泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置与压力传递实验新技术

建立了压力传递实验技术以及泥页岩极低渗透率、半透膜效率计算模型,得到了压力传递技术测定泥页岩渗透率和半透膜效率的计算公式,研制了泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)。定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩-水基钻井液体系半透膜效率,证明了极低渗透率泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应,且半透膜效率与无机盐种类有关,泥页岩渗透率和半透膜效率可以通过物理-化学的方法得以改善。压力传递实验技术的建立为深入开展泥页岩井壁化学-力学耦合作用机理研究以及高效防塌水基钻井液体系的研制,提供了一种先进的实验研究手段。     

泥页岩测试专用三轴岩心夹持器的研制与应用

研制了一种能够模拟井下高温高压及循环流动条件下的专用于泥页岩测试的三轴岩心夹持器。该夹持器能真实模拟井下温度、压力和循环流体流动条件下的储层渗透率变化规律,通过试验可建立压力传递和化学渗透试验模型,定量测定泥页岩极低渗透率和泥页岩膜效率;能解决单一通过泥页岩极低渗透率和膜效率测试的力化(力学与化学)耦合模型评价井壁失稳的局限性,从而更有利于优选适合井壁稳定的钻井液和完井液体系。     

泥页岩膜效率测试装置及测试技术研究

在对泥页岩膜效率测试原理分析的基础上,推导了通过压力传递技术测定泥页岩膜效率的计算公式,并研制了泥页岩膜效率测试装置。用该装置对泥页岩膜效率进行测试,测试结果表明,该装置测试方便,精确度高,能有效测试泥页岩的膜效率,准确评价钻井液对泥页岩膜效率的影响。泥页岩膜效率测试技术的建立,为深入开展泥页岩井壁化学/力学耦合作用机理研究以及研制高效防塌水基钻井液提供了有效的试验手段。     

多因素耦合钻井液密度窗口随钻监测技术研究与应用

随钻监测钻井液密度窗口对钻井现场施工来说具有极其重要的意义。通过测量岩屑的声波时差和渗透率及膜效率等参数,利用岩石的声学性质与力学参数的关系得到地层岩石的力学参数,结合地应力参数,得到井壁周围岩石的应力分布,计算出地层的坍塌压力和破裂压力。在建立流-固-化耦合作用下泥页岩井壁稳定分析模型的基础上,开发出了流-固-化耦合作用下泥页岩地层钻井液密度窗口随钻监测软件LSC-Mud weight monitor,并对涠洲油田涠二段泥页岩进行了钻井液密度窗口的监测,与未利用该软件前相比,钻井速度得到大幅提高。     

泥页岩膜效率测定仪的研制

泥页岩膜效率是评价井壁稳定性的重要参数之一,利用化学势原理研制开发了泥页岩膜效率测试仪,可以根据不同地层特征选择相应渗透率的岩心进行实验.研究结果表明,该仪器测试方法简单,精确度高,能有效评价不同钻井液体系的成膜效率,为井壁稳定机理研究及钻井液成膜效率评价提供了必要的实验研究手段.     

泥页岩和钻井液间的压力传递测试技术研究

研制了泥页岩和钻井液间压力传递测试装置,介绍了压力传递测试的基本原理和压力传递测试装置的应用,即测定泥页岩的渗透率、泥页岩的膜效率及研究钻井液对泥页岩性能的影响。实验结果证明,泥页岩和钻井液间压力传递测试装置可靠性好,实验结果与文献资料提供的数据相吻合,验证了可通过物理／化学的方法改善泥页岩的膜效率及延缓压力传递的事实,为深入开展泥页岩井壁化学／力学耦合作用机理提供了一种先进的实验手段。     

基于测录井信息的泥页岩渗透率优化计算方法

以苏北盆地G凹陷阜宁组泥页岩地层为例,采用统一的孔隙度渗透率关系、变指数Timur模型等计算渗透率误差较大,主要因素是裂隙渗透率计算不准确。分析裂隙的测录井响应特征,发现泥页岩发育裂隙时多数为脆性矿物含量高的灰质岩相,借鉴敏感测录井变量的气泡图、雷达图可较好地识别泥页岩发育裂隙的层段,以此为基础,分有、无裂隙建立渗透率模型,精度有明显改进。裂隙发育层段灰质含量高、自然伽马值低,裂隙渗透率与自然伽马值有明显负相关关系,提出利用自然伽马值对渗透率进行校正,得到渗透率优化计算公式。在对自然伽马曲线进行高分辨率处理后,利用该方法计算渗透率效果较好,提高了泥页岩裂隙渗透率的计算精度。     

