煤岩储层酸化改造可行性研究

酸化是油气藏增产、提高经济效益常用的储层改造措施。煤岩储层渗透率极低,但酸化在煤层气开发领域并没有得到大规模的应用,目前仍处于探索阶段。本文在对煤岩矿物成份和孔隙结构特征分析基础之上,初步判定煤岩储层酸化的可能性,通过酸敏实验对煤岩进行感性评价。研究结果表明:煤岩具有一定的酸溶性,酸液对煤心伤害后,煤岩的渗透率得到明显改善,随着研究的不断深入,酸化将成为改善煤岩储层、实现煤层气增产的重要手段。     

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。     

改善煤岩储层渗流能力的氧化液处理实验研究

煤岩储层物理增产难,利用强氧化剂的氧化作用改造煤岩储层可以提高煤层气采收率,但目前基于煤层气领域的氧化研究却相对较少,系统评价氧化作用对煤岩储层渗流能力影响的实验研究则更为鲜见。为此,选取新疆托克逊黑山矿区侏罗系西山窑组煤样,分别开展了柱状煤样和粉状煤样与过氧化氢作用实验,测试了柱状煤样渗透率、粉状煤样溶蚀率和浸泡液性能参数等,并借助X射线衍射、扫描电镜、红外光谱及润湿角测量等手段,分析煤岩与过氧化氢的反应机制和改善煤岩渗流能力的机理,进而对比氧化作用与酸化作用的改造效果。研究结果表明:(1)煤岩氧化后渗透率明显提高,为初始渗透率的1.4~3.2倍;(2)氧化后煤岩产生大量微裂隙和溶蚀孔,可显著改善孔隙连通性,煤岩表面缔合态羟基和羧基增多,表面水湿性变弱;(3)有机质、黄铁矿等组分易被氧化消耗,同时产生的H+、小分子脂肪酸等又进一步溶蚀无机矿物组分;(4)氧化作用兼具酸化作用溶解无机矿物的优势,产生煤粉程度较弱、可控。结论认为,强氧化剂作用于煤岩储层具有成为一种新的煤岩储层增产改造技术的潜力。     

煤岩压裂液动滤失实验研究

煤岩压裂液滤失实验目前尚无标准方案,常规油气储层的压裂液滤失实验方法对煤储层不适用,需改进实验方案并提出适用于煤储层的标准方案。基于油气行业标准和煤储层特性,提出了新的煤岩压裂液动滤失实验方法,通过测取清洁压裂液、3%KCl溶液、活性水通过岩心时的滤失情况进行了探索研究,得出了煤岩压裂液滤失的特征:煤岩压裂液滤失量偏大、滤失实验曲线没有明显的分段、初始滤失量有负值的情况。实验结果表明不同类型的压裂液都会对煤储层渗透率造成伤害,相对而言清洁压裂液伤害率较高,在百分之四十左右。     

煤层气储层应力敏感性定量表征及影响因素研究

煤层气储层应力敏感性较强,对煤层气开发具有重要影响。采用不同区块天然煤样开展应力敏感性室内实验,应用应力敏感性系数和渗透率伤害系数2个参数评价了各煤样应力敏感性程度,并研究了煤阶、渗透率和储层气体压力等参数对煤岩应力敏感性的影响。结果表明:镜质组反射率R_o<1.7%时,煤阶越低,应力敏感性程度越大,渗透率伤害程度越高;而镜质组反射率R_o>1.7%时,煤阶越高,应力敏感性程度越大,渗透率损害程度越高;煤岩初始渗透率越高,应力敏感性系数越低,应力敏感性越弱,利用初始渗透率与其应力敏感性系数之间的经验公式可以估算煤岩应力敏感性,方便现场应用;储层气体压力越低,渗透率越高,越有利于煤层气开发,而煤岩应力敏感性系数和渗透率伤害系数也略高,需预防应力敏感性造成的渗透率伤害。      

钻井液侵入引起煤岩膨胀对煤储层的伤害

在分析了煤层气储层岩性特征和煤层水特征的基础上,通过室内静态实验测定了沁水盆地郑庄3号主力煤层煤样分别在蒸馏水、煤层水和1%KCl盐水中的线性膨胀率;并测定了煤样的水敏性。研究结果表明,煤岩遇水膨胀程度直接受煤中黏土矿物的影响,煤粉膨胀主要发生在开始与水接触的1h时间内,配制钻井液的地表水进入煤层后将造成煤岩膨胀,降低煤储层渗透率,对煤储层造成损害。     

煤储层的孔隙度、相对渗透率特征及其测定方法

煤储层不同于常规的天然气储层,煤岩本身既是气源岩又是储集岩。作为储层,煤岩孔隙结构有其特殊性,煤层气的储集、产出机理也不同于常规储层。与常规油气储层对比,本文对煤储层的孔隙度,相对渗透率特征及其测定方法进行了介绍。      

