泥页岩裂缝油,气藏的钻井,完井技术

泥页岩裂缝油、气藏的钻井、完井技术王德新，彭礼浩，吕从容（华东石油大学东营２５７０６２）（青海石油管理局敦煌市７３６２０２）目前，油、气勘探正朝着更老、更深地层的沉积岩、非沉积岩及复杂岩性的岩层发展。裂缝储集层已成为油、气勘探、开发的主要对象之一。我...     

适用于硬脆性泥页岩地层的水基钻井液技术研究

在研究硬脆性泥页岩井壁失稳机理的基础上,有针对性的研制了一套适于硬脆性泥页岩地层的水基硅酸盐钻井液体系.室内实验表明:该体系具有流变性好、抗污染和抗温能力强、膜效率高、抑制性和封堵微裂缝能力强等优点,能满足硬脆性泥页岩地层钻井的需要.     

泥页岩膨胀量测定仪的改进研究

针对室内常用泥页岩膨胀性能测试仪器出现的一些影响结果一致性和平行性问题,提出了仪器测试结构和测试方法的改进措施,同时给出了仪器测试拟合函数作为对比分析同类仪器测试数据的参考。经过测试验证,改进后的测试结果更加准确可靠。     

四川盆地古生界泥页岩的地球化学特征

通过四川盆地古生界不同层系的探井及典型剖面样品的地球化学分析,从有机碳含量、有机碳同位素,热成熟度以及生物标志化合物特征讨论了四川盆地古生界4套泥/页岩地球化学特征及其生烃潜力。研究结果表明：古生界下寒武统、上奥陶统、下志留统3套黑色页岩有机碳含量高,平均值分别为6.31%,3.53%,1.87%,有机质类型主要为生烃能力极强的I型干酪根,δ 13C分布在-29.0‰～-32.0‰,低碳数正构烷烃相对丰度高、C27规则甾烷优势分布、三环二萜烷的相对含量较高等生物标志化合物分布特征表现了腐泥型有机质特征,有机质来源为低等水生生物和藻类;上二叠统龙潭组泥/页岩有机碳含量平均为4.0%,有机质类型为II,III型,生物标志化合物研究表明龙潭组页岩既有丰富的水生生物输入,又有一定数量的陆生生物来源, 煤和炭质泥岩母质来源以陆源有机质输入为主。     

泥页岩地层油基钻井液封堵防塌技术研究与应用

泥页岩地层的水化作用会造成地层孔隙压力升高、岩石强度降低等变化,容易造成井壁剪切坍塌破坏。随着近几年页岩类油气田的大力勘探开发,超长的水平井段更是对泥页岩井壁稳定问题提出了新的考验。而油基钻井液的低滤失量(油相滤体)能有效解决泥页岩地层水化膨胀的难题。针对古龙区块泥页岩层理明显、孔隙分布多、微裂缝十分发育等特点,在油基钻井液中加入刚性、柔性、纳微米级和成膜的油基封堵材料,提高钻井液中固相颗粒的合理级配,进一步增加体系的封堵能力,可更有效地保证裂缝性泥页岩地层的井壁稳定,为泥页岩类油层的钻探开发提供了有力保障。并在古龙区块的钻井实施过程中,严格控制密度窗口,为钻探开发该区块的泥页岩类油层提供了有力的保证。     

基于矿物组分与弹性参数的泥页岩脆性评价模型

基于泥页岩应力应变、X射线衍射实验进行模型优化。实验结果表明,泥页岩抗压强度与围压、杨氏模量呈正相关;体积应变量与杨氏模量呈负相关,而与泊松比呈正相关;脆性矿物有利于提高岩石的刚性,而黏土矿物使得岩石具有较强的蠕变性能。页岩中不同脆度的矿物在不同程度上控制着岩石力学性质,通过数值模拟,综合岩石力学参数和矿物组成提出了一种新的脆性评价模型,同时解决了杨氏模量与泊松比的权重分配问题,拟合效果优于前2种方法。     

柯柯亚区块泥页岩水化膨胀的实验评价

吐哈盆地柯柯亚区块是吐哈油田"十二五"期间重点开发的区块之一,该区块泥页岩层极易发生井壁坍塌,井下事故频发。主要原因是钻井液侵入岩层表面引起水化膨胀,诱发泥页岩剥落,选用合理的抑制剂对抑制该区块泥页岩水化膨胀显得尤为重要。实验选用氯化钾、硅酸钾、硅酸钠3种无机盐抑制剂对泥页岩样进行高温高压水化膨胀实验,选出适合该区块的无机盐抑制剂以及最佳配方,为下一步优化该区块钻井液体系打好基础。实验表明,氯化钾对泥页岩抑制效果优于硅酸钾和硅酸钠,随着无机盐浓度的增加,泥页岩膨胀率降低,当浓度增加到7%时,泥页岩膨胀率减小幅度不再显著,综合实验和经济成本,浓度为7%的氯化钾对该区块泥页岩抑制效果最佳,同时配合使用5%硅酸钾起协同作用。     

