射孔对致密砂岩气藏水力压裂裂缝起裂与扩展的影响

为降低致密砂岩气藏偏高的地层破裂压力及增加储层改造体积,设计小型水力压裂实验装置,通过鄂尔多斯致密砂岩气藏钻井取心,研究不同射孔数量﹑射孔间距﹑射孔深度及水平应力差条件下水力压裂裂缝起裂与扩展规律.结果表明,射孔可以有效地降低致密砂岩气藏的破裂压力;增加射孔数量可以增加裂缝条数,并且裂缝沿射孔的方向扩展,有利于均匀布缝,提高储层的改造体积;低水平应力差和较小的射孔间距产生的缝间干扰导致裂缝在扩展的过程中发生偏转,缝间干扰随着射孔间距的增加及水平应力差的增大而减弱;射孔深度对于裂缝起裂也有一定的影响,裂缝更容易从射孔较深的区域起裂,为致密砂岩气藏压裂井射孔参数优化提供依据.     

分级加载条件下煤系气源岩蠕变特性试验研究

煤系气源岩蠕变特性是影响低渗气藏压裂开采的关键地质因素,为了探究煤系气源岩的蠕变特性,针对豫北地区煤系气储层薄、层序多、埋藏深和应力条件复杂等特征,分别采集了储层中粉砂岩、砂质泥岩、泥岩3种岩样,进行了不同应力水平下三轴分级荷载蠕变试验。结果表明:三轴分级加载状态下3种源岩均呈现明显的脆性特征,具体表现为破坏前无明显加速蠕变特征,稳态蠕变阶段持续较长,卸载和加载过程中变形恢复较快等特点,源岩中粉砂岩的蠕变时间最长、变形量最大,最大蠕变变形量为0.356 3%;泥岩的蠕变时间最短、变形量最小,最小蠕变变形量为0.206 8%。分级加载条件下煤系气储层岩体的蠕变有其特殊性,基于粉砂岩的蠕变试验特征,发现"六元件非线性黏弹性流变模型"能够较好地描述其蠕变过程。拟合结果表明:理论模型和试验数据吻合较好,该蠕变模型能够较完整地对源岩蠕变参数进行辨识,可为煤系气压裂开采中的理论计算提供可靠的地质参数,从而为豫北煤系气的开发提供一定的参考依据。     

库车拗陷东部侏罗系“连续型”致密砂岩气成藏条件分析

有利的成藏条件是"连续型"致密砂岩气大规模聚集成藏的重要基础,明确成藏条件对于致密砂岩气藏理论研究和勘探实践具有重要意义.文中讨论库车拗陷侏罗系阿合组"连续型"致密砂岩气藏形成所需要的烃源岩、致密砂岩储层、盖层条件及构造条件.结果表明:下伏三叠系烃源岩为致密砂岩气藏的形成提供充足的气源,广泛分布的致密砂岩储层控制致密砂岩气藏在时间和空间的分布范围,致密储层上覆煤系地层与下伏泥岩为致密砂岩气成藏提供保护作用;后期的强烈构造活动,一方面促进地层快速沉降,有利于烃源岩快速演化,另一方面对致密砂岩气藏具有调整改造的作用,构造裂缝改善储层的物性,同时形成天然气散失的通道.因此,有利的源岩、储层、源储配置关系、盖层及构造活动是库车拗陷东部侏罗系"连续型"致密砂岩气藏形成的有利条件.     

煤层气井高破裂压力因素分析及解决措施

以沁水盆地某区块68口压裂施工井中的8口失败井为研究对象,分析18次施工改造成功率仅78%的主要原因是煤储层破裂压力较高。造成破裂压力高的主要原因是射孔不够完善及地层滤失严重、施工过程中砂比使用不恰当以及煤储层自身的低杨氏模量和高泊松比。提出了3种解决措施:压裂施工过程采用大尺寸套管注入;研发适合煤储层压裂的高效压裂液体系,提高液体密度,增加井筒液柱压力;结合生产实际,采用高孔密、螺旋布孔方式使孔眼与裂缝起裂平面夹角最小从而降低破裂压力。此研究为煤层气井压裂提供了技术支持。     

储层应力敏感性对致密气藏压裂水平井试井分析的影响

针对致密气藏储层特征,采用解析解与数值解相结合的半解析法,建立了考虑储层应力敏感性和裂缝导流能力的致密砂岩气藏多段压裂水平井渗流数学模型,提出了一种考虑储层应力敏感效应的致密砂岩气藏压裂水平井试井分析方法.通过模型求解,对比分析了不同压裂规模的水平井试井解释压力动态曲线,并明确了储层应力敏感性对压降、压恢试井分析的影响.     

