基于压力衰减法的页岩气体扩散系数应力敏感性实验

页岩气衰竭式开采过程中储层有效应力逐渐增大，且气体产出是跨越解吸、扩散和渗流的多尺度传质行为，其中扩散是沟通解吸和渗流的桥梁，但以往研究尚未对气体扩散能力的有效应力响应特征给予足够重视。为此，选用四川盆地南部地区(以下简称川南地区)志留系龙马溪组页岩样品，设计并开展了不同有效应力下的压力衰减实验，揭示有效应力变化对气体扩散能力的响应机制，提出页岩基块应力敏感指数(IS_SGD)，以定量表征基于气体扩散能力的页岩基块应力敏感性。研究结果表明：(1)气体扩散量随有效应力增加而降低，且变化前期快、后期慢；(2)随有效应力增加，大于50 nm孔缝气体扩散时间缩短；(3)基块岩样IS_SGD为25.68%，应力敏感程度为中等偏弱，而裂缝岩样则表现出更强的应力敏感性。结论认为，随着有效应力增加，页岩基质孔隙中扩散系数降低，但微裂缝中原先以黏性流、滑脱流为主的流动通道被压缩，气体流动方式逐渐以扩散为主，气体扩散系数增大，但总体输运能力仍明显降低，因此推荐川南地区页岩储层有效应力维持在17～30 MPa，有助于基块向裂缝稳定供气。     

粘土矿物产状和微结构对地层损害的影响

对１２０块岩样ＸＲＤ、ＳＥＭ分析结果表明,下二门油田纵向粘土矿物演化规律明显,浅、上层系以蒙皂石—高岭石组合为主,中、下层系为绿泥石—高岭石—伊／蒙间层组合,深层系为绿泥石—伊利石组合。发育七种粘土微结构类型,地层微粒的稳定性由占主导地位的微结构类型决定。微结构稳定性序列为层流状＞绒球状＞畴状＞叠片支架状＞絮团状＞蜂窝状＞支架状。预测碱敏、水敏、盐敏和出砂是最严重的地层损害方式。     

富有机质页岩高温热激增渗效果实验评价方法

高温热激可有效缓解致密型油气层钻完井及水力压裂过程中造成的水相圈闭损害,并因诱发岩石破裂而一定程度地增加储层渗透率。然而目前关于高温热激岩样的预处理、实验程序及评价指标等方面尚未取得共识。以四川盆地志留系龙马溪组页岩储层为研究对象,建立了高温热激增渗效果评价实验流程,分别考虑干燥岩样和含水岩样的情况,开展了5℃/min递增温度的高温热激实验,并采用阈值温度、4 MPa围压下及原地应力条件下渗透率的增渗倍数等指标,评定了页岩储层的高温热激增渗潜力。实验结果显示:干燥页岩的阈值温度为650~700℃,含水页岩呈现2个阈值温度,低值为100~150℃,高值为450~500℃;高温热激后原地有效应力下,干燥页岩样增渗倍数为1.5~10.0,含水页岩样增渗倍数可达20~50。研究表明:在页岩气藏水平井+分段水力压裂开发背景下,适合应用高温热激增渗法解除水相圈闭损害并可大幅度改善气井生产行为,所推荐的实验方法和评价指标有助于客观评定页岩储层的热激增渗潜力。     

提高地层承压能力研究新进展

地层承压能力是地层结构完整性和强度、工作液性质及其二者相互作用的综合反映.分析了影响地层承压能力的地质和工程因素,并从物理、化学、力学的角度讨论了提高地层承压能力的方法,评述了各种方法在不同作业中的适用性,举例说明了典型方法的成功应用.研究指出,强化井周应力和提高裂缝延伸压力是强化地层承压能力的主要途径,维持裂缝系统稳定性是地层强化后承压能力持续有效的必要保证.建议开展多尺度结构地层承压能力评价方法及预测理论研究,研制高性能封堵材料,大幅度提高岩体结构强度.     

强应力敏感裂缝性致密砂岩屏蔽暂堵钻井完井液

传统的保护裂缝性储层的钻井完井液设计以裂缝的静态宽度为依据,极少关注由应力敏感性引发的裂缝动态宽度变化行为,导致暂堵材料粒径小于储层动态缝宽,无法有效控制漏失而严重损害储层。以泌阳凹陷深层典型致密砂岩储层为研究对象,基于岩心观察和测井资料获取静态缝宽,并开展应力敏感实验,研究应力变化对静态缝宽的影响;通过有限元法模拟确定应力扰动下动态缝宽变化,进而优选屏蔽暂堵钻井完井液配方。实验表明,根据动态缝宽优选的屏蔽暂堵完井液封堵时间不超过5 min,返排恢复率达80%,滤饼承压能力达15 MPa,高质量滤饼可以快速封堵裂缝,有效预防井漏发生。钻井作业过程中储层保护试验成功与失败的案例说明,强应力敏感裂缝性储层保护必须考虑动态缝宽参数,且暂堵粒子粒径上限应随着钻井完井液密度的增加而适度放大,才能覆盖最大动态缝宽范围。      

