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煤层气主要以吸附状态赋存在煤岩基质中，只有当储层压力降低后才可以从基质中解吸出来，煤岩裂隙或割理中多被水充满，而裂隙与割理是煤层中的主要运移通道，煤层气需要通过排水（裂隙或割理）降压（煤岩储层）方式才得以采出，故煤层气的产量受煤岩性质、压力水平和两相渗流特征等多种因素的影响。文章分析认为，影响煤层气井单井产量的主要因素包括煤岩渗透率、孔隙度、吸附能力、含气量、临界解吸压力、相对渗透率等；为提高煤层气井单井产量，必须通过洞穴完井、压裂改造或水平井等方式，改善井底渗流条件，有效地降低井底流压，扩大压力波及范围，增加有效解吸区，扩展两相渗流区范围。为实现煤层气的规模开发，必须深化认识储层特征，结合地质实际，选择合适的开发技术。     

压裂液与煤岩相互作用实验研究

煤层气通常需要借助压裂改造措施来实现经济开采,但常用压裂液与煤岩之间相互作用的规律仍不清楚,这不利于煤层的压裂液选择和压裂施工设计。文中通过开展压裂液(CO2压裂液、活性水)与煤岩相互作用实验,研究了不同压裂液对煤岩性质的影响规律。结果表明:煤岩经CO2压裂液浸泡后,其矿物组成发生变化,方解石质量分数显著降低,黄铁矿次之,石英、有机质及黏土矿物质量分数略微增加,伊利石和高岭石被轻微溶蚀,煤岩溶蚀孔隙数量增多,孔隙度和渗透率增大,抗压强度降低幅度为46.0%;煤岩经活性水浸泡后,其矿物组成基本不变,高岭石发生轻微水化膨胀,煤岩孔隙度及渗透率降低,抗压强度降低幅度为1.6%;CO2压裂液比活性水压裂液更有利于煤层气压裂改造。     

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。     

阜新组煤层气井用压裂液优选研究

由于煤层本身的特殊性,煤层气井的开发一般为压裂投产.在压裂过程中压裂液对煤层的伤害不同于其对常规油气藏储层的伤害.在煤层气井压裂过程中,压裂液与煤层接触所造成的渗透率的降低,一般是由煤基质的割理被堵塞及煤基质对液体的吸附所造成.通过测定5种类型的压裂液对辽河油田阜新组煤层的吸附速率、润湿接触角以及渗透率伤害程度等,优选出了最适宜的压裂液类型,提高了压裂处理的效果.     

煤岩储层渗透率动态变化模型

煤层气开采过程中,煤岩储层渗透率随压力降低不断变化。在考虑有效应力、基质收缩以及滑脱效应对渗透率影响的基础上,建立煤储层渗透率动态变化模型。研究结果表明：开采初期,储层压力降低,有效应力增大,渗透率降低;煤层气解吸,煤岩基质收缩,渗透率回弹;开采后期,有效应力与基质收缩的影响逐渐减弱,滑脱效应占主导地位,渗透率明显增加。     

和顺区块煤层气压裂工艺技术试验研究

由于煤层与普通油气藏的储层结构特点不同,导致各自水力压裂时的特点也极为不同。通过对煤储层各物性特征的研究,结合山西和顺区块的实际煤样,进行了煤层气井压裂液的基本性能测试试验和压裂液对煤心渗透率伤害试验等,为煤层气井压裂液的优化选择提供了理论依据和借鉴。最后运用煤层气井压裂设计的计算软件,结合和顺煤层气试验井的基本参数进行了压裂设计。现场试验表明,采用研究的压裂工艺技术对和顺15#煤层进行压裂改造7口井7层煤,施工成功率100%,有效率100%。     

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。     

促进致密煤岩储层快速脱气的压裂液优选

水力压裂是致密煤岩气井投产的重要完井技术之一,其中压裂液体系又是压裂技术的关键。针对煤岩储层低孔、低渗、孔喉细小、易被压裂液损害的特点,以及解吸-扩散-渗流的多尺度产气机理,运用损害评价仪和煤岩解吸附实验设备,对几种典型的压裂体系和添加剂进行评价,结果表明：１􀆰 ０％ＫＣｌ＋０􀆰 ６％微乳助排剂对水润接触角改变程度最小,更有利于排液,并且损害最小。现场试验表明,新型压裂液体系能够促进人造裂缝附近煤层气解吸,缩短排采时间６３ ｄ,达到快速脱气的效果;提高采气初期人造裂缝附近的煤层气渗透率提高煤层气的压裂效率,为煤层气压裂液研究提供了新的思路。     