高煤级煤储层渗透率在煤层气排采中的动态变化数值模拟

针对高煤级煤储层渗透率尤其是其动态变化规律极少开展研究的现状，基于现代测试技术和沁水盆地排采效果较好的煤层气井实测排采数据，利用目前国际上较为先进的煤层气数值模拟软件CINET2，采用分段拟合的方法对煤层气井的产气、产水过程进行历史拟合和修正，进而对高煤级煤储层渗透率在开采中的动态变化规律进行了探讨．研究结果表明，煤层气并工作制度的变化会引起煤层气井采动状况发生变化，导致煤储层渗透率产生波动．煤储层渗透率随着煤层气井排采时间呈指数规律缓慢衰减，与物理模拟实验结果显示的渗透率与有效应力的关系具有相似的结论．     

沁水盆地构造演化及其对游离气藏的控制作用

应用平衡剖面法和埋藏史分析法,对沁水盆地构造演化特征及游离气成藏条件进行了研究,分析了构造演化对游离气藏的作用,建立了沁水盆地游离气聚集模式图。燕山期,在地壳上升的过程中,先期形成的煤层气通过裂缝游离出来在顶板砂岩的低应力区聚集,富集在褶皱的翼部。到了喜山期,由于应力方向的改变,对先期形成的褶皱进行了轻微的改造,使得先期富集的游离气发生再次运移,聚集的部位发生了一定的改变,但是总体仍然以远离断裂的中高部位为主。     

考虑储层流变性的水力压裂起裂时间计算模型

针对水力压裂过程中流体与岩体相互作用的时间效应以及起裂阶段两者耦合机制的问题,首先根据含气软煤的蠕变试验结果,通过对储层物性的分析,利用经典流变组合广义Kelvin模型以及MATLAB最小二乘迭代法的拟合方法,建立改进的六元件非线性黏弹塑性本构模型;其次,在六元件非线性黏弹塑性蠕变模型基础上,结合垂直井裂缝性储层的起裂压力模型,建立低渗软煤的起裂时间计算模型;最后,结合焦作富水矿区试验井压裂资料与煤样测试资料,对模型进行求解与验证。研究结果揭示了煤储层起裂时间与起裂压力的科学匹配关系,以及储层裂缝特性对起裂时间的控制作用,可为维护软煤压裂缝以及保护矿区地下水环境提供理论参考。     

致密砂岩气藏储量难动用影响因素及开发对策

致密砂岩气藏复杂地质特性和特殊渗流机理造成相当一部分储量难以得到有效动用.以川西新场气田Js12、Js32气藏为例,在大量室内实验及现场试验的基础上,对致密砂岩气藏渗流机理进行了深入的研究,认为水锁效应、应力敏感伤害、启动压力效应是影响储量难以动用的主要影响因素.目前的生产压差为10 MPa,远大于合理的生产压差7 MPa,造成较严重的应力敏感伤害;压裂过程中水锁效应则导致压裂液返排率低,压裂液滤失带启动压力高,气相渗透率低,制约了压裂开发的效果.以低伤害为核心,高效返排为手段的大型加砂压裂技术、多层压裂合层套采技术、水平井及水平井压裂技术是开发新场气田Js12、Js32气藏难动用储量的主要技术手段.     

压前测试评价在异常高压致密气藏应用研究

压裂测试技术的选择及其分析对压裂设计原则和规模大小的确定至关重要,开展气藏压前测试评价技术可以达到认识储层应力特征、滤失特征和裂缝延展特征的目的,验证裂缝垂向延伸高度与软件模型的一致性.以沙特阿拉伯鲁卜哈里盆地X-2S井为例,针对储层物性认识不清的问题开展了注入/压降测试,求取储层有效渗透率;针对交叉偶极声波测井数据解释储层地应力剖面表现出缝高难控制的特征,开展了小型压裂测试及井温测井,计算储层应力剖面和缝长、缝高延展特征;针对侧钻斜井的问题开展了阶梯测试,求取了孔眼摩阻和近井筒摩阻.系统的压前测试评价技术可获取探井致密气藏改造的重要井层资料,对指导主压裂安全施工具有重要作用,为国内异常高温高压致密砂岩气藏压裂提供了借鉴.     

