储层温度和压力对页岩气赋存形态影响

本文以四川盆地南方海相龙马溪组页岩为研究对象,考虑页岩中吸附相所占孔隙度,分析了不同储层温度和压力下对页岩储层赋存形态的影响,得出了页岩埋藏深度与吸附气、游离气和总页岩气。分析结果表明:页岩储层压力增大,页岩的吸附能力逐渐减弱,吸附气量增加趋势减小,吸附气占页岩气总储量的百分数降低;页岩游离气含量与储层压力之间存在正相关关系;在低储层压力阶段,岩气总储量随储层压力增加迅速增大,在高储层压力阶段,页岩气总储量随储层压力增加而增大;吸附是放热过程,储层温度越高,页岩储层对甲烷的吸附能力降低。随着储层温度增大,气体分子热运动加快,页岩的吸附能力减弱,吸附量降低;页岩埋深增加,储层压力和温度增大,吸附气量先增加而后降低,游离气线性增加,页岩气总储量先迅速增大而后逐渐趋于平缓。     

渗吸效应对页岩气赋存状态的影响规律

目前对于渗吸效应改变页岩气赋存状态的定量化认识尚未形成,对页岩储层中压裂液大量滞留所引起的气水动态置换规律也不明确。为此,开展了气水置换实验以模拟水力压裂后近井区域页岩含水状态的变化情况,借助于含氢流体低场核磁共振谱分析技术(1H-NMR)动态监测页岩储层中甲烷的赋存状态,并计算不同赋存状态下的甲烷气量,进而研究了渗吸效应对页岩气赋存状态的影响规律。研究结果表明:①页岩饱和甲烷的过程分为吸附主导阶段和孔隙填充阶段,吸附作用和压力梯度作用在页岩饱和甲烷的过程中同时发挥作用;②页岩饱和甲烷过程前期阶段优先饱和吸附气,游离态甲烷作为外部甲烷转换为吸附态甲烷的中间状态在页岩孔隙中赋存,吸附气达到饱和状态后,甲烷在压力梯度作用下填充页岩孔隙直至孔隙内外压力平衡;③渗吸效应使页岩发生气水置换作用,吸附态甲烷部分解吸为游离态甲烷,吸附气占比降低,渗吸时间达到80 h时吸附气占比由63.58%降低至45.87%,而游离气量增加使页岩孔隙压力升高,同时水分占据部分孔隙体积,压缩游离气赋存空间,部分游离气被排出页岩孔隙,储层含气性降低,页岩样品含气量由渗吸开始前的7.91 mL/g下降至7.34 mL/g...     

渝西地区页岩储层微观孔隙结构对页岩气赋存影响

页岩储层特殊的矿物组分和复杂的孔隙结构,使页岩气在孔—缝系统中的赋存机制多样。深入认识页岩气在微观孔—缝系统中的赋存状态,有助于揭示页岩气赋存机制,丰富页岩气富集理论,优化页岩气开发工艺。围绕渝西地区龙一1亚段页岩储层微观孔隙结构及页岩气赋存机制,开展氩离子抛光扫描电镜、核磁共振、核磁冻融及柱塞样页岩样品不同含水（油）状态下的甲烷吸附核磁共振实验,分析微观孔隙结构特征及其对页岩气赋存的影响。结论认为：渝西地区吸附气主要受控于小于5 nm的油润湿孔隙,转化比约为45.81%;游离气主要受控于孔径大于110 nm的孔隙与微裂缝,转化比约为89.60%;5～110 nm有机孔和无机孔为吸附气与游离气的重要赋存空间,能够实现吸附气与游离气的有效转化,转化比约为78.81%,是开采过程中维持地层能量的主要来源。5～110 nm有机孔更发育的页岩气井,虽然初期产量不高,但稳产期较长,相同时间内的累积产量更高,有效地阐释了渝西地区页岩气井间的产量差异原因。     

西湖凹陷低渗储层水的赋存状态及出水特征研究

西湖凹陷低渗储层开发井在投产初期均不同程度产水,产水量长时间保持稳定。针对其出水原因及出水特征,通过可动水实验判别法和"双水"曲线评价法,分析了西湖凹陷低渗储层中地层水的两种赋存状态;通过产水判别图版法和低渗气藏数值模拟研究,结合实际生产动态分析,综合研究认为,西湖凹陷低渗储层的出水特征为投产即见水,且短时间内不会造成水的突然舌进及暴性水淹。     

