固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响

目前针对于煤层气井近井部位固井水泥浆侵入的方式和形态规模、固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响机制及其与煤层气井开采效果的内在关联方面的研究较少。为了深化煤储层压裂裂缝延展理论并给煤层气井水力压裂施工方案优化提供支撑,选取沁水盆地煤储层中基质—裂隙发育组合迥异的区块,对部署在不同部位气井的固井水泥浆侵入方式和水泥环形态规模进行了系统刻画,分析了不同固井水泥浆侵入方式下的压裂力学判据,针对深部气井难于开挖解剖其固井水泥浆侵入特征的实际问题,提出了破裂压力当量的定义,在此基础上,对郑庄区块39口煤层气井的压裂排采数据进行了分析,总结了固井水泥浆不同侵入方式对煤层气井压裂、排采的影响。研究结果表明:①煤层气井固井水泥浆的侵入方式包含固井水泥浆正常充注型(硬煤基质)、加厚型(构造煤)及煤岩—水泥胶结界面型(硬煤裂隙带)等3种;②由破裂压力当量(pt)小于1.50 MPa,固井水泥浆均匀充注在气井井眼—套管环空,可以判断气井位于硬煤基质;由pt介于1.50～9.00 MPa,固井水泥浆沿井壁构造节理缝挤侵入储层内形成胶结滤饼,可以判断气井位于硬煤裂隙带;由pt大于9.00 MPa,固井水泥在井眼环空垮塌空间加厚形成纺锤体,可以判断气井位于构造煤;③位于硬煤基质的气井在排采期间气井产气量缓慢增加到峰值,并可在峰值部位稳产较长时间,而后产气量缓慢下降,位于构造煤的气井在排采初期很快见产,随后产气量迅速衰减,硬煤裂隙带气井在排采初期产气量快速上升并达到峰值,但稳产时间较短,而后产气量缓慢下降。     

煤层气储层割理的测井识别

在煤层气的勘探过程中,割理的识别对煤层气高产富集区的预测有着重要的意义,因此利用测井技术对割理的识别显得尤为重要。文章通过大量文献调研,首先对煤岩割理的地质特征、影响割理发育的主要因素及割理对储层渗透性的影响等进行研究,总结出煤层、煤层气、煤层割理的测井响应特征,最终归纳出煤层气储层割理的测井识别方法主要包括常规测井、成像测井及其他方法。研究结果表明,成像测井相比于常规测井对煤层气储层割理的识别,效果较明显。     

适合煤层气井固井的低密度水泥浆体系

煤层气井固井与常规天然气井固井有一定区别,前者的难点主要表现在：①低温低压下水泥浆强度发展缓慢;②水泥浆中的微颗粒对煤层割理与裂缝易造成充填与堵塞;③井壁稳定性差;④煤层属低压多压力系统剖面,地层压力系数变化规律性差,难以平衡压力固井;⑤煤层流体pH值呈酸性,易和水泥浆滤液反应产生沉淀污染储层。为提高煤层气井的固井质量,根据煤层气井的特点,确定了适用于煤层气井固井的低密度水泥浆体系的设计思路：①选择密度较低、粒径合适、抗压强度适当的减轻剂;②开发减轻剂和活性矿物微粉,利用其填充作用、级配调节作用和晶核作用来提高体系的力学性能;③选择性能良好的成膜型降失水剂和早强剂,控制水泥浆失水并提高早期强度;④确定合适的减轻剂、水泥、矿物微粉的加量比例和粒度分布,根据固井要求选定水固比配制水泥浆。据此开发出了水泥浆密度在1.20～1.50 g/cm³范围内可调,水泥浆失水量低,水泥浆在25～50 ℃条件下早期强度发展迅速,力学性能稳定,流动性良好,施工性能良好的低密度水泥浆体系。实验结果表明,该水泥浆体系能满足煤层气井固井的要求。     