水基钻井液成膜技术研究

介绍了一种新型的有机硅酸盐半透膜抑制剂BTM-1。通过钻屑回收率试验、泥页岩水化趋势作用试验、泥球浸泡试验和膜效率测定，评价了BTM-1抑制剂对泥页岩水化膨胀及分散性能的抑制作用及其半透膜效能。研制了与半透膜相配伍的具有良好抗盐抗温性能的降滤失剂CFJ-1；介绍了具有隔离膜性能的成膜降滤失剂钻井液性能，用扫描电镜试验，测定了隔离膜的结构特征，对隔离膜降滤失机理进行了初步探讨。给出了具有半透膜、隔离膜的成膜钻井液配方。评价了成膜钻井液的抑制性、抗盐性和抗温性能，通过动滤失量试验、渗透率恢复值试验评价了成膜钻井液保护储层效果。荧光及毒性试验表明，成膜钻井液体系无荧光、无毒性，满足国际环保要求。     

泥页岩压力传递特性的实验研究

井壁失稳一直是困扰油气井工程的难题,泥页岩渗透特性的定量测定是评价泥页岩井壁稳定性的重要指标之一.由于泥页岩的低渗透性,无法利用常规方法测定,借助于泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)和压力传递实验新技术,定量测定了泥页岩渗透率,评价了钻井液处理剂阻缓压力传递特性及效果,并分析了其作用机理,为高效水基防塌钻井液体系的研制和开发奠定了室内实验基础.     

含气页岩渗透率实验

采用压力脉冲衰减法测量了岩心柱的渗透率,讨论了内压和有效应力对渗透率的影响。同时,采用岩屑压力衰减法测量了页岩基质渗透率,并基于控制变量法优选出页岩基质渗透率实验参数。研究表明:在低内压的条件下,由于滑脱效应使渗透率增加;页岩渗透率随有效应力的升高呈非线性降低,孔隙压力越低,应力敏感性越强,有效应力在升高、降低过程中存在应力—应变滞后回线。岩屑压力衰减法测量基质渗透率实验的初始压力为1.3~1.38 MPa,岩屑平均粒径为0.7~1 mm,岩屑样品质量为25~30 g。     

新型铝基防塌剂的研制及防塌作用机理

为了有效阻缓泥岩中压力传递及滤液侵入,提高泥岩井壁稳定性,研制了高效铝基防塌剂腐殖酸-铝(HA-Al)。泥岩压力传递和半透膜效率测试结果表明,腐殖酸-铝较聚合醇、硅酸钠(模数2.8)、沥青更能有效阻缓泥岩中的压力传递,较聚合醇、硅酸钠(模数2.8)更能有效提高泥岩半透膜效率。与其作用后的泥岩样品中传递1 MPa的压差需要约为20 h,较作用前的泥岩(约为1.5 h)有大幅度提高,泥岩两侧的渗透压也由初始的1.28 MPa增至3.60 MPa。借助核磁、扫描电镜(SEM)和能谱测试结果可知,腐殖酸-铝可通过在泥岩表面孔隙中形成团絮状沉淀,对泥岩表层0~1.5mm范围内孔隙进行充填封堵(封固),封堵层更为致密,腐殖酸-铝是一种高效的封堵防塌剂。     

页岩储层基质气体扩散能力评价新方法

为了更好地评价页岩气在储层基质岩块中的流动能力,以便准确地预测页岩气水平井产量变化规律,以Fick第一定律为基础,依据物质平衡方程,建立了考虑在压差引起浓度差的作用下气体广义扩散能力评价模型,并提出了页岩气体扩散速率系数和扩散效率计算方法。在此基础上,设计了相应的页岩气体扩散能力评价实验装置和实验流程,通过在不同实验条件下的气体扩散实验,获得了随时间变化的气体累积扩散量,利用实验数据计算获得了页岩气体扩散系数、扩散速率系数、扩散效率及流动系数,进而对页岩扩散能力的影响因素进行分析。研究结果表明,页岩基质中的气体主要以广义扩散的方式为压裂裂缝中气体流动提供重要补充;页岩渗透率决定着页岩气体扩散能力大小,渗透率越大,扩散能力越强,而孔隙度与页岩扩散能力相关性小。     

