致密砂岩储层水相圈闭损害及防治方法探索

致密砂岩气藏孔喉细微、毛管压力高、局部超低含水饱和度,极易发生水相圈闭损害,降低气井产能。利用相圈闭系数法评价了鄂尔多斯盆地M气田上石盒子组水相圈闭损害程度,通过展开毛管自吸、液相滞留评价实验分析了损害发生的原因,利用界面润湿性修饰处理剂FW-134开展了损害预防及解除研究。结果表明,上石盒子组储层潜在强水相圈闭损害;物性相对较好的盒2+3段储层水相自吸能力较盒1段强,液相平均返排率10%数47%,滤液返排率22.4%数32.3%,物性好的储层返排率相对较高;润湿性修饰为气润湿能有效抑制液相自吸,液相返排率由56.3%提高到了83.4%,使气测渗透率恢复程度由66.1%提高至88.2%。利用界面修饰处理剂使岩石润湿性由水湿变为气润湿,是有效预防和缓解致密气藏水相圈闭损害发生的重要途径,对恢复气井产能具有重要意义。     

页岩气藏自然返排缓解水相圈闭损害实验研究

水平井分段压裂是页岩气藏开发的主要技术手段。然而,页岩纳米孔与微裂缝的毛管自吸作用往往导致压裂液返排困难,滞留压裂液对页岩气解吸—扩散—渗流过程潜在损害严重。为深化页岩气藏压裂液返排与及其水相圈闭损害动态变化的认识,利用川东龙马溪组页岩样品,在岩心柱尺度上实验模拟增产改造时压裂液自吸—返排过程,讨论了孔隙结构、裂缝发育情况、返排压差及时间影响自吸—返排效果的机理。结果表明:孔隙半径越小,毛管力越大,页岩自吸速率越大,水相返排效果越差;自吸诱发页岩产生裂缝,增大了气相渗流通道,促进了滞留水相返排;返排压差、返排时间与水相返排效果呈正相关关系,在返排压差0.2MPa和1.0MPa条件下先后各返排12h,水相最大返排率约为46%,最大渗透率恢复率约为67%。分析表明:页岩气藏潜在水相圈闭损害严重,滞留水相的返排有利于增强页岩气渗流能力。     

致密砂岩气藏负压差水相圈闭损害过程模拟

致密砂岩气藏具有低孔低渗透、高毛管压力、天然裂缝发育和超低含水饱和度等工程地质特征,存在明显的毛管自吸现象,即使在负压差条件下,毛管压力也会使水相逆流自吸进入储层,引起水相圈闭损害。选用鄂尔多斯盆地典型致密砂岩气藏相对低渗透(渗透率小于0.2×10~(-3)μm~2)、相对中渗透(渗透率为0.2×10~(-3)~0.5×10~(-3)μm~2)和相对高渗透(大于0.5×10~(-3)μm~2)的3类致密砂岩岩样,开展水相毛管逆流自吸实验和气驱水返排实验,模拟负压差条件下水相圈闭损害发生过程,探讨水相逆流自吸对气相渗透率的影响,评价负压差条件下水相圈闭损害程度。实验结果表明:负压差下水相逆流自吸对气相渗透率的损害呈现由岩样物性控制的阶跃式变化特征。同一负压差下,3类岩样气相渗透率损害率为26.5%~34.9%,平均损害率为29.8%;负压差越小,对毛管压力的克服作用越弱,毛管自吸越明显,水相进入岩心位置越深,引起的水相圈闭损害越严重。因此,在欠平衡钻井、完井和开发过程中,确定生产压差时应综合考虑安全作业、储层水相返排等因素。     

页岩气藏水相圈闭损害实验研究及控制对策 ——以四川盆地东部龙马溪组露头页岩为例

水平井分段水力压裂是开发页岩气藏的主要技术,但多数页岩气井压裂后压裂液返排率仅为10%~50%,潜在水相圈闭损害严重,需加大对页岩气藏水相圈闭损害的认识。以四川盆地东部龙马溪组露头页岩为研究对象,模拟压裂作业过程,利用裂缝和基质岩样开展了压裂液滤失与自吸实验,观察了页岩水相返排现象,评价了水相圈闭损害程度。实验结果表明:压裂液滤失与自吸作用将使基质含水饱和度显著增加,且在气藏压力下返排困难,从而引起基质渗透率、扩散系数以及气体压力传递能力大幅下降。分析认为,纳米孔隙发育、亲水性粘土矿物含量高以及超低含水饱和度现象普遍存在是页岩气藏水相圈闭损害严重的主因;加强返排机理研究,选择合适的表面活性剂,并采用非水基压裂液和高温热处理技术是解除或缓解水相圈闭损害的根本途径,也是页岩气井增产改造的重要发展方向。     