沁南地区高煤阶煤储层水敏效应及其控制因素

在煤层气开发过程中,工作液与煤储层不匹配时会造成水敏效应,导致煤储层渗透率降低,影响煤层气井产能。对煤储层进行水敏效应评价并探讨其主控因素,对提高煤层气开发效率具有重要意义。沁南地区高煤阶煤储层具有低孔低渗透特征,常规水敏实验方法已不适用,因此研究提出了煤储层水敏评价的新方法,采用气测渗透率取代传统的水测渗透率来表征煤岩水敏损害程度,并对沁南地区典型煤岩样品进行了测试。结果表明:沁南地区煤储层水敏损害率介于弱敏感到中等偏强之间,且以弱敏感为主;制约水敏效应的因素有煤储层渗透率、粘土矿物含量和粘土矿物赋存方式;煤储层渗透率越低,粘土矿物含量越高,水敏损害率越大。煤储层中粘土矿物的赋存方式有2种:煤岩裂隙填充与煤岩基质中植物细胞腔填充,且粘土矿物填充于煤岩裂隙的水敏损害程度高于填充于煤岩基质的水敏损害程度。     

煤层压裂工艺技术初探

煤储层的机械性质及煤层气的形成、储集、运移、产出机理 ,均与常规油气储层不同 ,因而煤层气的压裂具有特殊性。本文针对煤粉的产生及危害、煤层压裂处理压力过高、压裂液对煤储层的危害、压裂液滤失的危害及控制等几方面原因对煤储层的特性进行了系统分析 ,提出了煤层压裂设计中应选择合适的压裂模型、适宜的压裂液及支撑剂。结合国内外煤层气勘探开发经验 ,对比分析了目前常用的压裂方法 (凝胶压裂、加砂水压裂、不加砂水压裂及泡沫压裂 )的压裂效果     

三塘湖盆地芦草沟组页岩自吸特征

页岩储集层压裂后,存在压裂液返排率低、产能差异大的特点,大量的压裂液长期滞留井下并被储集层自发吸入,对油气开发及有效动用具有很大影响。以页岩油可动性、页岩静态自吸和润湿性等多项实验为基础,通过页岩自吸压裂液驱油实验和恒压水驱油实验,认识到页岩独具的自吸特征。基于静态自吸实验,从页岩基本吸水物理现象入手,通过自吸饱和度和自吸速率2个自吸特征参数来反映页岩的自吸能力,分析现场压裂后生产排液曲线,认为室内实验结果对页岩压裂后生产排液有一定的预测作用。通过液—岩铺展性实验,分析了三塘湖盆地二叠系芦草沟组页岩润湿性特征及其对自吸能力和特征的影响,认识到页岩既有亲油性又具有亲水性的混合润湿特征,结合相关资料综合分析认为,页岩的自吸能力和特征主要受微观孔隙结构和润湿性的共同控制和影响。     

页岩油水平井压裂渗吸驱油数值模拟研究

为了提高压裂页岩油水平井产量预测精度、优化闷井时间及压裂液用量等参数,建立了一种考虑压裂液注入、闷井渗吸及开井生产的压裂页岩油水平井油水两相渗流数学模型,利用控制体积有限元法求其数值解,模拟了渗吸作用下基质–裂缝油水置换的过程,获得了油水压力场、速度场、产量及含水率的动态变化。分析了压裂渗吸驱油特征,优化了闷井时间和压裂液用量,并研究了基质渗透率和缝网复杂程度对渗吸驱油的影响。研究结果表明:毛细管力越大,闷井时间越长,则含水率越低,渗吸增产作用越明显;压裂液用量增加能够提高渗吸驱油产量,但同时会引起含水率升高,可通过含水率和产量增幅确定压裂液合理的用量;最优闷井时间受毛细管力、基质渗透率和缝网复杂程度的影响,其中毛细管力和基质渗透率决定了渗吸速度,而缝网复杂程度决定了渗吸面积。所建立的渗吸油水两相渗流模型可为页岩油水平井压裂优化设计提供依据。      