构造作用对页岩气储层质量的影响

页岩气资源分布广泛,开采潜力巨大,但是页岩气藏与常规气藏相比,成藏机理、储层特征、开发技术都有很大区别。在研究过程中发现大量的富页岩气地区都有着非常复杂的地质构造特征,本文结合前人研究成果和实际生产经验,总结了构造作用对页岩气储层质量的利弊。     

页岩气储层蠕变特性及其对页岩气开发的影响

页岩气储层渗透率极低,必须经过压裂改造才能形成有效产能,大量狭小自支撑裂缝在天然气解吸及流动中具有重要作用。页岩气储层生产周期长,人工裂缝导流能力对裂缝变形极其敏感。研究结果表明,页岩气储层具有一定的蠕变特性,并随着粘土含量的增加而增强。压裂改造后,储层会产生大量裂缝,裂缝闭合蠕变是蠕变形变的主要形式。裂缝的存在会使储层蠕变速率大幅度提高,并对裂缝导流能力产生不可忽视的影响。裂缝闭合蠕变速率与裂缝界面之间、裂缝界面与支撑剂间的相互作用有关,并与基质蠕变速率成正比。压裂改造形成的裂缝网络越发育、单裂缝宽度越小,蠕变对裂缝导流能力的影响越大。在页岩气数值模拟中,考虑裂缝闭合蠕变的累积产量与未考虑裂缝闭合蠕变的累积产量相差较大。同时,在地应力计算、储层可改造性、支撑剂和施工参数优选以及生产方式的选择等方面也应考虑蠕变的影响,保持流体压力有利于减小蠕变形变,维持裂缝导流能力,提高气井产能和采收率。     

焦石坝页岩气储层流动特征分析及应用

针对页岩气开发过程中流动实验方法和研究手段的缺乏、流动机理认识不清等问题,从理论上对页岩储层孔隙结构、解吸、扩散、低速渗流等方面进行了机理分析。基于焦石坝页岩微观孔隙特征分析,建立了页岩气储层流动特征的实验装置,并开展系列的储层温度压力条件下焦石坝页岩气储层流动特征的测试实验。根据测试实验结果,初步探讨焦石坝页岩气衰竭开采过程中的流动机理,将页岩气衰竭开采过程划分为:稳产、快速递减和产量低速稳定3个阶段,确定了Knudsen扩散是页岩储层中扩散作用的最适用的方法,并给出了修正的Knudsen扩散公式。     

一种判别页岩气流动状态的新方法

为探索页岩气开发规律,针对传统数据分析中未考虑气体分子沿孔隙表面发生具有滑脱效应的非达西渗流的情况,基于涪陵焦石坝页岩储层地质特征,运用双重介质渗流理论,分析焦石坝页岩气藏多级压裂水平井产量数据,推导出规整化产量与物质平衡时间双对数曲线,将涪陵页岩分段压裂气井流动阶段分为早期裂缝线性流动、裂缝-基质双线性流动、基质线性流动3个可以识别的阶段。采用该方法对焦石坝区块累计产量超过4 000×10⁴m³的10口井进行预测,生产动态表明,所建模型具有较好的适应性,为页岩气的规模开发提供了指导作用。     

储层参数对页岩气水平井产能的影响

页岩属于超致密、低孔、特低渗储层;其微观结构特殊,孔隙结构属于纳微米数量级,具有强烈的多尺度性,渗流机理复杂;气体产出是微观孔喉,微裂缝,宏观裂缝及水力压裂裂缝等渗流通道的耦合,主要包括解吸、扩散、渗流3个阶段。针对页岩气渗流机理,利用数值模拟软件分析Langmuir体积、Langmuir压力、扩散系数,启动压力梯度和应力敏感系数等储层因素对页岩气水平井产能影响。结果表明,页岩气产能随着Langmuir体积、Langmuir压力及扩散系数的增大而增大;但扩散系数大到一定程度,气井产能不再变化;随着启动压力梯度及应力敏感系数增强,气井产能降低。     