裂缝渗流条件下页岩相似材料的电化学试验研究

为了研究裂缝发育和水体渗流作用对页岩的电化学规律,基于制作的A~D 4组页岩相 似材料,分别采用1~4倍单位炸药对其进行爆破致裂,并对4组页岩相似材料进行电化学测试。分 析试验结果发现：①渗流试验开始前,A、C和D 3组页岩相似材料的Nyquist图和Bode图性态一致 性较强、B组的一致性较弱;②渗流试验开始后,随着渗流作用时间的延长,A~D 4组页岩模拟材 料的Nyquist图和Bode图均产生了变化;③相同渗流时间条件下,4试验组阻抗模值的大小关系为A ＞B＞C＞D。研究表明：渗流和裂缝能够改善页岩相似材料的Nyquist图和Bode图的性态,渗流时 间越长、裂缝越是发育,页岩相似材料阻抗的降低程度越大。     

页岩微观组构特征对复杂裂缝网络形成的影响

为了阐明龙马溪组页岩微观组构特征对复杂裂缝网络形成的影响,采用地球化学分析、低温氮气吸附、三轴力学实验、扫描电子显微镜以及CT扫描研究了孔隙比表面积、孔隙体积和矿物含量等对裂缝网络复杂性的影响。研究结果表明页岩破裂后形成裂缝网络存在较大的差异性,微观组构特征与复杂裂缝网络的形成密切相关。以页岩破裂后裂缝孔隙度和定性观察作为判断裂缝网络复杂程度的依据,发现TOC、黏土含量越高、层理、微观孔隙结构越发育的样品,形成的裂缝网络越复杂,特别是比表面积对复杂裂缝网络的形成更为明显。而脆性矿物含量高的样品,微裂纹发育较少,裂缝网络的复杂程度较低。页岩破裂后的宏观裂缝以高角度剪切裂缝为主,微观裂纹多发育在力学性质比较薄弱的地方,以张性扩展为主。     

泥、页地层中钻井冲洗液的应用研究

对苏南钻井经常遇到的泥、页岩地层特征进行研究,利用实验和对比分析的方法,提出冲洗液方案,并对该类地层中钻井冲洗液的作用机理和特点进行分析。在苏南临湖和石湖等地复杂地层地热钻井施工中,冲洗液的应用效果较好,孔壁稳定,钻孔质量好,钻进效率高。可以作为苏南地区泥、页岩地层地热钻井冲洗液应用参考。     

射孔对页岩水力裂缝形态影响的物理模拟实验

通过XRD、扫描电镜及力学强度测试等实验对龙马溪组页岩的物理力学性质进行分析,并采用真三轴压裂改造模拟器开展水平井水力压裂物理模拟实验,探究射孔参数及页岩物理力学性质对裂缝形态的影响规律。实验结果表明:(1)具有3种不同射孔类型的试样,在压裂后主要形成4种水力裂缝的形态模式,其中组合型射孔对于复杂裂缝的形成具有一定的促进作用。当射孔间相位角和间距过小时,缝间应力干扰增大,不利于扩大裂缝规模。(2)试样在压裂过程中的泵压-时间曲线,会因射孔类型的不同而呈现出明显的差异,曲线的波动程度和裂缝的复杂程度呈一定的正相关。(3)水力裂缝在延伸过程中与结构面相交时出现的穿透、分叉等现象是形成裂缝网络的前提。各向异性、微裂缝和微孔隙、脆性指数等页岩的物理力学性质会影响裂缝的扩展路径和迂曲度。     

汪清、农安和桦甸油页岩物理力学性质及 裂缝起裂压力对比分析研究

本文主要探究了吉林省汪清、农安和桦甸地区油页岩物理力学性质的关键参数和裂缝起裂压力的取值范围及其分布特点.首先对汪清、农安、桦甸三地油页岩的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比参数取值范围进行了对比分析,发现三地油页岩的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比范围是相近的,由此得到吉林省油页岩抗压强度的范围是9~30 MPa,均值是15.35 MPa;抗拉强度的范围是0.3~3 MPa,均值是0.95 MPa;弹性模量的范围是0.22~9.9 GPa,均值是3.1 GPa;泊松比的范围是0.2~0.5,均值是0.33.随后,计算了三地油页岩在不同埋藏深度下的裂缝起裂压力,发现在相同埋藏深度下,汪清、农安、桦甸三地油页岩裂缝起裂压力是依次减小的;并且随埋藏深度的增加,裂缝起裂压力近似线性增大.最后,得到吉林省油页岩在不同埋藏深度下的裂缝起裂压力:当埋藏深度d=200 m时,起裂压力范围是0.5~2.3 MPa;当d=400 m时,起裂压力范围是1.0~4.5 MPa;当d=600 m时,起裂压力范围是1.6~6.8 MPa;当d=800 m时,起裂压力范围是2.1~9.0 MPa;因此,对吉林省油页岩进行水力压裂开采时,建议压力范围控制在0.5~9 MPa.     