热处理提高煤岩渗透率的机理

为了探索煤岩渗透率与温度的关系及其机理,通过加热实验研究了二者在 200 ℃以内的关系,通过 X衍射分析、电镜扫描等手段,并从煤化学、煤地质学等角度对其机理进行了分析。结果表明:初始渗透率在 0.5 mD以内的煤岩,经加热处理后其渗透率可显著增至 15 mD以上。分析认为:煤岩热处理后渗透率提高的机理为:煤岩脱水以及部分挥发组分的逸散会产生新的渗流孔隙;甲烷分子的解吸以及基质凝胶化组分脱水,导致煤基质收缩;煤岩中碳氢原子发生氧化生成气态产物并逸散,形成了微小裂缝并降低了煤岩的致密程度;热应力作用下煤岩内部变形不均产生了微小裂缝。最后提出可以对煤层注入热 CO2提高采收率。     

固井水泥浆对裂缝割理发育型煤层气储层的伤害机理

我国滇东黔西地区煤层气储层割理、裂缝发育,破裂压力低,固井水泥浆(以下简称水泥浆)容易侵入煤层气储层,造成储层伤害以及储层改造破裂压力异常升高等现象。为了揭示水泥浆伤害该类煤储层的机理,在分析煤岩的理化性能和潜在伤害方式的基础上,通过CT扫描、电镜扫描等技术手段,直观分析煤心内部污染前后裂缝、孔隙结构发育情况与水泥浆在裂缝、孔隙中的侵入、堵塞情况,进而计算得到水泥浆和裂缝在煤心中的体积占比关系,建立了水泥浆伤害煤储层的定量评价方法。研究结果表明:(1)水泥浆及其滤液在压差作用下沿煤储层的裂缝侵入储层内部,其侵入程度随裂缝、孔隙发育程度变化,裂缝、孔隙越发育,侵入程度越高;(2)侵入储层内部的水泥浆经胶结固化后,形成的水泥产物在裂缝、孔隙中致密填充,并致密覆盖煤心表面,严重堵塞煤层气流通通道,表现出固化后的水泥产物使煤心渗透率降低、煤岩抗压强度升高,使后续压裂破裂压力异常升高,影响压裂改造效果;(3)水泥浆滤液对煤岩的碱敏、速敏影响程度远小于水泥浆侵入对煤岩的伤害程度。结论认为,所建立的水泥浆污染煤储层的定量评价方法对提高煤储层固井质量、保证煤层气高效开发等都具有指导作用。     

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。     

煤储层地质建模思路与方法——以鄂尔多斯盆地东南缘韩城矿区为例

由于煤岩样易碎,很难通过室内实验获得煤层真实的渗透率;煤岩弹性模量低,泊松比高,对应力十分敏感,地面条件下实验的渗透率不能反映地下的情况;常用的测井物性解释方法在煤层渗透率解释中很难应用。这些因素导致煤储层地质建模不能照搬常规砂岩油气藏的方法。依据试井确定渗透率,并通过渗透率影响因素的分析,分煤岩类型建立了渗透率与地应力的定量关系。提出了四步建模法：首先建立煤储层空间格架模型,然后建立煤岩相（类型）模型和地应力模型,在三者的约束下,通过井点试井渗透率和地应力井点计算渗透率的控制,采用随机模拟技术完成渗透率模型的建立。通过矿场实际数据的检验,模型与生产状况吻合比较好,证明该建模思路与方法在实际应用中可行。     

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沁水盆地煤岩样品高温高压变形实验结果表明,不同煤级的煤岩,在其相同的实验条件下,煤岩强度即表现出一致性又显现出差异性。而在不同的实验条件下，对于煤岩强度的影响，温度效应要高于压力效应。在一定的温压条件下（300 ℃/300 MPa），中煤级煤应力强度低于高煤级煤的应力强度；高煤级煤惰质组含量低的煤岩应力强度最小。煤岩的脆—韧性转变发育于200 ℃/200 MPa和300 ℃/300 MPa之间，此时煤储层的孔隙率在减小，同时产生了一些裂隙，增加了煤储层的渗透性。文章试图结合煤岩显微组分、渗透率和比表面积等测试结果，探讨煤岩变形与储集性能的关系。     

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。     

易碎煤岩制备方法及其孔渗参数测试技术

由于煤岩脆性强,结理、裂缝发育,难以制备为标准柱塞,导致其常规孔渗实验难以展开。采用岩心浇筑技术,建立了一种非柱塞状煤岩孔隙度、渗透率测定方法,将易碎煤岩切割成长方体后,利用环氧树脂胶将长方体煤岩塑型成圆柱状,并进行孔隙度、渗透率测试分析。实验结果表明：当煤岩岩心截面积制备成25mm×25mm长方体时,与柱塞状岩心测试的孔隙度、渗透率具有较好的相关性,孔隙度相关系数达到了0.922 1,渗透率相关系数达到了0.954 3。从而解决了煤岩易碎岩心不能满足实验设备测试的需求,为储层物性参数提供了有力的支撑。     

