储气库碳酸盐岩裂隙微粒运移实验模拟

储气库井在注采过程中因注采压力过大可能诱发微粒运移,为此,选用储气库碳酸盐岩储层岩心制取人工裂缝岩心,分别开展了应力敏感实验、干燥岩心和含水岩心气体速敏实验、模拟储气库注采压力增加时干燥岩心和含水岩心的流动实验,测试了实验过程中岩心渗透率,并借助扫描电镜对模拟储气库注采压力增加时和应力敏感实验前后岩心的裂缝壁面进行检测,揭示储气库注采过程中微粒运移机理。实验表明:干燥岩心和含水岩心的速敏程度分别为中等偏弱—中等偏强和中等偏强—强,岩心应力敏感程度为弱—中等偏弱;模拟储气库注采压力增加时干燥岩心和含水岩心的平均渗透率损害率分别为77%和84%。研究认为,注采过程中的裂缝壁面的微粒在高速气流拖拽作用下发生拉张破坏和有效应力下岩石被破坏是微粒运移的重要诱发机制,含水情况下岩石强度弱化,会强化微粒运移。建议合理控制注采压力和减少流体进入储气库井,防止产生大量微粒,最终影响储气库的多尺度注采,同时对于合理控制储气库的注采压力具有借鉴意义。     

储气库井注气压力剧变诱发微粒运移实验模拟

微粒运移是一种重要的储层损害类型,地下储气库井在注气过程中因注气压力递增或波动而诱发储层微粒运移。当前,基于储气库注气压力变化下的微粒运移机理尚不明确,且少有系统开展模拟储气库注气压力变化下的微粒运移实验研究。为此,选用相国寺储气库黄龙组碳酸盐岩储层岩心制取裂缝岩心,分别开展了应力敏感实验、气体速敏实验、模拟储气库注气压力递增和压力波动情形下的岩心流动实验,测试压力递增和压力波动的岩心渗透率和出口端微粒浊度,并借助X射线衍射和扫描电镜等手段,分析储层微粒运移的潜在微粒类型,揭示了储气库注气压力动态变化诱发储层微粒运移机理。实验表明:①驱替压力递增和压力波动实验中的压力梯度远大于速敏实验中岩心发生速敏时(微粒运移)的临界压力梯度,岩心应力敏感程度为弱~中等偏弱;②驱替压力递增和波动下岩心平均渗透率损害率分别为77%和57%;③驱替压力递增和压力波动引起储层裂缝壁面脆弱结构附着能力下降是微粒运移的重要诱发机制。分析认为,注气压力递增或频繁波动会诱发储气库储层微粒运移损害,应预防钻完井过程中外来固相微粒侵入,并对储层中固有微粒进行清除。     

深层高温裂缝性致密砂岩气藏流体敏感性实验研究

随着常规天然气资源的减少,深层致密砂岩气藏将成为天然气勘探开发的热点。然而致密砂岩气藏具有低孔低渗、黏土矿物丰富多样、裂缝发育等工程地质特征,在作业过程中储层易受损害,气井的产能远远低于预期值。为此,选取川西大邑构造T3x3致密砂岩岩样,采用逐渐增大压力梯度的速敏实验新方法,开展了室温20℃与高温120℃条件下裂缝岩样的速敏与碱敏实验。实验结果表明,室温储层速敏程度为中偏弱～中偏强,高温为强;室温储层碱敏程度为无～弱,高温为中偏弱～强,储层高温流体敏感性明显地强于室温流体敏感性。分析指出,矿物热膨胀、岩石表面性质改变、矿物溶解度及溶解速率增大、外来流体与储层矿物的反应速率增加导致微粒分散运移加剧等是高温流体敏感性增强的主要原因。     