致密砂岩和页岩渗透率实验研究

对于致密砂岩和页岩来说,渗透率的准确测量是比较困难的。为了改善这一现状,对致密砂岩和页岩的渗透率进行了研究,给出了一种新的实验研究方法。实验采用专门设计的仪器,通过应用压力传感技术,在不同的有效压力条件下,测量了致密砂岩、天然和人工页岩的气体及液体渗透率。通过考虑有效压力对岩样渗透率的影响,建立了岩样渗透率与有效压力的关系式。实验结果表明。该实验方法能够较准确地测定致密砂岩和页岩的渗透率;岩样的渗透率随着有效压力的增加而呈非线性减小。且与有效压力呈对数关系;所建立的方程与实验数据具有很好的吻合性,拟合相关系数高达98％以上。这说明该实验方法和建立的方程是合理的,可为从事相关工作的科研人员提供参考。     

页岩注入超临界CO2渗流及增透实验

以四川省长宁县双河镇燕子村龙马溪组页岩为研究对象,采用自行研制的三轴渗流装置,开展了考虑注入压力和体积应力影响的页岩中超临界CO₂渗流及增透规律实验研究。结果表明：页岩中超临界CO₂渗透率随着孔隙压力增大呈现先减小后增大趋势,当孔隙压力较小时存在Klinkenberg效应;随体积应力的增大渗透率逐渐减小,曲线基本呈现负指数变化规律。开展不同增透条件下页岩中CH₄渗流实验,宏观量化分析超临界CO₂注入压力对于页岩增透效果的影响,可以得出随着超临界CO₂注入压力的增加,CH₄渗透率呈现上升趋势,但增长幅度先上升后下降,即超临界CO₂注入压力为9.5MPa时增透效果最为明显。通过微观分析页岩元素含量得出超临界CO₂可以萃取和溶解页岩中的O、Ca、Mg等矿物元素,有效促进页岩内部微孔隙的发育,致使页岩渗透能力增强。     

采用多点地质统计法重构页岩的数字岩心

由于实验设备获得的页岩岩样大多是微米或毫米尺度,如果要获得更大尺度和范围内的孔隙结构,必须通过对其特征的三维重构才能实现。为此,提出了基于纳米精度的体数据与多点地质统计方法的页岩三维数字岩心重构方法。以页岩纳米CT数据为训练图像,使用数据模板提取其中的结构特征,通过多点地质统计方法将结构特征重构到数字岩心中;形成了以变差函数曲线、孔隙直径分布和孔隙连通性来判别重构岩心与真实页岩结构相似度的判别方法 ;基于格子玻尔兹曼方法验证了相似度评价方法。结果表明:(1)变差函数可以检验重构岩心与真实岩心的空间相似性,孔隙直径分布和孔隙连通性可以检验流动特征的相似性;(2)当变差函数曲线、孔隙直径分布和孔隙连通性相似时,重构岩心与真实岩心的渗透率相近,表明所提出的重构方法与结构相似度评价方法是有效的;(3)由于强非均质性,不同位置的重构页岩岩心渗透率差异可超过100倍。该研究成果对构建三维大尺寸强非均质性页岩数字岩心、认识页岩孔隙结构、分析流动规律具有指导作用。     

国外水基钻井液半透膜的研究概述

介绍了近年来国外对水基钻井液半透膜效应机理的研究成果，以及在此基础上对钻井液体系进行的研究讨论。认为，孔隙压力扩散是导致井壁失稳的根本原因，孔隙压力扩散的快慢取决于泥页岩的渗透性、弹性和钻井液与井壁之间物理化学作用等边界条件。通常情况下，渗透率越低，压力增长越慢。只有膜效率高的钻井液体系才能有效控制和延缓孔隙压力的扩散，进而维护井壁的稳定。提高水基钻井液半透膜效率的措施为：①封堵裂缝和高渗透泥页岩的孔隙；②超低剪切条件下增加液相粘度；③降低钻井液活度；④改善泥页岩膜的理想性。并以此为标准，对各类钻井液进行了系统研究，结果发现：MEG钻井液、甲酸盐钻井液、聚合醇钻井液和硅酸盐钻井液具有良好的抑制性和发展前景。     

鄂尔多斯盆地长7段页岩油渗吸驱油现象初探

鄂尔多斯盆地长7段陆相页岩油储层孔渗小,连通性差,通过单纯的水驱作用难以采出,盆地页岩油的开发主要通过大规模体积压裂增加油水置换面积进而增加采收率.开发实践与室内实验证明,储层流体与井筒流体之间存在渗吸置换现象,且通过油水渗吸置换采出的页岩油占比为15％～40％,为页岩油的有效开发提供了新的思路.通过岩心外边界敞开实验...