氯化钾溶液浓度影响页岩气储层解吸能力室内实验

页岩气储层伤害研究未涉及钻井完井流体盐浓度对储层解吸能力的伤害。参照常规储层敏感性评价的岩样尺度,用不同浓度KCl溶液作为污染流体研究了解吸盐敏。室内用直径为38 mm的龙马溪组页岩柱塞模拟储层,控制温度为60℃、围压为20 MPa,每8 min用气相色谱仪检测柱塞入口出口端纯度为99.99%的甲烷气变化,入口出口速率相等时,认为柱塞吸附饱和,在初始压差0.001～0.01 MPa下连续测量224 min原始解吸总量和解吸速率。用同样柱塞,再次吸附饱和后用3.5 MPa压力封闭出入口端,控制压力不变,在出口端以0.1 mL/min的速度注入2000、5000、10000、20000以及40000 mg/L的KCl溶液伤害页岩柱塞1 h,然后在与测量原始解吸总量和解吸速率相同的条件下测量伤害解吸总量和解吸速率,每种浓度溶液进行2次平行实验。甲烷平均解吸总量随着KCl溶液浓度增加由原始0.009209、0.007758、0.007708、0.006502、0.008027 mmol降为0.000565、0.004263、0.004232、0.003229、0.003441 mmol,解吸总量伤害率为93.74%、45.22%、44.90%、50.20%、57.09%;平均解吸速率由原始0.000041、0.000035、0.000040、0.000029、0.000036 mmol/min降为0.000005、0.000020、0.000025、0.000016、0.000018 mmol/min,解吸速率伤害率为85.78%、36.87%、35.42%、38.88%、47.34%。表明KCl溶液浓度影响页岩气储层解吸量和解吸速率,为钻井完井流体及储层改造流体提出性能界限。      

柴达木盆地三湖地区第四系七个泉组含水泥页岩气体吸附及流动能力分析

柴达木盆地三湖地区第四系七个泉组泥页岩处于成岩早期阶段,含水饱和度高,极大地影响到天然气的吸附以及流动能力,进而影响泥页岩层段含气性以及气井产能。为此选用三湖台南地区和察尔汗地区第四系七个泉组泥页岩样品,开展扫描电镜与气体吸附—压汞联测,明确七个泉组泥页岩孔隙发育特征;开展不同含水饱和度条件下的等温吸附及覆压渗透率实验,以揭示含水饱和度对泥页岩的甲烷吸附作用与气体流动能力的影响。研究结果表明：七个泉组泥页岩黏土矿物含量较高,平均为33.0%;储集空间包括矿物粒间孔和粒内孔2类,孔径分布为单峰型,主峰孔径在50~150 nm之间,宏孔对孔体积的贡献最大,占比可达66.8%;七个泉组泥页岩随着含水饱和度的上升吸附气量逐渐降低,当含水饱和度超过临界值10%~20%,吸附气量下降幅度减缓。吸附气量与黏土矿物具有较好的正相关关系,其中伊利石对吸附气量的贡献最大;七个泉组泥页岩气体流动方式以滑脱流动为主。含水使得气体流动能力减弱,2 MPa条件下,当含水饱和度从10%升至50%,泥页岩渗透率平均降低52.93%。在同沉积背斜构造外围平缓区域,泥页岩气能够滞留成藏,泥页岩气井具有较好的含气丰度,开发潜力较强,为勘探有利区。     

考虑有效应力与含水饱和度的致密砂岩气层供气能力

致密砂岩天然气资源丰富,但渗透率低,纵向上气层多,采用多层合采时,各层供气能力存在差异。气藏开采过程中气层压力下降快,含水饱和度也会发生变化,影响各气层供气能力。选取鄂尔多斯盆地上古生界典型致密砂岩岩样,开展含水饱和度对致密砂岩岩样供气能力的影响实验,对比分析了有效应力与含水饱和度对不同渗透率级别岩样供气能力的影响。结果表明,有效应力增加,渗透率相对较低岩样产气贡献率明显下降,相对高渗岩样增加,有效应力增加加剧了岩样间供气能力差异;在原地有效应力条件下,随着含水饱和度升高,岩样供气能力显著下降,渗透率越低,供气能力下降也就越显著;渗透率级差越大,渗透率相对较低岩样产气贡献率就越低。     

