煤岩气层损害机理与评价方法

目前国内外煤岩气层损害评价尚缺少统一的评价标准与指标。基于煤岩气层特点,分析了煤岩气层损害类型与机理,归纳了国内外分别从煤岩气层解吸性能、扩散性能和渗流性能进行评价的单一环节损害评价方法,分析各评价方法的优缺点及其适用条件。应力敏感、固相侵入与堵塞、聚合物吸附滞留、碱敏、煤粉运移堵塞是煤岩气层主要损害类型;煤岩气层损害既影响煤层排水,也影响煤层气产出,而煤层排水能力也影响煤层气产出;煤层气单一传质过程储层损害评价不全面,亟待建立单一传质过程结合多尺度传质过程的煤岩储层损害评价方法,但渗透能力评价仍然是关键,同时要考虑具有吸附气条件下水相渗流能力的损害评价。      

川中地区保护裂缝性致密砂岩储层屏蔽暂堵技术室内研究

川中地区上三叠系致密砂岩气藏,粘土矿物含量高达15%,平均孔隙度为4.2%,平均渗透率为0.05×10-3μm2,其中50%的喉道半径在0.25μm以下,微裂缝一定程度发育,漏失严重,钻井液的侵入往往对储层造成不可挽救的永久损害,致使气藏开发效率极低。通过对气藏地质特征的深刻认识以及对原钻井液进行粒度分析、暂堵效果评价,提出原工作液粒径主要分布在60~110μm之间,粗颗粒含量已能达到屏蔽暂堵的要求,但是细颗粒和堵裂缝的纤维状粒子不够,因此形成的屏蔽环致密程度不够、渗透率高。对原钻井液进行了改性,加入了适当的架桥粒子、填充粒子以及变形粒子。评价实验结果表明,改性钻井完井液的自然返排恢复率可达89.02%,形成的屏蔽环能承受15 MPa以上的返排压差,因此能有效保护好储层。指出,采取对原钻井液改性来使其达到保护储层的要求的方法,可有效节约作业成本。     

GA-BP神经网络模型在洛带气田产量预测中的应用

气井产量变化的影响因素很多，使产量递减预测变得十分困难。以洛带气田的产量递减井为例，运用R/S分析方法计算了气井的赫斯特指数，证实该区的气井产量变化和生产时间具有相关性，可以进行产量递减分析。利用CA-BP神经网络模型对气井产量进行了拟合和预测，拟合的平均相对误差为5．1％，表明新模型适用于洛带气田的产量递减预测。     

集成超低渗透与屏蔽暂堵优势的新型钻井完井液

超低渗透钻井完井液缺乏架桥的刚性粒子,形成的滤饼强度值低,在裂缝宽度大于50 μm时,滤饼强度不足5 MPa,且返排恢复率低,对裂缝性储层的保护具有一定局限性.选取四川盆地致密砂岩岩心,开展了集成超低渗透与屏蔽暂堵优势的钻井完井液保护裂缝性储层能力的实验评价.结果表明,在3.5 MPa正压差下,该钻井完井液对500 μm以内不同宽度级别的裂缝均有很好的封堵效果,且滤饼强度均可承受15 MPa的压差,返排恢复率也有所提高,特别是酸洗后返排恢复率在80%以上.该钻井完井液充分利用超低渗透钻井液动态降滤失剂的降滤失性和较宽的封堵范围,并具有屏蔽暂堵技术的高强度、高返排恢复率的优点,拓展了利用固相颗粒保护裂缝性储层的能力.     

致密砂岩含水饱和度建立新方法--毛管自吸法

为了能够准确模拟原地条件,在岩心中建立所需的含水饱和度并保证水在岩心中均匀分布、不改变岩心的孔隙结构和成分是十分必要的.目前,建立含水饱和度的方法主要有烘干法(或风干法)、离心法和驱替法.鉴于致密砂岩气层岩性致密,并普遍存在超低含水饱和度现象,利用这些方法在致密砂岩岩心中建立低于束缚水饱和度的含水饱和度状态是十分困难的或不现实的.因此提出了一种建立含水饱和度的新方法-毛管自吸法,利用该方法能够在致密岩心中建立所需的含水饱和度,并通过实验证实了该方法是可行的.     