压裂液存留液对致密油储层渗吸替油效果的影响

统计长庆油田罗*区块2015年存地液量与油井一年累积产量的关系发现,存地液量越大,一年累积产量越高,与常规的返排率越高产量越高概念恰恰相反,可能与存地液的自发渗吸替油有关。核磁实验结果表明,渗吸替油不同于驱替作用,渗吸过程中小孔隙对采出程度贡献大,而驱替过程中大孔隙对采出程度贡献大,但从现场致密储层岩心孔隙度来看,储层驱替效果明显弱于渗吸效果。通过实验研究了影响自发渗吸效率因素,探索影响压裂液油水置换的关键影响因素,得出了最佳渗吸采出率及最大渗吸速度现场参数。结果表明,各参数对渗吸速度的影响顺序为:界面张力 > 渗透率 > 原油黏度 > 矿化度,岩心渗透率越大,渗吸采收率越大,但是增幅逐渐减小;原油黏度越小,渗吸采收率越大;渗吸液矿化度越大,渗吸采收率越大;当渗吸液中助排剂浓度在0.005%~5%,即界面张力在0.316~10.815 mN/m范围内时,浓度为0.5%（界面张力为0.869 mN/m）的渗吸液可以使渗吸采收率达到最大。静态渗吸结果表明:并不是界面张力越低,采收率越高,而是存在某一最佳界面张力,使地层中被绕流油的数量减少,渗吸采收率达到最高,为油田提高致密储层采收率提供实验指导。      

致密气储层流体赋存与气水共渗规律实验

致密气储层气水关系复杂，气井产能会随着气井见水而迅速降低。为明确致密气储层流体赋存与气水共渗规律，以定北区块和大牛地区块致密气储层为研究对象，采用渗吸、离心、核磁共振和气水驱替等实验方法，研究压裂过程中流体含量变化、动态分布以及生产过程中气水两相共渗规律。结果表明：在压裂过程中，致密气储层岩心对压裂液的自发渗吸先快后慢，流体先进入较小孔隙中，流体分布随渗吸时间增大而更加集中。在返排过程中，较大孔隙中的流体在返排时优先排出，存在可动流体向束缚流体的转变。同时还分析了储层物性参数与流体赋存的关系，渗吸量、返排率与岩石物性存在正相关关系。定北区块气水相渗曲线束缚水饱和度大，共渗区小，在生产过程中储层内气水两相干扰严重，见水后气相相对渗透率迅速降低。     

页岩气藏水相损害评价与尺度性

页岩气藏基质储渗空间为纳米尺度,超低含水饱和度,高黏土矿物含量,发育微裂缝,需经压裂改造投产,气体产出是一个多尺度、多种传质过程,但压裂液易产生滞留,影响气体产出。页岩渗透率为纳达西级,难以利用测量损害前后渗透率的传统方法评价页岩气层损害。采用四川露头页岩岩样和4种滑溜水压裂液体系,利用压力衰减法,结合水相渗吸实验和气驱水返排实验,评价了压裂液滤液对岩心尺度的损害程度,分析了页岩气藏工作液损害评价的指标,认为传统渗透能力恢复率或渗透率恢复率不能作为页岩气层损害评价的唯一指标。基于评价结果,结合目前部分压裂液返排率低的气井产量反而比较高的非常规现象分析,指出页岩压裂液诱发水相圈闭损害是一个动态过程,具有尺度性,在评价过程还要考虑滞留压裂液对气体传递的积极作用,压裂液作用及返排制度是未来5~10年值得研究的重点问题。     