酸蚀前后碳酸盐岩储层速敏性和水敏性变化研究

大多数碳酸盐岩储层需要酸化、酸压处理,酸蚀后岩样的流体敏感性行为具有重要研究价值。以往对碳酸盐岩储层的敏感性研究集中于应力敏感和碱敏或者常规的流体敏感性,酸蚀后岩样的流体敏感性研究几乎为空白。文章以四川盆地某典型碳酸盐岩储层为研究对象,进行酸蚀后岩心速敏、水敏实验,并与常规速敏、水敏实验对比。结果表明,常规速敏评价损害程度弱中等,酸蚀后增至中一强;酸蚀后岩样水敏性程度整体有加强的趋势。酸蚀后岩心基质变得疏松,孔缝中微粒容易脱落,产生微粒运移。伊利石、绿泥石分散／运移及硬石膏水化膨胀、溶解一再沉淀是储层酸蚀后水敏性加强的主要原因。碳酸盐岩储层在酸化、酸压等增产措施中应该重视酸蚀后敏感性的强化问题,加强实验评价。     

渤中25-1油田储层敏感性试验研究

利用渤中25—1油田的油层取心岩样,按照我国石油天然气行业有关标准,试验研究了渤中25—1油田储层岩石的流速敏感性、水敏性、盐敏性、碱敏性和酸敏性。研究结果表明,渤中25—1油田储层岩样速敏损害指数为0．176-0．206,速敏损害程度弱;岩样的水敏损害指数为0．665～0．723,水敏损害程度中等偏强至强水敏,岩样的碱敏损害指数为0．248-0．263,碱敏损害程度弱,岩样的盐酸酸敏损害指数为0．250-0．293,具有弱酸敏。为油田的合理开采提供了依据。     

储层中微粒运移现象的实验判断

储层中微粒运移是储层损害的主要因素之一。利用速敏、正反向流动两种岩心流动实验可以直观判断储层中微粒运移，速敏实验是判断储层岩心微粒运移状况的基本方法。但单独运用速敏实验并不可靠，需要以正反向流动实验及储层相关地质资料为辅助加以分析判断。根据正反向流动实验曲线中渗透率的变化，可判断微粒运移。通过储层岩矿成分分析及胶结状态的观察结果等储层地质资料的分析，可以预测或验证岩心微粒运移现象的发生状况。     

煤储层多级强脉冲加载压裂破岩机理理论研究

针对我国煤储层"三低"的特性及煤气井单井产量较低的难题,研究多级强脉冲压裂技术的加载压裂破岩机理。依据岩石破裂的第一强度理论,建立力学模型,为多级强脉冲加载下的煤岩体破裂提供了理论依据。研究结果表明:火药在井筒中燃烧产生大量高温、高压气体不断往射孔孔眼中喷射,致使射孔孔眼内压力不断升高。当其压力大于煤岩体破裂压力时,煤储层发生破裂产生裂缝,煤储层压力得到释放,煤层气得到解吸,解吸的煤层气通过产生的裂缝形成有效的渗流过程,从而提高了煤层气井的单井产量。     

深水疏松砂岩储层微粒运移损害的控制方法

中国南海深水疏松砂岩油气层钻完井作业中，易发生微粒运移、堵塞，造成储层损害，需要探索微粒运移损害的控制方法。选用南海深水疏松砂岩储层岩样，通过微粒吸附和释放实验以及岩心动态损害评价实验，探讨了纳米材料控制微粒运移损害的作用效果；实验分析了纳米颗粒吸附对岩石表面形貌、粗糙度及电性的影响；利用微粒与吸附纳米颗粒的岩石孔壁之间的相互作用能计算模型，分析了不同离子强度下储层微粒与岩石孔壁之间的总相互作用势能及作用机制。结果表明，纳米颗粒能有效控制深水储层微粒的运移，将其吸附并固定在孔壁表面。随着流体离子强度增加，控制运移的作用效果增强。其中，纳米氧化铝NP-1的作用效果最好，可明显提高深水储层岩心的渗透率恢复值，并且与深水钻井完井液具有良好的配伍性。模型计算结果表明，吸附纳米颗粒后，岩石孔壁与储层微粒之间的总相互作用势能下降，有利于岩石孔壁吸附、固定微粒，原因是纳米颗粒的吸附增加了岩石表面粗糙度及黏附力矩，也影响了表面电荷分布，有利于降低排斥势垒，并使初级势阱加深，提高岩石表面固定微粒的能力。因此，深水钻完井中，可通过加入纳米颗粒、适当提高工作液矿化度来减少微粒运移引起的储层损害。     