陆相页岩吸附CH_4的热力学特征——以鄂尔多斯盆地延长气田上三叠统延长组页岩为例

为了完善等量吸附热的计算方法、明确陆相页岩吸附CH_4的热力学特征、揭示其吸附机理,选取鄂尔多斯盆地延长气田上三叠统延长组长7段页岩岩样,开展了页岩吸附CH_4的等温吸附实验并获得了过剩吸附量曲线,通过对比分析过剩吸附量与绝对吸附量之间的差异,阐明了基于不同类型吸附量的页岩等量吸附热特征。研究结果表明:①同一温度、压力条件下绝对吸附量大于过剩吸附量,绝对吸附量与过剩吸附量的差值在低温高压条件下较高,该差值与平衡压力符合指数函数变化关系,若采用过剩吸附量评价页岩储层的吸附性能,会造成评价结果偏低;②延长组页岩吸附CH_4的绝对等量吸附热、过剩等量吸附热分别与绝对吸附量、过剩吸附量呈线性正相关关系,吸附质分子间的作用力对等量吸附热的影响占主导;③绝对等量吸附热小于过剩等量吸附热,相对误差介于18.18%～49.79%,并且在低吸附量阶段相对误差较大,如果采用过剩吸附量作为基础数据计算初始等量吸附热,计算结果会偏高,从而造成对吸附剂与吸附质分子间的作用力的评价结果偏高。     

生物产气对煤层气可采性指标的影响

煤层气开发受多种因素的影响,为了研究生物甲烷代谢对煤层气开采指标的影响,选择不同煤阶的煤样进行了生物代谢模拟实验。通过生物产气数据、代谢前后煤样等温吸附和孔隙结构等参数测试,计算煤层气的采收率、含气饱和度、临储比等开采性指标并分析其变化规律。结果表明:1煤层生物产气能提高煤层气资源量,但随着煤变质程度的增加,生物产气量逐渐下降,同时煤的亲甲烷能力也降低;2生物产气对煤储层孔隙结构有明显的改善,其大孔数量和总孔容两个指标显著增加,从而提高了煤储层的孔渗性;3生物产气后煤储层的临界解吸压力、含气饱和度与采收率等开采指标也都有不同程度的提高,河南义马千秋矿和山西柳林沙曲矿煤样的含气饱和度提高的幅度较大,山西西山官地矿煤样的变化幅度次之,但总体的变化趋势具有一致性。结论认为,煤层生物产气不但能增加煤层气资源量,而且还有助于提高煤层的可采性。该研究成果可以为我国煤层气生物工程现场实施提供参考。     

致密砂岩气藏近井地带含水饱和度变化规律

致密砂岩气藏普遍含水,近井地带极易形成积液,从而导致气井减产甚至停产,因而研究近井地带含水饱和度变化规律对于认识气井产水机理具有重要的意义。为此,根据气井径向渗流原理设计了一套近井地带储层含水饱和度变化物理模拟实验流程,运用直径分别为10.5 cm、3.8 cm、2.5 cm的致密岩心由远及近串联以模拟气藏中直井压裂后的生产状况;基于气井降压生产方式,分别用20μm、30μm、40μm、50μm的微管来模拟气井油管以控制产气量,研究气藏衰竭开采过程中近井地带含水饱和度的变化及其影响因素,结合现场生产井资料计算气井近井地带及不同区域、不同微管直径下的含水饱和度及产水量,并分析其变化情况。研究结果表明:(1)不同采气速率各自对应一个临界含水饱和度,当原始含水饱和度低于临界值,近井地带和中部区域流动的地层水会随气体的采出而携出,近井地带不会产生积液;(2)当原始含水饱和度高于临界值时,由远端运移的地层水大量聚集在近井地带导致近井地带积液;(3)含水饱和度相同时,采气速率越大,越容易导致近井地带积液;(4)同一含水饱和度下,采气速率越大,产水越严重,采收率越低。结论认为,由物理模拟实验新方法计算得到的气井累计产水量图版与对应气井的产水动态具有较好的一致性,该研究成果可以有效预测气井产水量,对于气井采取合理的治水措施具有指导作用。     

