数成正比。CO₂吸附压力和有效应力的增大均提高了煤岩的内部膨胀系数,这影响了煤岩孔裂隙的开度,降低了煤储层的渗透率,并最终降低CO₂在煤储层中的可注性。      

石臼坨凸起东段围区沙一二段古物源恢复及其对储层的控制

物源区原始剥蚀地貌的恢复以及与砂体、优质储层之间的关系是源－汇系统分析中非常重要的部分.利用钻井、三维地震以及分析化验等资料,恢复了石臼坨凸起东段围区沙一二段储层的古物源分布,并探讨了古物源对储层的影响.结果表明:（1）研究区沙一二段发育近源扇三角洲砂砾岩储层,东部古物源的母岩类型为白垩系中酸性火成岩,西部古物源的母岩类型为中生界碎屑岩夹薄层中酸性火成岩,均非现今残留的基岩分布.（2）受母岩差异的影响,东部火成岩的母岩剥蚀后更容易形成规模较大的砂砾岩体.（3）受物源区母岩和沉积区储层成岩作用差异的共同影响,东部储层中中酸性火成岩岩屑和砾石等易溶组分含量高,粒度较粗,以碳酸盐胶结为主,在成岩过程中,中酸性火成岩砾石、岩屑易遭受强烈溶蚀作用,次生孔隙发育,但受碳酸盐矿物进一步强烈的胶结,储层物性呈低孔低渗特点;西部储层中变质岩岩屑和石英等难溶组分含量高,填隙物以粘土类为主,原生孔隙发育,储层物性呈中高孔高渗的特点.