某油田碎屑岩储层固井水泥浆及其损害机理

固井水泥浆对碎屑岩储层存在一定的伤害,从碎屑岩储层特征着手,系统分析了其伤害机理。     

固井水泥浆对储层损害的再认识

固井作业是油气田开发过程中的重要一环,其对储层的损害主要由水泥浆滤液造成且是永久性的。储层损害程度与水泥浆滤液组分和侵入范围有关,射孔完井时孔眼长度是否大于滤液侵入深度,直接关系到水泥浆对储层的损害程度和油气井后续产量。通过分析水泥浆对储层的影响,提出了一种根据固井施工设计参数计算水泥浆滤液最大侵入深度的方法。该方法所需参数容易获得,计算简便,考虑了水泥浆动态和静态滤失阶段的极限滤失情况,可作为射孔完井时射孔深度设计的参考,对油气井储层保护和射孔完井参数设计具有重要意义。一般来说,采用密度1.9 g/cm~3的水泥浆对砂岩储层进行固井时,水泥浆滤液侵入储层深度在常规射孔范围内,水泥浆对储层的污染可以忽略不计。     

保护煤储层的煤层气井固井技术

国内的煤层气井主要采用注水泥射孔方式完井,研究固井设计和施工的一些关键问题对于避免潜在的生产作业和开采效益风险具有重要意义。简要回顾了国内煤层气井固井施工和研究状况,分析了煤层气井固井的质量要求和保护储层需求,结合室内和现场试验提出了适用于煤层气井固井的水泥浆性能和施工设计方法。研究认为煤层气井固井中最重要的封隔要求是对煤储层顶板的封隔,首要的作业安全问题是防止漏失。综合考虑固井作业和保护储层需要认为:适宜的水泥浆密度范围为1.20~1.60 g/cm3,并应采用黏稠水泥浆在0.5~0.8 m/s的低返速下固井施工。现场应用的固井质量合格率达到100%,证明该研究结论适用于煤层气井固井。     

塔里木油田碎屑岩固井水泥浆储层损害实验研究

塔里木油田碎屑岩储层裂缝发育,储层压力亏空严重,固井过程中水泥浆渗透性漏失频繁,其固井水泥浆损害机理异于常规储层。研究针对碎屑岩储层特征,采用DKS-2型岩心孔渗联测仪分别测试了水泥浆滤液及固相颗粒对储层渗透率的影响,以XRD及SEM技术分析了水泥浆损害机理。结果表明,地层水中高价阳离子与
滤液中无机离子生成Caco₃、Mg(OH)₂等无机垢,与溶解高分子聚合物交联生成絮凝物质,是滤液损害储层的主要原因'漏失进入近井地带孔喉的水泥颗粒进一步水化,紧密粘结惰性外掺料及碎屑岩地层,形成致密封堵层,致使储层渗透率急剧降低。研究结果丰富及完善了现在储层损害机理,为进一步开展碎屑岩储层低伤害固井水泥浆技术研究奠定了理论基础。     

煤层气井储层的伤害及优选保护钻井工艺

介绍了我国煤层气储层孔隙和裂隙系统特征,分析了钻井液对煤气层储层的伤害机理。通过对煤层气钻井储层保护措施进行研究,提出了采用欠平衡钻井和微过平衡钻井等煤层气井储层的保护措施,该措施对煤层气储层开发生产具有很好的指导作用。     

固井水泥浆与钻井液接触污染作用机理

针对固井时水泥浆和钻井液掺混易产生接触污染,造成注水泥憋泵和危及作业安全的问题,对接触污染的作用机理进行了研究。比较了掺混钻井液和钻井液处理剂前、后的水泥浆性能,利用红外光谱、X-射线衍射仪、扫描电镜对掺混前、后水泥浆的物相和微观形貌进行对比,确定钻井液和钻井液处理剂对水泥浆性能及结构的影响;利用原子吸收分光光度计测定水泥浆滤液中离子种类及含量,考察了各类金属离子对钻井液和处理剂溶液的影响。研究结果表明了接触污染作用机理:水泥浆中Ca²⁺对钻井液产生"钙侵 "造成钻井液流变性能变差;水泥水化产生的Fe³⁺、Al³⁺可与钻井液中的多种聚合物类处理剂交联形成凝胶,凝胶的形成加之处理剂对水泥颗粒的吸附架桥,造成水泥浆体多级絮凝结构的加强,导致混浆流动性急剧降低。根据作用机理,可使用抗钙先导浆、在隔离液中加入掩蔽剂等措施来解决接触污染。解决接触污染措施在ST1井、MX17井尾管固井中的应用效果良好,为保证深井注水泥安全提供了有力的技术支持。     