豫东马桥详查区煤系气成藏地质特征

为了探讨豫东煤系气生成、资源赋存规律和成藏可能,指导区内煤系气资源的勘探开发工作,以马桥详查区为研究对象,基于区域地质和储层地质条件,结合煤岩镜质体反射率、有机碳含量,以及孔渗性、吸附性等物性测试结果,剖析了煤系储层的空间分布及物性特征,探讨了煤系生烃潜力和成藏的可能性。结果表明:(1)区内煤系烃源岩为煤层和泥岩层,其中煤中镜质组含量高,变质程度深,生烃量大,为主要生气母质,而泥岩中有机质含量较低,生气能力有限。(2)煤体内微孔多,吸附能力强,加之砂、泥岩储层致密,孔隙度小,渗透率低,排驱压力较大,不利于气体的运移。(3)煤系经历了晚三叠世、晚侏罗世至早白垩世两期生烃高峰,期间煤层中气体压力较高,可以突破顶板泥岩的排驱压力运移至砂、泥岩层,但其富集成气藏的可能尚需要进一步研究。     

高煤级煤储层条件下的气体扩散机制

为了研究高煤级煤储层煤层气排采中气体的扩散行为,采用扫描电镜和压汞法对不同煤级煤的孔隙进行了观测和测试,根据气体分子运动理论和扩散理论,探讨了沁水盆地无烟煤储层煤层气排采的不同阶段气体扩散模式的动态演化.研究表明,煤层气排采过程中,孔隙内气体的扩散模式是动态变化的:相同排采阶段,同一孔径范围内的孔隙的扩散方式因压降不同而存在差异.不同排采阶段,同一孔隙可能会经历不同的气体扩散模式.对于无烟煤储层,Knudsen型扩散很弱,过渡型扩散贯穿于排采的整个过程.Fick型扩散主要发生排采初期,在排采末期主要出现在距离井筒较远地段.     

鄂西渝东东岳庙段页岩储层水力裂缝扩展形态与影响因素研究

页岩储层压裂的核心是形成复杂缝网,因此,水力裂缝的起裂、扩展及各工程条件等对压裂缝网的形成都有着重要的影响。对建南气田页岩天然露头展开真三轴物模实验,并对试验结果进行定量分析与表征。分析认为:东岳庙段页岩储层可压性较好,通过水力压裂能形成复杂裂缝系统;东岳庙段页岩储层存在3种裂缝延伸模型,并以模型Ⅲ为最主要的裂缝延伸扩展模型;高角度缝、压裂液粘度和排量是决定压后裂缝形态的主要因素。     

海陆过渡相煤系页岩气储层微观特征及影响因素——以沁水盆地中东部Y2井为例

为探讨沁水盆地中东部海陆过渡相煤系页岩气储层微观特征及影响因素,采用有机地球化学测试、SEM检测、全岩和黏土矿物X射线衍射分析、高压压汞和低温液氮吸附等试验获取Y2井山西组-太原组泥页岩孔隙微观特征。结果表明：（1）泥页岩中有机质类型为Ⅲ型（腐殖型）,总有机碳（TOC）质量分数较高,平均1.79%,经历了较长热演化史;（2）泥页岩中主要发育粒内孔、粒间孔,有机质孔和微裂隙等,黏土矿物和石英中发育大量粒间孔和粒内孔;（3）SEM图像显示,泥页岩孔裂隙形态分形维数为2.34～2.51,非均质性中等;（4）高压压汞和低温液氮吸附试验表明,中孔为研究区泥页岩主要孔隙,对孔体积和孔比表面积影响较大,中孔孔体积、比表面积与TOC、石英体积分数正相关,与镜质组反射率（Ro）成负相关关系;（5）黏土矿物中伊利石对中孔孔体积和比表面积均有积极影响,高岭石则不利于中孔孔体积和比表面积发育。研究结果可为该地区煤系页岩气资源勘探开发提供指导。     

南华北盆地海陆过渡相煤系页岩地质特征及可压性分析——以中牟区块太原组为例

为探究页岩可压裂性特征,以南华北盆地海陆过渡相煤系页岩为研究对象,利用钻井、测井、录井和实验测试数据开展太原组页岩储层地质特征和可压性综合研究。结果表明：（1）太原组页岩具有低孔、低渗、有机质丰度高、脆性好、杨氏模量高、泊松比中等、应力差异适中、天然裂缝较发育等特点,具备压裂形成复杂裂缝基础;（2）页岩、砂岩、灰岩的新脆性指数均不同程度降低,灰岩降幅最大,新方法可更合理地计算出页岩最真实的脆性特征;（3）Y2井太原组6号层下部到3号层上部（2862.32～2887.64m）页岩段可压性最好,CFI指数为45.26%～64.65%,平均56.44%,高于页岩可压性评价标准（>50%）。Y2井上述井段实施直井分段压裂改造,试气后获得3 614 m3/d的稳定产气量,较邻井Y1井提高2倍,表明建立的可压性评价模型可有效指导压裂施工,具有较好的工程应用价值。     