压裂液浸润对页岩储层应力敏感性的影响

页岩储层微裂缝发育,粘土矿物丰富,潜在较强应力敏感性。页岩储层压裂液返排率低,滞留在储层中的压裂液的浸润作用可能使页岩储层应力敏感行为复杂化,从而影响增产改造效果。选取四川盆地南部志留系龙马溪组出露的富有机质页岩,开展支撑与无支撑裂缝的干岩样、压裂液滤液浸润岩样的渗透率随有效应力变化实验。实验结果表明,页岩应力敏感性由强到弱依次为压裂液浸润无支撑裂缝岩样、无支撑裂缝干岩样、支撑裂缝干岩样、压裂液滤液浸润的支撑裂缝岩样。分析认为,压裂液与页岩的物理化学作用会降低页岩裂缝表面强度,使页岩微裂缝更易压缩闭合,强化了页岩的应力敏感性;支撑剂的有效支撑能够减弱页岩的应力敏感性。通过控制压裂液滤失、促进滤液返排、优化支撑剂铺置方式以及确定合理生产压差可有效保护页岩储层。     

致密煤岩气藏压裂液损害实验评价

致密煤岩气藏必须采取增产改造措施才能获得经济产量。部分煤层气井在压裂施工后,未达到理想产量,主要原因之一是压裂液对储层的损害。国内外开展压裂液对煤岩储层损害评价时,多采用煤粉压制的人造岩心,不能真实反映煤岩储层天然结构特性。文中以宁武盆地致密煤岩为研究对象,钻取柱状煤岩样品,开展了盐敏和压裂液损害评价实验。盐敏实验确定实验用KCl溶液的质量分数为1%。压裂液损害实验表明,活性水压裂液、清洁压裂液A、离子平衡压裂液的平均损害程度分别为46.61%,39.12%,85.42%,煤样与这3种压裂液作用后接触角减小、亲水性增强、压裂液返排困难;而弱酸性清洁压裂液B使煤样渗透率平均提高了46.57%,亲水性减弱。综合分析认为,损害煤岩储层的主要机理是亲水性压裂液吸附导致的煤岩基质膨胀。该研究方法及获得的认识对致密煤岩气藏压裂液设计具有借鉴意义。     

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用断裂力学有限元法,建立了裂缝宽度预测的有限元模型,研究了川西守向井致密气层中裂缝宽度,裂缝长度及裂周围应力变化与液柱压力的关系,用弹塑性断裂力学有限元法来确定裂缝的宽度以及裂缝尖端处的应力强度因子,同时研究裂缝周围的应力变化,目的是通过大量的计算机模拟,找出裂缝宽度变化与井筒压力的关系,最终建立工度与井筒压力,地层岩石力学特性参数及裂缝长度的预测模型,结果表明,同一井筒压力作用下,总能找到某一临界缝长度,使得应力强度因子达到最大,超过这一临界裂缝长度时,裂缝的开裂能力减弱,要使缝继续扩展,则必须提高应力强度因子,文章研究方法为预测裂缝宽度,裂缝走向提供了理论数据。     

塔里木盆地东河塘构造石炭系东河砂岩储层碱敏损害机理

钻采过程中，进入地层的流体与储集层敏感性组分不配伍常常导致地层损害。塔里木盆地东河塘油田下石炭系东河砂岩储层与高ＰＨ值工作液的相互作用也是如此。采集该储层岩样品２００余块，进行岩相学分析和敏感性实验表明：ＰＨ值越高，地层损害程度越大；而高ＰＨ值的工作液不仅引起粘土矿物的分散、运移，而且还导致部分矿物的溶解和新矿物的沉淀，使渗透率大幅度下降；同时，碱敏损害程度亦与盐度和流速有关。     

排采降压诱发煤层剪切破坏机理与防控对策

煤层压力衰减会导致煤岩体剪切破坏,诱发井壁失稳、套管损坏和出煤粉等井下复杂事故。为预防煤层破坏,以沁水盆地南部二叠系山西组3号煤层为研究对象,基于单轴应变模型分析了排采降压过程中的煤层应力路径及其破坏行为,明确了煤层破坏影响因素,并提出了控制井底流压和CO_2-ECBM相结合的防控技术对策。结果表明:煤层水平有效应力在排水阶段随孔隙压力的降低而线性增大,但在解吸阶段却随孔隙压力的降低而非线性减小,气体解吸能够加速煤层剪切破坏;煤层初始水平应力越小,垂向应力、初始孔隙压力、临界解吸压力越大,气体吸附效应越强,煤岩体弹性模量、泊松比越大,单轴抗压强度越低,则煤层临界破坏孔隙压力就越大;煤层破坏前转注CO_2既能有效避免煤层破坏,也可提高煤层气采收率,不失为CO_2-ECBM的良好作业时机。