基于X-CT技术对黔西滇东区域煤储层物性特征的研究

黔西滇东区域是我国煤层气勘探开发的资源潜力区,近年来煤层气勘探和矿场试验显示该区具有良好的煤层气勘探开发潜力。通过X-CT技术系统研究了该区的煤储层物性特征。研究表明,X-CT扫描技术可以很好地识别矿物、暗煤、镜煤和孔隙这4种介质,它们的CT数分别为:>1 800,1 500~1 800,1 000~1 500,<1 000 HU,但是具体CT数又因样品而异;通过X-CT扫描技术估算得到的煤孔隙度值为3.33%~7.14%,矿物含量为0.11%~89.03%,与氦气法和工业分析法得到的结果相关性很好; X-CT切片分析结果显示在应力作用下,原生煤具有最强的均质性,糜棱煤具有最强的非均质性,初碎裂煤和碎裂煤介于两者之间,表明煤岩在没有受到应力作用之前,煤岩组成在轴向上的均质性相对较好,后期的应力作用造成了煤中的煤岩组分、孔裂隙以及矿物的分布不均匀,煤岩非均质性增强;通过煤储层三维模型的建立,定量表征了研究区煤中矿物质、孔隙以及裂隙的空间分布特征,实现了煤储层的三维可视化。     

煤层气成藏机理及气藏类型划分——以鄂尔多斯盆地东缘为例

随着我国煤层气勘探开发工作的不断深入,定义和归纳赋存状态多样化的煤层气藏,并据此指导煤层气有利勘探目标优选就显得愈发重要。为此,在系统梳理国内外煤层气富集成藏理论的基础上,结合鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发的地质规律,借鉴常规油气藏按照圈闭成因进行分类的方法,提出了煤层气圈闭的概念和煤层气藏类型的划分方案。研究成果包括:①结合煤层、砂岩、泥岩和石灰岩在垂向上的组合关系,刻画了"泥裹藏、砂通煤、水包气"的气体封闭样式,"泥裹藏"即以泥岩等致密岩层封闭煤储层而成藏,"砂通煤"即上覆砂岩与煤层连通而与煤层统一形成气藏,"水包气"即在水力封闭和水力封堵作用下,气体在煤层中富集而成藏;②阐释了物性封闭、气压封闭、水压封闭和吸附封闭在煤层气藏形成过程中的作用,指出气藏开发的上、下限分别为风氧化带和地应力转折带;③提出了以构造、岩性、水动力和复合型圈闭为主导的气藏类型划分方案,并分别解剖了背斜、断层、向斜、地层—岩性、水力封堵和水力辅助型煤层气藏。     

基于等温吸附曲线的煤储层产气潜力定量评价——以黔北地区长岗矿区为例

含气饱和度、临储比等指标在用于煤层气选区选层评价时,未考虑煤层气解吸能力以及解吸过程中储层压力对气体解吸的影响,因而难以全面反映煤储层的产气潜力。为此,以煤样等温吸附实验为基础,提取临储压差、临废压差、有效解吸量、解吸效率等指标,建立了煤层气产出潜力的定量评价方法,并基于黔北地区长岗矿区煤层气井排采历史进行了分析验证。研究结果表明:(1)长岗矿区7号煤层的临储压差为2.35 MPa,0.2~1.0 MPa废弃压力下的临废压差介于2.06~2.86 MPa,煤层气有效解吸量介于9.32~18.9m3/t,具备较高的产气潜力;(2)研究区煤层气解吸过程只经历敏感解吸阶段,解吸效率高,煤层吸附时间短,见气后短时间内可获得较高产的气流;(3) FX2井煤层气产出潜力定量评价及排采历史验证了该区的煤储层具有煤层气开发产气潜力。结论认为:(1)研究区煤层气井排采初期应缓慢排采,尽可能减小降压速度、扩大降压漏斗波及范围和有效解吸半径;(2)优选相对高渗区及开展高质量的压裂,以扩大有效渗流半径,充分释放煤层气产能。     