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用断裂力学有限元法,建立了裂缝宽度预测的有限元模型,研究了川西守向井致密气层中裂缝宽度,裂缝长度及裂周围应力变化与液柱压力的关系,用弹塑性断裂力学有限元法来确定裂缝的宽度以及裂缝尖端处的应力强度因子,同时研究裂缝周围的应力变化,目的是通过大量的计算机模拟,找出裂缝宽度变化与井筒压力的关系,最终建立工度与井筒压力,地层岩石力学特性参数及裂缝长度的预测模型,结果表明,同一井筒压力作用下,总能找到某一临界缝长度,使得应力强度因子达到最大,超过这一临界裂缝长度时,裂缝的开裂能力减弱,要使缝继续扩展,则必须提高应力强度因子,文章研究方法为预测裂缝宽度,裂缝走向提供了理论数据。     

氧化处理缓解煤岩储层煤粉堵塞损害实验

为了优化煤层气井的压裂排采效果，以贵州织纳区块上二叠统龙潭组16号煤层煤岩为研究对象，开展了粉状煤样的NaClO溶液浸泡实验和柱状含裂缝煤样的NaClO溶液驱替实验，并且利用激光粒度分析、红外光谱测试及Zeta电位测试等手段，评价了NaClO解除煤岩天然裂缝中煤粉堵塞的效果，分析了氧化液与煤粉的反应机制，进而揭示了煤岩氧化解堵增渗机理。研究结果表明：①NaClO溶液对煤岩有机和无机组分具有明显的溶蚀效用，并且浓度越高，对煤粉的溶蚀率越高、“物质净移除”效果越好；②浓度分别为0.1%、1.0%的NaClO溶液可以有效解除煤粉在压裂液中的聚集，使其在压后排采过程中易于被排出；③经过NaClO溶液的氧化作用后，煤粉粒径降级，压裂液浸泡后引起的煤岩基块和煤粉吸水膨胀损害将得到有效的缓解，并且煤粉粒径越大，粒径降级率越高，浓度为1.0%的NaClO氧化液对煤粉粒径的降级效果为最佳；④经过浓度为1.0%的NaClO溶液氧化后，含裂缝煤样的渗透率可提高4.22倍，增渗效果明显。结论认为：①氧化液能够溶蚀煤粉和缝面煤岩组分、改变煤粉及缝面物理化学性质、解除煤粉颗粒聚集、促使已发生膨胀的煤粉粒径降级，进而加快已形成堵塞的煤粉的排出进程；②氧化处理有望成为煤岩储层解堵改造的一种新技术。     

排采降压诱发煤层剪切破坏机理与防控对策

煤层压力衰减会导致煤岩体剪切破坏,诱发井壁失稳、套管损坏和出煤粉等井下复杂事故。为预防煤层破坏,以沁水盆地南部二叠系山西组3号煤层为研究对象,基于单轴应变模型分析了排采降压过程中的煤层应力路径及其破坏行为,明确了煤层破坏影响因素,并提出了控制井底流压和CO_2-ECBM相结合的防控技术对策。结果表明:煤层水平有效应力在排水阶段随孔隙压力的降低而线性增大,但在解吸阶段却随孔隙压力的降低而非线性减小,气体解吸能够加速煤层剪切破坏;煤层初始水平应力越小,垂向应力、初始孔隙压力、临界解吸压力越大,气体吸附效应越强,煤岩体弹性模量、泊松比越大,单轴抗压强度越低,则煤层临界破坏孔隙压力就越大;煤层破坏前转注CO_2既能有效避免煤层破坏,也可提高煤层气采收率,不失为CO_2-ECBM的良好作业时机。     

对试凑法求取气井动态储量的改进

气藏开发早期，计算气井动态储量和求产能方程是油藏工程的重要工作之一。由于开发早期气井的单井累计产量还很低，或没有出现明显的递减特征，一般无法采用物质平衡法或递减法进行单井动态储量计算；另一方面，如果缺乏产能试井资料，就不能计算产能方程，预测单井动态。为此，提出了基于最优化算法的改进方法：将气藏物质平衡方程与二项式产能方程相结合，联立求解气井井底流压，并与实际生产过程中记录的流压曲线相比较，进行误差分析，求取气井的产能方程系数和单井动态储量。该方法只需要常规的生产动态数据便可进行计算分析，经在洛带气田的实际应用，并与实际井底流压以及传统试凑法计算结果相比较，最后表明该方法取得的结果较为可靠，与产能试井的结论具有可比性。     

双疏性表面处理预防致密储层水相圈闭损害实验研究

传统的屏蔽暂堵技术不能有效防止致密储层中工作液的侵入,而以往靠降低界面张力排驱液相的方法效果短暂。在工作液中加入氟表面活性剂,增大润湿接触角,是一种降低毛管力减弱毛管自吸的新方法。润湿实验筛选出能将致密砂岩由液润湿改变为气润湿的氟表面活性剂。100℃下将岩心片浸泡在含所选氟活性剂的滤液中处理40 min,岩心片与滤液和水的接触角分别为120°和110°。毛管自吸、岩心流动实验表明,处理后岩心总吸水量降低了60%,自吸速率较处理前降低了40%～50%,驱替速率约是处理前的2倍。表明,氟活性剂能够有效改变储层岩心的润湿性,具有预防水相圈闭损害的应用潜力。