川南地区龙马溪组页岩润湿性分析及影响讨论

国内外大部分学者研究认为泥页岩表面润湿性为水湿,而页岩气藏中页岩岩石存在有机质影响,页岩表面润湿性表现比较复杂,因此选择四川盆地龙马溪组野外露头及井下岩心进行分析,通过开展一系列实验,研究分析了龙马溪组页岩润湿性,并从3个方面初步探索讨论了润湿性对页岩气藏的影响。研究结果表明龙马溪组页岩表面既亲油又亲水,且页岩表面更倾向于油湿,页岩岩石孔隙表面处润湿性存在差异,出现非均匀润湿性即斑状润湿|页岩自吸吸水率、吸油率随时间增加而先上升后趋于稳定,页岩自吸吸水率大于自吸吸油率|页岩浸泡在水中水化应力随着时间增加而先呈上升后趋于稳定,而先浸泡白油后浸泡水中水化应力上升速度减慢|页岩硬度随浸泡时间增加、浸泡温度升高以及浸泡压力增大而呈下降趋势,其中浸泡白油中硬度下降幅度较小,而浸泡水中硬度下降幅度较大|页岩表面吸附特性与表面自由能有关,表面自由能随水接触角减小而增大,同时页岩表面亲油对气态烃有较强吸附能力|页岩表面亲水性易造成水锁,而表面亲油性可减轻水锁伤害,页岩气藏水锁伤害评价应考虑页岩表面既亲油又亲水特性影响|油基钻井液对页岩强度影响较小,而水基钻井液对页岩强度影响较大,易造成井壁失稳,水基钻井液体系优化需考虑抑制其水化作用。     

动态渗吸对超低渗透油藏开发的影响及应用

针对超低渗透油藏渗透率低、孔喉结构复杂、非均质性强、常规注水难以建立有效驱替、裂缝-基质间渗吸作用强等问题,运用室内渗吸实验和相似理论,在分析超低渗透油藏动态渗吸驱油机理的基础上,得到动态渗吸特征及主要影响因素,并将实验室数据应用到油田现场。实验结果表明:影响超低渗透油藏动态渗吸的主要因素包括润湿性、注入速度、裂缝密度、吞吐周期等。其中,润湿性是渗吸的主要影响因素,岩石亲水性越强,渗透率越高,裂缝越多,动态渗吸效果越好;适合超低渗透油藏开发的注水速度为0.1 mL/min;合理吞吐周期为2～3个,优化闷井时间为30 d左右。矿场试验表明,鄂尔多斯盆地A油田5口水平井进行体积压裂并利用动态渗吸采油后,平均含水下降20个百分点,5口水平井累计增油2 145 t,效果显著。研究成果对超低渗透油田生产方案的制订有指导意义。     

关井时机对页岩气井返排率和产能的影响

页岩气井压后返排率普遍较低,大量的压裂液永久赋存于储层中,对页岩气井的生产有可能造成不利影响。为此,以实际生产数据为基础,分析了页岩气井早期生产返排特征,并根据典型数据建立相应的数值模型,研究了不同时机关井持续时间、生产制度对页岩气井返排率和产能的影响。结果表明:①在返排前关井期间,极窄的相渗曲线共渗区急剧降低压裂液在储层中的渗吸运移速度,关井100 d后移动距离小于3 m,随着关井持续时间增加,压裂液返排率呈指数降低,开井的初始产气量先减小后增大,对长期产气量的影响则恰好相反,因此,并不能简单得出关井时间越长,越有利于生产的结论 ;②而在生产返排后关井期间,随着关井持续时间增加,返排率减小,开井的初始产气量增大,长期产气量则会减小,但相比之下,返排后关井效应弱于返排前;③对于生产制度而言,生产压差增大会掩盖应力敏感导致的渗透率降低效应,最终表现为累计产气量、累计产水量都增加,同时,高生产压差人工缝底部积液,而低压差含水饱和度则几乎为0。该研究成果为认识压裂液的滤失机理及其在储层中的赋存方式、确定页岩气多段压裂水平井的最佳关井时间与生产制度,提供了技术支撑。     

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。      

不同压裂液对煤岩渗透率伤害实验评价初探

煤岩储层增产措施中,压裂是重要的手段。不同压裂液对煤岩渗透率会造成不同程度的伤害。本文采用活性水、KCl溶液及破胶前后的清洁压裂液对煤岩渗透率伤害进行了室内评价。从实验结果可以看出,活性水和KCl溶液对煤岩伤害程度很小,属于弱伤害;未破胶的清洁压裂液对煤岩渗透率伤害很大;相比而言破胶后的清洁压裂液对煤岩渗透率伤害明显减小。从返排恢复结果可知,KCl溶液和活性水伤害过的煤岩渗透率恢复较好,未破胶的煤岩渗透率恢复较慢,破胶后的清洁压裂液渗透率恢复较好。从而为煤岩储层增产技术中压裂液体系选择提供理论依据。