润湿性改变对压裂液返排的影响

压裂破胶液长期滞留会对储层造成二次伤害。受储层物性和地层水影响,单纯通过添加表面活性剂的手段,难以保证持久的低界面张力,达不到高效、快速返排的目的。介绍了一种“双疏表面”润湿处理剂FCS,采用测量固液界面接触角的方法,评价“双疏表面”的润湿性;通过对致密砂岩驱替,计算渗透率损害率,评价“双疏表面”的形成对压裂液返排效率的影响。实验结果表明,经过FCS 处理的致密砂岩表面,形成了一层致密的分子膜,使岩石表面变成“双疏”表面,油、水固液接触角均大于90°。对比岩心驱替结果,经“双疏”处理后的岩心破胶液伤害率为18.3%,低于单纯添加助排剂的液相伤害率。固液界面接触角和岩心驱替结果证明,改变岩石表面的润湿性,使之成为“双疏表面”,不仅是一种促进压裂破胶液高效返排的行之有效的途径,也有助于后续驱替洗油,提高“三次采油”的采收率。      

低渗储层新型防水锁剂试验研究

对于低孔低渗储层,在开采过程中大量侵入水滞留在地层中,严重污染地层,堵塞了气相渗流的通道,使气相渗流能力变差。研制出一种具有氟碳结构的新型表面活性剂ST作为预防和解除低渗储层水锁伤害的主处理剂,其中氟原子代替氢原子即氟碳链代替了碳氢链,其非极性基有疏水性质。利用表面活性剂和醇类的协同作用,合成了ST+醇类的新型防水锁剂体系SCJ。该体系能降低表面张力,改变储层润湿性,从而有效解除水锁伤害。试验表明,防水锁剂体系SCJ使岩石的润湿性从液湿变为中性润湿,处理后的岩石自吸液量明显降低,由处理前的66.89%下降到36.85%,可降低近井地带含水饱和度,有效提高气相渗透率,再次受到水锁伤害后对气体渗透率影响甚微,表明其处理具有长效性。     

致密气藏岩石毛细管自吸特征研究

致密气藏岩石具有孔喉细小、毛细管压力高、水相圈闭损害严重等特征.为此,利用岩心夹持器、摄像头、计量管组装了岩心自吸损害评价装置,利用该装置研究了大邑地区须家河组岩石的自吸特征,并进一步研究了岩石气相渗透率与含水饱和度之间的关系.结果表明,研制的岩心自吸评价装置能有效用于评价储层岩样的自吸特征;致密气藏的自吸速率随渗透率增加而增加,拐点的含水饱和度也随之增加;致密气藏储层毛管自吸效应是产生水相圈闭损害的重要方式,同一渗透率级别的岩样自吸拐点和气相渗透率为零点的含水饱和度区间基本一致.     

考虑应力作用的煤岩水相自吸实验研究

我国煤层气储层渗透率普遍偏低,为达到合理产能需进行压裂改造。煤层气储层裂隙发育导致压裂液滤失严重,强吸附能力使流体得不到有效返排,造成储层损害降低了渗流能力,大大削弱了增产改造的效果。开展了煤岩水相自吸实验,系统研究了煤岩水相自吸特性及应力状态的影响。结果表明,煤样渗透率越高自吸速率越大,自吸曲线可以分为自吸和扩散吸附2段,考虑应力作用自吸速率降低近一个数量级,揭示了煤岩物性和应力条件是煤岩水相自吸的影响因素。通过煤吸附水机理和煤岩孔隙结构分析指出,煤表面与水的相互作用和毛细管压力决定了水的自吸特性。研究获得的认识对煤岩气藏水相圈闭评价、压裂方式优选和压裂液设计具有借鉴意义。     

声波振动与岩石表面润湿性

通过水与岩石表面接触角的测定、声被驱油实验和理论分析,研究考察了声波振动对原油─岩石、水─岩石界面特性的影响,从界面化学角度对岩石表面的润湿性和声波驱油机理进行了探索。结果表明:经原油浸泡后,由于原油中极性化合物(胶质、沥青质等)在岩石表面的吸附,岩石表面由水相润湿为主转变为油相润湿为主;无论岩石表面以水相润湿为主还是油相润湿为主,在水浸泡过程中,声波振动可促进其表面亲油性减弱和亲水性增强,毛细管阻力降低;伴随着岩石表面润湿性的改变,原油对岩石表面的粘附功明显降低;减弱了原油与岩石表面间的粘滞力,使原油更易于从岩石表面上剥离,提高原油采收率;岩石的渗透率越低,声波振动作用越显着。     