波动注入水力压裂诱发微地震的力学机制及其对压裂效果的影响

水力压裂岩石裂缝的扩展诱发天然微地震。传统水力压裂区微地震引起的应力重新分布范围有限,小震级地震波的作用也有限,这些微地震不可能触发较远储层的地震,一定程度上限制了水力压裂改造效果。为此,提出了波动注入水力压裂诱发较大范围“微地震”的想法。根据流体力学理论建立了波动注入水力压裂井筒不稳定流动的压力振动模型,分析了人为诱发“微地震”的井底压力振动源和岩石损伤断裂机制;研究了波动注入水力压裂人为诱发的“微地震”震源特性和力学机制,分析了微地震对水力压裂效果的影响机制。分析结果表明,波动注入水力压裂人为诱发的微地震震源破裂信号频率随裂缝长度的增加而降低;对于断层和天然裂缝发育较多的储层,波动注入水力压裂导致岩石破裂诱发微地震的力学机制主要是储层中断层或天然裂缝的剪切滑移;对于非裂缝性储层,波动注入水力压裂导致岩石破裂诱发微地震的力学机制是人为地震效应和损伤—断裂效应。研究结果表明,波动注入水力压裂能够人为诱发“微地震”,增加储层的“微裂缝”,扩大自然微地震的波及面积,增强压裂作业的增产效果。     

页岩气井压裂返排液对储层裂缝的损害机理

为了弄清压裂液返排过程中对页岩气储层裂缝的损害机理,选取四川盆地长宁区块下志留统龙马溪组页岩和压裂返排液,利用压裂返排液对造缝岩样开展压裂液返排和气驱压裂液实验,监测压裂液返排流动阶段的岩样液相渗透率、返排液固相粒度分布和浊度变化,对比压裂液气驱前后的气测渗透率,分析压裂返排液对页岩气储层中裂缝的损害机理与损害程度。研究结果表明：①压裂返排液作用后,页岩渗透率损害率介于53.1%～97.6%,返排液固相粒度区间显著缩小,液相滞留所造成的相圈闭损害、固相残渣堵塞、气相携液诱发微粒运移和盐结晶是其主要的损害方式;②气相流阶段,渗透率损害率降至23.1%～80.2%,滞留液相损害有所缓解,但固相残渣堵塞和返排液在裂缝面的盐结晶损害仍然难以避免;③基于页岩气井压裂液返排过程中对裂缝的损害机理,考虑到返排液的处理难度及其对储层裂缝的损害,建议应积极发挥压裂液的造缝能力,优化压裂液性质与用量,尽量做到不返排或少返排压裂液。     

低渗透气藏压裂井三项式方程推导及应用

低渗透气藏压裂前自然产能很低或基本无产能，压裂是低渗透气藏增产和保持经济开采的重要措施。传统的二项式产能方程只能描述高速非达西渗流，对于这种低渗压裂井，地层的低渗透性和裂缝的高导流能力使得其渗流规律已经和压裂前大不一样，二项式产能方程已无法描述气井的生产状况，必须建立新的产能方程。文章从渗流力学基本理论出发，建立了低渗透气藏压裂井三项式产能方程。该模型全面考虑低渗透气藏压裂井的低速非达西渗流和高速非达西渗流的影响，得出了低渗透气藏压裂井渗流阻力由三部分组成，即启动压力阻力、粘滞阻力、惯性阻力，三者同时存在使得渗流阻力加大，并提出了低渗压裂井产能预测方法，能够更精确地确定渗流阻力系数和合理产量等重要参数，为科学合理开发低渗透气藏提供了理论依据。     