煤岩储层应力敏感性及其对气井开发的影响

以沁水盆地3#煤为研究对象,对煤岩储层渗透率应力敏感性进行了实验研究,建立了以储层原地有效应力为初始点的渗透率应力敏感性评价方法。结果表明,该方法能够真实反映储层岩石应力状态,有效应力和无因次渗透率之间较好的符合二项式关系。利用扫描电镜和恒速压汞实验,分析了煤岩储层应力敏感性机理。孔隙大小和形态的改变对渗透率应力敏感影响较小,而孔喉大小和形态的改变以及微裂隙的开度决定了渗透率应力敏感程度。结合二项式方程,从理论上计算了渗透率应力敏感性对煤层气井产能的影响。计算结果表明,在气井井底附近煤岩储层中存在渗透率漏斗,距离井筒越近的储层,渗透率变化越大;在远离井筒的区域,渗透率变化较小。渗透率应力敏感性影响煤层气井产能,且初始渗透率越小,产能降低越严重。     

西峰油田长8储层的酸敏性评价

针对西峰低渗油藏在酸处理过程中存在井间差异的问题,从低渗砂岩储层的特殊地质特征出发,以西峰油田长8储层为例,首先选取不同矿物组成的岩样模拟酸化作业条件进行实验评价,并与已有常规酸化实验评价进行对比;其次对酸岩反应前后孔隙结构变化进行对比研究;最后对岩石酸敏性机理进行分析。结果表明,不同黏土矿物的溶蚀率不同,较低渗透率的岩心酸敏损害程度一般较高;酸化后铁沉淀较为严重,应对其进行相应的预防。因此一方面根据地质特征使用与之配伍的酸液配方,另一方面要具体考虑不同井层间的孔隙充填物成分,减小酸处理过程中的井间差异。     

前置碱剂酸化解堵技术在注水井中的应用

污水回注的注水井经过长期生产，井底存在有机和无机堵塞，造成注水压力偏高，常规的酸化解堵无法清除堵塞，注水井储层伤害的主要原因是有机堵塞（包括沥青和石蜡等），粘土矿物的水化膨胀，内源和外源颗粒造成的速敏伤害。采用前置碱剂和盐酸氟硼酸复合酸解堵技术处理地层，前置碱剂酸化解堵技术将碱化和酸化两种不同工艺有机结合，能够有效解决常规酸化无效的注水井堵塞问题，同时继续和地层矿物反应，进一步改造储层，提高地层渗透率。现场应用表明，经过前置碱剂和氟硼酸复合酸的作用，能够有效清除注水井的有机和无机堵塞，改善井底渗流状况，大幅度降低注水井的注水压力。保证了油藏正常生产。     

应力条件制约下不同埋深煤储层物性差异演化

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,采用水力致裂法获取地应力参数,同时利用实验室模拟技术,结合现场测试数据,从煤储层储集性和渗透性两方面开展应力条件下煤储层物性演化机理研究。随着煤层埋深的增大,地应力增高,煤岩孔隙受压闭合,煤储层孔隙度在应力作用下呈指数规律降低;不同煤阶煤岩各级孔径的孔隙在应力作用下的变形特征存在较大差异,随着应力增大,低煤阶煤岩大中孔体积下降明显,而中、高煤阶煤岩微小孔体积的下降幅度要高于大中孔。不同埋深和应力作用下的煤体变形和渗透率变化可分为3个阶段:埋深在600 m以内,地应力较低,煤岩裂隙发育较好,煤储层渗透率变化范围较宽;埋深在600~900 m,煤层处于三向受压状态,裂隙易受压闭合,渗透率普遍小于0.5 mD;埋深在900 m以下,地应力变强,且煤层受力不均,垂直主应力大于水平主应力,易产生新裂隙,煤储层渗透率出现高值。     

WXS油藏长期水驱储层物性参数变化规律

吐哈WXS油藏经过24年注水开发,已经进入高含水阶段,注入水对储层的长期冲刷和浸泡导致储层敏感性发生变化。通过X射线衍射、全岩定量分析、高压压汞实验、扫描电镜等方法,在分析目标储层长期注水前后岩石矿物成分和黏土组成、渗透率和孔隙结构等变化的基础上,针对水淹层岩心和油层岩心分别进行储层敏感性评价实验。结果表明,长期注水冲刷容易造成目标储层黏土矿物含量下降,增强储层的非均质性,进而导致储层在长期水驱后敏感性发生不同程度的变化,其变化幅度与敏感类型及储层所属层位的不同而出现差异。在后期注水及储层改造中应针对不同部位储层的敏感性进行相应的调整,以改善油田开发效果。     

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煤储层评价参数的获取可以大致分为宏观煤储层、煤岩类型、普通显微镜下测试和电镜等超显微孔隙测试四个层次。煤层气井煤心和煤储层露头的煤岩类型系统测量是获取煤储层评价参数的关键环节。建立煤储层描述参数与规范,积累系统的煤储层评价资料,以满足煤层气勘探开发的需要。煤储层评价的重点内容包括煤体几何形态与内部结构特征、煤储层顶板和底板岩石与裂隙发育特征、煤储层孔裂隙系统发育特征和煤储层渗透率、煤岩组成和煤质特征、煤的机械力学性质、煤层气的解吸特征、煤储层的可改造性,以及煤变质作用类型和煤级分带特征等。煤储层评价的基本原则包括乘积原则、加权平均原则、“木桶效应”原则、类比评价原则和综合评价原则。