钻井完井液对煤层气解吸—扩散—渗流过程的影响——以宁武盆地9号煤层为例

煤层气以吸附气为主,解吸-扩散-渗流过程共同控制着煤层气的产量,仅采用基于达西定律的渗透率的方法来评价煤层气储层损害有待完善。为此,基于煤岩储层微观结构特征和煤层气运移产出机理,以宁武盆地9号煤层和现场用钻井完井液为研究对象,开展了煤层气解吸、毛细管自吸和钻井完井液动—静态损害评价等实验,并采用微观手段分析了钻井完井液影响煤层气解吸—扩散—渗流过程的机理。结果表明:钻井完井液作用后煤样与平衡水煤样、饱和水煤样相比,煤层气解吸量和扩散系数降低;与地层水相比,煤岩对钻井完井液的自吸能力强且吸附滞留严重,导致气相返排率偏低;钻井完井液滤液损害是造成煤层渗透率下降的主要原因。结合红外光谱、润湿角测定和扫描电镜分析结果,得出认识:钻井完井液滤液通过改变煤的结构、润湿性和孔隙连通性,进而影响到了煤储层气体的运移行为。     

The adsorption properties of a novel ether nanofluid for gas wetting of tight sandstone reservoir

At present, the most effective means of releasing the ‘water blocking damage’ in the near-well zone is to change the wettability of the rock surface from liquid wetting to gas wetting. Previous studies were limited to rock wettability and liquid phase relative seepage capacity changes, while systematic study on the adsorption properties of chemical agents on rock surfaces was relatively insufficient. In this paper, the wettability of the reservoir rock, the core taken from the tight sandstone of the 105X well in Dibei, was modified to gas wetting using the ether surfactant nano-solution CNDAD1#, and the static and dynamic macroscopic adsorption properties, microscopic adsorption properties, improvement in liquid phase percolation capacity and erosion resistance was systematically evaluated. The results show that the CNDAD1# nano-solution changes the sandstone wettability from liquid wetting to gas wetting. Chemical has a good static adsorption and dynamic adsorption on the surface of rock. SEM microscopic imaging and EDX elemental analysis shows the nano-solution of ether surfactant has good micro-adsorption properties on the surface of rock powder, and the surface roughness of sandstone is invariable, which makes its different from the principle of fluorine-containing gas wetting agent.     

表面活性剂对低渗透油藏渗吸敏感因素的影响

界面张力和岩石润湿性是影响毛细管压力大小的决定性因素,因此研究表面活性剂对这两个因素的影响,可以充分发挥渗吸作用、提高低渗透油田原油的渗吸采收率。利用7块不同渗透率的亲水人造岩心,通过渗吸试验、旋滴法和动态接触角法研究了表面活性剂对油水界面张力、水湿表面润湿性、毛细管压力以及渗吸采收率的影响。试验结果发现:随着表面活性剂RS-1质量分数的增大,油水界面张力先有较大幅度降低后略有升高,最后趋于平稳;表面活性剂具有很强的改变水湿表面润湿性的能力,且能降低毛细管压力、提高渗吸采收率。研究结果表明:表面活性剂降低界面张力效果明显,并且复配表面活性剂降低界面张力的效果比单一活性剂好,岩样渗吸采收率与油水界面张力和毛细管压力的对数呈线性负相关关系。      

气润湿反转提高采收率实验研究

注气开采是三次采油的一种重要开发方式,在气驱水的过程中,气润湿反转可以使毛细管压力由气驱阻力变为动力,从而提高气驱油效率.用N2和CO2做气驱水实验,研究气润湿反转对提高采收率的影响.实验所用岩心为长庆油田的低渗透率岩心,所用气润湿反转剂属阳离子型氟化物.对气润湿反转前后的岩心做气驱水实验,绘出气润湿反转前后水的采出程...     

Surfactant induced reservoir wettability alteration: Recent theoretical and experimental advances in enhanced oil recovery

Reservoir wettability plays an important role in various oil recovery processes.The origin and evolution of reservoir wettability were critically reviewed to better understand the complexity of wettability due to interactions in crude oil-brine-rock system,with introduction of different wetting states and their influence on fluid distribution in pore spaces.The effect of wettability on oil recovery of waterflooding was then summarized from past and recent research to emphasize the importance of wettability in oil displacement by brine.The mechanism of wettability alteration by different surfactants in both carbonate and sandstone reservoirs was analyzed,concerning their distinct surface chemistry,and different interaction patterns of surfactants with components on rock surface.Other concerns such as the combined effect of wettability alteration and interfacial tension (IFT) reduction on the imbibition process was also taken into account.Generally,surfactant induced wettability alteration for enhanced oil recovery is still in the stage of laboratory investigation.The successful application of this technique relies on a comprehensive survey of target reservoir conditions,and could be expected especially in low permeability fractured reservoirs and forced imbibition process.     