滑溜水在裂缝性碳酸盐岩体积酸压中的研究与应用

滑溜水是页岩气、致密油非常规油气藏体积改造中应用最广泛的压裂液体系,旨在利用低黏滑溜水强的穿透性能激活天然裂缝提高裂缝复杂程度。基于深层裂缝性碳酸盐岩储层基质物性差、非均质性强,裂缝是主要储集空间和渗流通道的储层特征,提高改造体积是实现高产稳产的核心,需采用低黏流体大排量注入来提高天然裂缝激活几率,提出滑溜水、冻胶和转向酸复合的体积酸压技术。评价了新型聚合物类滑溜水性能,利用室内实验（大物模、酸液滤失）和数值模拟相结合的方法研究了滑溜水在体积酸压中的作用机理,研究表明:新型聚合物类滑溜水具有较好的减阻性能,能够降低施工管柱摩阻,实现大排量施工,助力改造效果提升;滑溜水大排量注入形成复杂裂缝,低黏酸液注入形成酸蚀蚓孔提高裂缝连通性,滑溜水与低黏酸交替注入,实现微细裂缝"水力+酸蚀"缝网构建。上述研究成果现场应用显著,AT3x井压后获日产油35 m3、日产气50.3×104 m3高产油气流,为国内超高温深层复杂储层高效改造提供新的技术指导。      

预防支撑剂回流的纤维增强技术实验研究

支撑剂回流对压裂井有着不利影响,油气田上提出了多种方法来消除或减少支撑剂的回流,其中以纤维增强支撑剂技术最具发展潜力。通过配伍性实验,从5种纤维材料中筛选出了在压裂液中分散性好、不影响压裂液性能的纤维材料A样。把A样纤维和支撑剂混合后,进行了不同闭合压力、不同压裂液粘度和不同纤维浓度的支撑剂充填层稳定性测量实验,并优选出合适的纤维加量为0.9%-1.2%。实验结果表明,加入纤维后,支撑剂充填层的临界出砂流速提高了10倍以上,明显增强了支撑剂充填层的稳定性,对预防支撑剂回流返吐非常有效;同时纤维对支撑剂导流能力的影响可以忽略不计,即不会降低压裂井的增产效果。     

低渗压裂气井合理产量确定方法研究

我国存在大量的低渗透气田，由于自然产能低，需要进行压裂后才能生产。如果压裂后配产不合理，将导致出砂、裂缝闭合、气井出水等不利情况。为此，根据低渗透气藏需要进行压裂生产的特点，运用质点动力学的方法，建立裂缝中存在压裂砂情况下的临界气流速度公式。研究了保持压裂裂缝导流能力的最大生产产量的确定方法，为矿场的合理生产奠定基础。     

基于不稳定渗流压裂水平气井产能研究

对于低渗、特低渗气藏，用水平井开采不一定能取得满意的效果，水平井水力压裂技术已成为开采低渗透气藏的重要手段，水平井压裂后的产能预测又是水平井压裂技术的一大难题。文章以生产过程中裂缝内流体的非稳态流动为基础，应用复位势理论、叠加原理和数值分析求解方法，并考虑压裂水平井地层渗流和水平井筒管流耦合，建立了压裂水平井多条裂缝相互干扰的产能预测新模型，使计算结果更加合理。计算结果表明：该模型计算产量与实际生产数据符合率高；水平井筒内的压力损失对压裂水平井的生产动态有一定的影响；水平井内每条压裂缝的产量并不相等，端部裂缝的产量高于中部裂缝的产量；水平井筒内的压力呈不均匀分布，从指端到根端压力逐渐降低；裂缝不对称会使压裂水平井产量降低。研究成果对低渗透气藏的压裂水平井的设计具有一定的指导意义。     