页岩气容量法等温吸附实验气体状态方程优选

页岩气藏资源评价和开发的关键基础资料——等温吸附曲线,通常是通过容量法等温吸附实验获取的,决定其准确与否的关键是选择合适的气体状态方程来计算吸附/解吸气量。为此,针对不同气体状态方程对页岩气相态描述差异较大的情况,设计了简易、方便的气体状态方程优选评价实验装置和实验方案,该方法避开了对气体体积的频繁计算所带来的实验误差,仅通过测试不同状态下的压力即可评价气体状态方程的适用性,其原理和设备操作简单,计算方便。对实验结果的分析结论表明:(1)不同气体状态方程对甲烷的相态描述均有不同程度偏差,且压力越高偏差越大,页岩等温吸附实验中必须优选合适的气体状态方程来计算吸附气量和解析气量;(2)低压下(小于10 MPa)宜选用SRK方程、高压下(大于10 MPa)宜采用RK方程来计算甲烷气田相态变化;(3)总体上,结合我国页岩气藏埋藏较深、压力多在20 MPa以上的实际情况,RK方程能更好地计算出甲烷气田的相态变化特征,从而满足页岩等温吸附实验的需要。     

四川盆地页岩气储层含气量的测井评价方法

含气量是页岩气储层评价的一项重要参数指标,其值的高低直接影响着页岩气区块是否具有工业开采价值。而页岩气含气量主要由吸附气和游离气组成,其影响因素较多,包括孔隙度、含气饱和度、地层压力、地层温度、总有机碳含量等。为此,针对四川盆地蜀南地区下志留统龙马溪组页岩气储层开展综合研究,形成了一套系统的页岩气储层含气量测井评价方法 :(1)通过页岩岩心等温吸附实验,建立了兰格缪尔方程关键参数计算模型,并对吸附气含量主要影响因素地层温度、地层压力、有机碳含量进行分析及校正,提高了吸附气含量计算精度;(2)开展页岩储层孔隙度和含水饱和度精细评价,为精确计算游离气含量奠定了基础;(3)由于吸附态甲烷占据一定孔隙空间,扣除吸附气体积影响后,总含气量计算精度较高,与岩心分析数据具有较好的一致性。通过实验与理论的结合,所形成的四川盆地页岩气储层含气量评价方法在该区块具有较好的适应性,为现场试油层位的优选和区块资源潜力评价提供有效的技术支撑。     

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对凝析气藏开发动态和经济效益的正确预测需要正确模拟这类气藏的液态和相态。模拟流态最重要的是获取有代表性的凝析油气相对渗透率曲线,它是数模和试井分析中最常用的基础曲线,目前通常采用模拟油和模拟气相渗曲线来替代凝析油气相渗曲线。但低界面张力的传统油气在多孔介质中的流动规律并不同于凝析油气的流动规律,凝析油气物性非常接近,凝析油在水与凝析气之间形成一个水动力连续的夹膜,它随着凝析气一起流动。同时多孔介质特性、原生水、润湿性、重力、界面张力、粘滞力、流速等因素对凝析油气流动规律的影响作用也不同于对传统油气流动的影响作用。由于微观渗流规律不同,凝析油气相对渗透率的变化规律不同于传统油气相渗,不能用低界面张力油气体系相渗来代替凝析油气相渗,进而确定了实验实测相渗曲线的重要性和今后的研究方向。     

XAN-YZ页岩稳定剂实验研究

为提高页岩气钻井的井壁稳定性和承压强度,开发了页岩气水基钻井液体系,研究了XAN-YZ页岩稳定剂对不同钻井液体系流变性能、抑制性能和封堵性能的影响规律,同时开展了XAN-YZ页岩稳定剂对页岩微裂缝/层理愈合修复性能和作用机理的探索实验。实验结果表明,XAN-YZ页岩稳定剂加入聚磺钻井液体系后,能够改善钻井液的剪切稀释性能,对钻井液的滤失性能影响不大;在聚磺钻井液体系中加入2%XAN-YZ页岩稳定剂后,页岩膨胀率下降40%,滚动回收率提高16%,封堵承压强度由2 MPa提高到5 MPa以上。XAN-YZ页岩稳定剂通过化学反应在页岩微裂缝和层理中生成水化产物,形成致密的防水屏蔽层,迅速愈合修复页岩的微裂缝和孔隙,使滤液在页岩中的穿透压力由2 MPa提高到15 MPa以上。XAN-YZ页岩稳定剂在聚磺钻井液体系中的最佳加量是2%。XAN-YZ页岩稳定剂及其作用机理的研究为页岩气水基钻井液体系的研究提供了一个新的技术思路和手段。