双疏性表面处理预防致密储层水相圈闭损害实验研究

传统的屏蔽暂堵技术不能有效防止致密储层中工作液的侵入,而以往靠降低界面张力排驱液相的方法效果短暂。在工作液中加入氟表面活性剂,增大润湿接触角,是一种降低毛管力减弱毛管自吸的新方法。润湿实验筛选出能将致密砂岩由液润湿改变为气润湿的氟表面活性剂。100℃下将岩心片浸泡在含所选氟活性剂的滤液中处理40 min,岩心片与滤液和水的接触角分别为120°和110°。毛管自吸、岩心流动实验表明,处理后岩心总吸水量降低了60%,自吸速率较处理前降低了40%～50%,驱替速率约是处理前的2倍。表明,氟活性剂能够有效改变储层岩心的润湿性,具有预防水相圈闭损害的应用潜力。     

微观孔隙结构对致密砂岩渗吸影响的试验研究

目前对于渗吸的研究多集中于润湿性和界面张力,微观孔隙结构作为影响自发渗吸的主要因素之一常被忽略。利用核磁共振技术对致密砂岩渗吸过程中的油水分布变化进行了研究,同时采用恒速压汞、氮气吸附、高压压汞等试验手段求取了平均孔喉比、比表面、孔隙尺寸等表征微观孔隙特征的参数,并在此基础上分析研究了微观孔隙结构对渗吸的影响。试验结果表明:在致密砂岩渗吸过程中,中等尺寸的孔隙采出程度最大;孔隙度与渗吸采收率相关性不大,而渗透率越大,储层品质越好,渗吸采收率越高;平均孔喉比和比表面均与渗吸采收率负相关,比表面越大,中小喉道分布越多,孔喉比越大,越不利于渗吸流体的吸入和非润湿相的排出;中等孔隙比例越大,渗吸采收率越高,而由于黏滞力的作用部分小孔隙无法进行有效的渗吸,小孔隙比例增大对于渗吸采收率的提高不利。因此,储渗性能较好、中等孔隙占比较高的致密砂岩储层更适宜采用渗吸采油。      

低渗透油藏裂缝动态渗吸机理实验研究

根据低渗透油藏裂缝与基质交渗流动的理论模型和物理模型,建立了裂缝与基质之间动态渗吸的实验方法并就裂缝内驱替速度、油水黏度比、润湿性,初始含水饱和度等参数对动态渗吸效果的影响进行了实验研究.对于低渗透裂缝性油藏,在压力梯度作用下水在裂缝内流动,同时由于毛细管力作用水渗吸到基质内,渗吸到基质中的水将油替换出来渗流到裂缝中,注入水再将裂缝中的油驱替到出口端,这就是裂缝与基质之间的交渗流动.动态渗吸实验结果表明:在本实验条件下,存在一个最佳驱替速度(3.0 mL/h),渗吸效率最高为35.5%;在一定的驱替速度范围内,由干毛细管力与黏性力的共同作用,渗吸效果最好.亲水岩心的动态渗吸效果最好.油水黏度比越小,动态渗吸效果越好.初始含水饱和度越高,毛细管力越小,动态渗吸效果越差.图6参20     

润湿性反转剂的微观渗流机理

为了研究润湿性反转剂对渗流过程的影响,对润湿性反转剂的微观渗流机理进行了研究。用接触角法和W ashburn法测定了固体表面的接触角,研究了润湿性反转剂对润湿性的影响;用界面张力仪测定了润湿性反转剂的油水界面张力,分析其降低油水界面张力的能力;并用微观刻蚀模型驱油试验研究了润湿性反转剂的微观渗流机理。试验结果表明:润湿性反转剂能改变表面的润湿性,使亲油表面变为亲水表面;润湿性反转剂有降低油水界面张力的能力,能使油水界面张力降低至10-1mN/m;润湿性反转剂使油膜剥离并形成油桥,使润湿性反转。该研究说明油水界面张力和润湿性都影响油水渗流特征,为进一步研究如何改善油水渗流过程奠定了基础。     

鄂尔多斯盆地裂缝性低渗透油藏渗吸驱油研究

裂缝性低渗透油藏储层岩性致密,裂缝发育,非均质性强,注水开发效果差,利用水的自发渗吸作用驱油是一种经济有效的开发手段。文中利用鄂尔多斯盆地延长油田西区采油厂的天然露头岩心,通过自发渗吸实验,研究了边界条件、润湿性、温度、原油黏度、界面张力及渗透率等因素对渗吸驱油作用的影响。实验结果表明:润湿性、黏度、界面张力及渗透率是影响渗吸驱油的主要因素,岩石越亲水,原油黏度越低,渗吸驱油效果越好。对于亲水岩心,渗透率相近时,界面张力为0.04 m N/m时渗吸效果最佳;岩石渗透率差异明显时,渗透率为2.94×10~(-3)μm~2时渗吸效果最佳。实验结果为鄂尔多斯盆地裂缝性低渗透油藏渗吸驱油提供了重要的指导作用。