低渗气田压裂气井合理产量的确定

低渗透气藏如果压裂后配产不合理,将导致出砂、裂缝闭合等不利情况,达不到增产的目的。综合考虑影响低渗压裂气井出砂产量的各方面因素,运用质点动力学的方法,建立了裂缝中存在压裂砂情况下的临界气流速度公式,只要气井产量小于该临界产量就不会破坏裂缝中的支撑砂粒,能使裂缝保持长期的有效性。得出裂缝宽度、裂缝高度、支撑剂砂粒直径、支撑剂砂粒密度及气体密度是影响压裂气井产量的因素。研究了保持压裂裂缝导流能力的最大生产产量的确定方法,能使裂缝保持长期的有效性,为矿场的合理生产奠定基础。通过对Cq气田某井的计算分析,表明所建立的模型是正确合理的。     

大情字井区裂缝性油藏的压裂优化设计

大情字井区是一个具有亿吨级储量规模的大型油田，地质情况比较复杂，裂缝比较发育，压裂施工成功率较低，加砂量小，起不到有效认识储层产能的作用。根据大情字井区裂缝性油藏的特点，阐述了裂缝性油藏的压裂设计思路、压裂优化设计和压裂施工的难度，提出裂缝性油藏和非裂缝性油藏压裂设计的不同之处。根据大情字井区体育场层的地质条件，采用降滤失措施和压裂优化设计，提高了裂缝性油藏的施工规模，有效地认识了储层的产能。给出了大情字井区裂缝性油藏压裂的实例。     

压裂井预防砂刺的综合措施研究及应用效果评价

压裂井在施工后期进行排液测试及采气过程中，常有支撑剂回流、刺坏地面流程的情况发生，增加了施工难度及施工费用，给压裂井顺利投产和正常输气带来不利影响。通过对压裂井出砂原因进行分析，提出了具体的预防对策，列举了几种新型的加砂压裂工艺技术在川西气田试验井的现场应用，为今后川西气田开展加砂压裂新工艺、新技术提供了可靠的参考资料。     

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文章对水平压裂气井的渗流过程进行了分析，将气体从地层流入水平井底的压降分为三部分：一是气体从地层基质流入到裂缝，通过复位势理论和势的叠加原理得出了有关产能的压降方程；二是从裂缝流入到水平井段，通过对裂缝微元体的分析，得出有关裂缝参数的产能压降方程；三是气体从水平井段指端流入水平井段跟端，通过动量定理得出考虑井筒摩擦等影响因素的产能压降方程。根据得出的这三部分压降方程，考虑各部分间的连接条件，得出了含多条垂直裂缝的水平压裂气井的产能预测模型，通过编程求解了该模型，并分析了裂缝半长、裂缝条数以及裂缝在水平井筒中的位置对水平压裂气井产能的影响，从而为压裂后的产能评价及压裂井的优化设计提供了可靠的理论基础。     

实现快速排液的纤维增强压裂工艺现场应用研究

川西新场气田在压后排液测试及采气初期，常常出现支撑剂回流返吐的问题，给压裂井测试和正常输气造成不利影响。为此，文章进行了不同闭合压力、不同压裂液粘度和不同纤维浓度的支撑剂稳定性测量实验，结果表明，加入纤维后的支撑剂充填层的临界出砂流速提高了10倍以上，稳定性显著增强，对预防支撑剂回流非常有效。CX483井现场试验表明，采用纤维增强加砂压裂工艺，排液速度明显加快，排液时间显著缩短，见气时间显著提前，达到了“能快速、高效排液，避免支撑剂回流返吐”的应用效果。这项工艺的成功应用，为进一步降低川西低渗致密气藏压裂液的滞留伤害和预防因地面管线的冲蚀破坏而造成的安全生产隐患提供了可靠的技术保证，具有良好的推广应用前景。