基于氢、氧同位素的煤层气合排井产出水源判识——以黔西地区比德—三塘盆地上二叠统为例

有效的排采水源识别是煤层气多层合排诊断的重要举措,而水中稳定同位素是水源信息的指示计。黔西上二叠统发育多煤层,煤层气开发以直井多层合排为主,不同产层组合下产能效果差异显著,产出水来源得不到有效判识。为此,基于黔西比德—三塘盆地11口煤层气井产出水样品的定期采集,对产出水样、矿井水样和地表水样共计38个样品开展同位素地球化学测试,结合煤层气井生产数据,揭示了研究区产出水氢、氧同位素组成特征及其排采水源判识意义:基于研究区大气降水线方程,煤层气井产出水氢、氧同位素组成普遍显现D漂移特点,封闭型水中氢、氧同位素偏重,水-岩作用反应强烈;区分了典型高产井和典型低产井,低产井受制于表层水干扰,产出水表现为氢、氧同位素组成较轻且D漂移不明显,而高产井产出水以同位素组成较重、D漂移明显为特点。建立了反映产出水D漂移程度的参数,其数值与平均日产气量正相关而与平均日产水量负相关。结合Cl~-、Na~+离子浓度,建立了基于产出水地球化学特征的排采水源判识模板,区分出表层水、煤层水和压裂水3类水源,气井只有产出煤层水才能获得较高的产能。黔西地区比德—三塘盆地上二叠统上部含气系统由于容易受表层水干扰,排采条件欠佳且与中、下部含气系统兼容性差,建议优先开发中部和下部含气系统。     

热水沉积区黑色页岩稀土元素特征及其地质意义——以贵州中部和东部地区下寒武统牛蹄塘组页岩为例

为了弄清热水沉积与优质烃源岩发育两者之间的关系,以贵州中部和东部地区下寒武统牛蹄塘组页岩为例,通过对该区5个剖面(毕节市联兴村、贵阳市温水村、遵义市中南村、黔东南羊跳村、黔东南九门村)22个样品的主量元素和稀土元素进行测试分析,研究热水沉积作用影响下的稀土元素沉积特征,并利用稀土元素特征来判别热水活动强度及黑色页岩的沉积成因,进而结合有机碳含量探讨了热水沉积作用与优质页岩之间的关系。研究结果表明:(1)牛蹄塘组底部沉积受陆源输入、海相沉积和热水活动的共同影响,轻、重稀土元素在纵向上分异明显,底部重稀土元素相对富集,向上轻稀土元素相对富集,仅在热水活动最强的羊跳村剖面表现出稀土元素总量极低的特征;(2)在羊跳村剖面和中南村剖面附近存在2个热水活动中心,研究区由西向东受热水影响逐渐增大,热水沉积区的范围具有向九门村剖面东南方向延伸的趋势;(3)正常海相沉积和低温热水沉积的黑色页岩中δEu/Al(铕异常值/铝)、δY/Al(钇异常值/铝)值较低,随热水沉积影响强度增大而增大;(4)δEu1的烃源岩的有机碳含量普遍较高,δEu/Al和δY/Al介于5~10时,低温热水沉积作用有利于有机质的富集和保存,对优质烃源岩的形成具有增益作用。     

致密砂岩气储层微观孔隙及成岩作用特征—— 以川西新场地区须五段为例

为了更加准确地在川西新场地区三叠系须家河组五段中寻找有效储集体,利用岩石薄片、铸体薄 片、扫描电镜和微米 CT 扫描等资料,结合储层物性资料,对川西新场地区须家河组五段致密砂岩储层的 岩石学、微孔隙空间分布、成岩作用和储层物性等特征及储集空间类型进行了研究。 结果表明：须五段致 密砂岩储层岩石类型为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩,储层超致密,储集空间为纳米级晶间孔、微米级溶蚀 孔及成因不同的微裂缝,其中晶间孔为储集空间的主体;综合岩心微米 CT 扫描结果发现,有机质丰度在 一定程度上控制了孔隙的发育和分布,孔隙度随有机质丰度的增大而增大;微孔隙的形态和分布影响了 储层的连通性,其集中连片分布优于分散孤立分布。 压实、交代和胶结等成岩作用是导致砂岩致密化的 重要因素,溶蚀作用对改善储层物性有一定的作用,但对砂岩孔隙度改变不大。