层理性页岩力学参数对水力压裂裂缝形态的影响分析

岩石力学性质及地应力等地质力学参数是进行储层压裂改造的基础数据,影响着整个压裂设计的准确性。由于页岩层理发育及矿物组成的复杂性、页岩力学性质的横观各向同性,所以基于传统力学模型获取的压裂参数设计将丧失意义。以横向各向同性模型体现层理发育页岩储层的力学性质,通过简化的横纵弹性模量和泊松比可以较好地表达出页岩的横观各向同性,并总结了横观各向同性地应力解释方法。基于上述理论,应用商业化水力压裂数模软件对四川盆地某层理页岩储层进行了压裂设计,比较横观各向同性模型与传统模型解释力学参数差异,非常规储层动静态力学参数转换,同时通过改变射孔位置研究了起裂点对裂缝形态的影响。研究发现,横观各向同性解释的杨氏模量、地应力要略高于传统方法,同时横观各向同性解释的地层地应力差较小,所以受不同射孔位置的变化对裂缝几何的形态影响要远远高于各向同性模型模拟的结果,特别是缝高变化更为明显。同时数据表明,在高应力区射孔将形成更为狭窄缝宽的水力裂缝,这会严重影响后续支撑剂的进入,以上结论将为提高页岩储层的压裂设计精确性给予重要帮助。     

火山岩气藏裂缝地质建模在徐深气田的应用

徐深气田xsX区块属构造岩性气藏,储层复杂、非均质性强.以xsX区块为研究对象,在岩芯、成像测井、地震等数据的基础上,基于离散化裂缝网格建模技术(DFN)建立xsX区块双重介质地质模型,利用测井、试井资料检验了离散化网络模型准确性,验证结果显示模型符合气藏的地质和生产特征.通过分析裂缝孔隙度、裂缝渗透率等参数研究了xs...     

压裂液黏度和注液速率对含层理页岩水力裂缝扩展行为的影响规律研究

为了研究压裂液黏度和注液速率等施工参数对含层理页岩水力压裂过程中其水力裂缝扩展行为的影响规律,首先采用数值模拟的研究方法,借助块体离散元法建立相关水力裂缝扩展模型,并对其模拟结果进行验证;在数值模型基础上,通过设置不同施工参数来进行模拟研究。研究发现：较低的压裂液黏度和注液速率时,所形成的水力裂缝内压力较低且分布均匀,水力裂缝更倾向于转向沿层理面扩展;而较高的压裂液黏度和注液速率时,裂缝内压力较高且分布差异大,此时水力裂缝更趋向于穿过层理面竖向扩展。     

微震裂缝监测技术在低渗透油田的应用

以新民油田民114区块为实例,利用微震裂缝监测技术,通过接收地层破裂时的微震信号测定水力压裂产生的人工裂缝的走向与长度,分析裂缝发育与地应力的关系,为低渗透油藏开发中合理部署注采井网提供依据.     

甲烷在页岩黏土矿物中吸附行为的分子模拟

为从微观角度研究页岩气在页岩黏土矿物中的吸附行为,利用分子模拟软件Materials studio构建了蒙脱石、伊利石及伊/蒙混层3种黏土矿物的模型,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法对页岩气主要成分甲烷在黏土矿物上的吸附行为进行模拟。研究表明,甲烷在不同孔径蒙脱石、伊/蒙混层和伊利石上的平均等量吸附热均小于42 kJ/mol,说明甲烷在黏土矿物表面发生物理吸附。甲烷在3种黏土矿物表面的吸附等温线呈现出相同的规律,均符合I型吸附曲线特征,Langmuir模型的拟合精度较高。3种黏土矿物对甲烷的吸附能力强度顺序为:蒙脱石伊/蒙混层伊利石。在伊/蒙混层矿物中,层间离子比甲烷分子更靠近黏土片层,蒙脱石片层一侧吸附的甲烷密度大于伊利石一侧,表明蒙脱石片层的吸附能力强于伊利石,但伊/蒙混层矿物中黏土片层的吸附作用对甲烷吸附层密度的影响随着压力升高而减弱。本文分别构建了孔径为1,2和4 nm的3种黏土矿物模型,从微观角度研究孔径对甲烷吸附的影响。模拟结果表明,黏土矿物孔径越小,甲烷吸附的等量吸附热越大,证明吸附更加牢固,对甲烷的吸附能力更强,但受到孔内有限空间的限制,甲烷在黏土矿物内的绝对吸附量及饱和吸附量随孔径减小而降低。