注水压裂条件下软煤裂隙损伤与煤层气渗透耦合特征

针对豫西"三软"煤层的低渗性与流变性,探讨了复杂地质条件下主采二1煤层生、储气层的变形特征.基于ABAQUS平台进行软件二次开发,讨论了注水压裂条件下二1煤裂隙的应力与损伤特性;利用T-P损伤演化准则的Cohesive单元,揭示了软煤裂隙的张裂宽度与延伸距离之间的近似线性关系.模拟结果表明,注水压力条件下,软煤裂隙的应力与损伤演化是一个随时间逐渐发展的过程,在5~10 MPa静荷载作用下,注水1~2 h,软煤裂隙的损伤范围约为80~100 m,从而大幅度地改善了"三软"煤层低渗性能.     

基于应力敏感常数的致密砂岩储层应力敏感性评价研究(10)

利用渗流应力耦合拟三轴实验系统,针对华北、青海等区块共34块天然砂岩岩心展开应力敏感性测试实验.基于应力敏感常数对实验结果进行拟合,获得砂岩储层岩心应力敏感常数与渗透率的变化关系.结果显示,岩心应力敏感常数能够表征砂岩储层岩心渗透率的应力敏感特性,应力敏感常数越大,砂岩渗透率应力敏感性越强,且砂岩应力敏感常数随岩心渗透率的增大而减小.     

基于动态演化的深层页岩裂缝延伸规律研究

由于埋深、应力环境、力学性质等的显著变化,深层页岩较中浅层页岩缝网形态发生了明显变化。针对深层页岩储层特点,结合利用DFN计算模型和Kaiser声发射-莫尔库伦圆室内试验,通过多因素分析,研究了深层页岩不同阶段裂缝起裂及延伸扩展的形态,并以此为基础,揭示了深层页岩裂缝系统形成过程中,各主要阶段的动态演化规律,即:主干裂缝→分支裂缝→微裂缝的变化过程。根据不同阶段裂缝特征,制定合理的压裂工艺,对于提高深层页岩改造效果具有重要指导作用。     

致密砂岩气藏类型差异对天然气分布控制作用——以松辽盆地徐家围子和古龙地区登娄库组为例

为了明确致密砂岩气藏类型差异对天然气分布的控制作用,以徐家围子地区和古龙地区登娄库组储层为例,通过天然气成藏地质要素和地质过程分析与对比,系统研究了两个地区致密砂岩气成藏规律和气藏类型,提出了徐家围子地区与古龙地区登娄库组致密砂岩气藏类型具有本质差异,且气藏类型差异性控制两地区具有不同天然气分布规律的观点.结果表明:徐家围子地区登娄库组储层致密化时期(约87 Ma)晚于烃源岩生排烃高峰期天然气充注(105~90 Ma),以储层后期致密的"后成型"致密常规气藏为主,天然气主要聚集于断陷期气源岩生气范围及其周边的断裂密集带和邻近气源断层的继承性古隆起、古圈闭;古龙地区登娄库组储层致密化过程(约108Ma)则发生在烃源岩生排烃高峰期天然气充注(108~70Ma)之前,登二段气源岩发育区易于形成储层先期致密的"先成型"深盆气藏,天然气分布主要受登二段气源岩与致密砂岩储层的叠合范围控制.     

多煤层合层水力压裂关键技术研究

为了开发单层较薄、间距较小的煤层群中的煤层气资源,采用"加密射孔(煤层段16孔/m,夹层段32孔/m)+封堵球多级压裂法"对西山煤田8#和9#煤层及所夹的"虚拟储层"进行了合层压裂.结果表明:合层水力压裂时"虚拟储层"能否破裂在于"虚拟储层"段与煤储层间的孔眼摩阻的差值能否满足"虚拟储层"与煤层的抗拉强度的差值.当采用逐级加排量能使"虚拟储层"段破裂时,排量的大小控制着煤层段和"虚拟储层"段的泵注液量,水平地应力的大小和方向、煤岩的弹性模量和泊松比决定了裂缝延伸形态;当不能使"虚拟储层"段破裂时,实施"封堵球"技术,根据所建模型确定出投球数不大于40个.当排量达到最大8.2m3/min时,压力虽有上升,但不能使"虚拟储层"破裂;使用"封堵球"技术,部分孔眼堵塞,压力急剧上升至30MPa,"虚拟储层"破裂,平均921.5m3/d排采数据验证了这一压裂工艺的可行性.