致密砂岩气藏水相圈闭损害自然解除行为研究

致密砂岩气藏的高毛细管力及强水湿性使其易产生水相圈闭损害,影响气藏及时发现、准确评价及经济开发。目前消除水相圈闭的物理化学方法,由于可能诱发其他储层损害,应用尚受到限制。选取鄂尔多斯盆地渗透率小于0.1×10^-3μm²、介于(0.1~0.3)×10^-3μm²之间和大于0.3×10^-3μm²的致密砂岩岩样,利用氮气在恒定高压差与递增压差驱替原地有效应力下饱和模拟地层水岩样的实验,揭示致密砂岩水相自然返排行为。结果表明：随着时间增加,含水饱和度逐渐下降,渗透率越高,含水饱和度降低幅度越大,残余水饱和度越低;渗透率介于(0.1~0.3)×10^-3μm²之间的岩样,在前150h递增驱替比恒定高压差驱替含水饱和度降低慢,但水相返排率更高。分析表明,致密砂岩水相圈闭损害严重,孔隙结构、渗透率和压力梯度是影响水相返排的重要因素,孔喉非均质性强的储层宜采用递增压差驱替的方式;水相返排过程包括驱替和蒸发2个阶段,当气相在不同孔喉中形成渗流通道后,可适当提高压差加速水相蒸发。     

利用高温热处理提高致密储层渗透性

储层高温热处理是在常规增产改造效果不佳及致密油气资源亟待大规模开发的背景下形成的以岩石渗透性为对象、温度为核心的增产改造技术。梳理了高温热处理的室内实验评价方法。综合分析指出,高温下致密岩石所产生的一系列物理—化学变化,其实质是沿着一条孔隙水蒸发、矿物结构改变、裂缝网络形成的多尺度路径进行的,热应力作用下的微裂缝萌生、扩展及连通形成网络是强化其渗透性的主要机理。评述了高温热处理技术的现场成功案例。从致密储层多尺度效应及生产机理的角度,突出了高温热处理的优势,主要体现在解除水相圈闭损害、降低破裂压力、形成裂缝网络及增强气体在基块孔喉中的解吸和扩散能力,提出了集成高温热处理与压裂酸化以打造致密储层全方位、多尺度的增产改造措施。     

流体损害对页岩储层应力敏感性的影响

非常规油气资源正在发挥越来越重要的作用,页岩气以其巨大的资源量及在美国开发的成功事实,促使其成为当前研究的热点。页岩储层富含粘土矿物,流体敏感性损害和应力敏感性损害是损害泥页岩储层的2种重要因素,两者耦合将极大地降低储层的渗透率,制约着开发页岩气工程技术的效果。以泥页岩储层的流体敏感性实验为基础,开展了应力敏感性评价研究,对比流体损害前后的应力敏感性差异。结果表明,储层为中等偏强的水敏性、强的碱敏性和中等偏强的酸敏性;流体损害后的储层应力敏感性系数较损害前增大30%,为强应力敏感程度。粘土矿物微粒分散运移、水化膨胀、流体润滑作用导致岩石强度降低,并使渗流通道更易变窄,加剧了应力敏感性损害。因此,工程作业中减少不配伍流体的侵入对页岩气储层的保护和开发具有特殊意义。     

致密砂岩油气储层岩石变形理论与应力敏感性

在致密砂岩油气藏开发过程中,由于孔隙压力下降,导致有效应力增加,储层岩石孔隙、裂缝发生形变和渗透率受到影响。从岩石力学角度分析了与致密砂岩形变相关的理论及形变影响因素,并通过应力敏感性实验研究了有效应力改变条件下的致密砂岩岩样孔隙度、渗透率变化规律。结果表明:致密砂岩形变主要为应力变化时孔隙体积及裂缝宽度的变化,认为致密砂岩油气藏开发过程中储层岩石的形变一般属于弹性形变或者弹-塑性形变。形变取决于岩石碎屑颗粒硬度、颗粒之间接触关系、胶结情况、岩石中裂缝发育特征等。有效应力增加在压缩致密砂岩孔隙、喉道体积以及裂缝宽度的同时,也使得其渗透率大幅度降低,造成严重的储层损害。     

致密储集层初始含水饱和度形成过程实验模拟——以鄂尔多斯盆地延长组长7致密油藏为例

鄂尔多斯盆地延长组长7致密油藏储集层原油充注程度高,平均含油饱和度超过70%,局部存在超低含水饱和度现象。前人开展致密岩心原油充注实验时,在实验方法上很少考虑岩心出口端加回压对油水流动的影响,驱替时仅有入口端附近的液体在驱替压力下建立起孔隙压力用以克服流动阻力,出口端则为大气压,导致驱替得到的含水饱和度与测井分析含水饱和度差异明显。为了研究回压对致密油藏储集层原油充注时超低含水饱和度形成过程的影响,选取鄂尔多斯盆地延长组长7致密油藏岩心,开展了饱和水岩心出口端加回压来模拟不同孔隙压力下的单相渗流实验,根据实验结果选出实验回压开展原油充注实验。实验结果表明：单相渗流时,回压下能够显著降低测得稳定视渗透率时所需的驱替压力梯度,且在相同低压力梯度下能够测得更大流量;两相驱替时,回压下驱替得到的含水饱和度与测井解释结果具有很好的一致性,说明回压下能够再现超低含水饱和度的形成过程。研究认为,加回压对于提高致密岩心液体流动实验测试效率和模拟原油充注超低含水饱和度形成过程均有重要意义。     

考虑应力作用的煤岩水相自吸实验研究

我国煤层气储层渗透率普遍偏低,为达到合理产能需进行压裂改造。煤层气储层裂隙发育导致压裂液滤失严重,强吸附能力使流体得不到有效返排,造成储层损害降低了渗流能力,大大削弱了增产改造的效果。开展了煤岩水相自吸实验,系统研究了煤岩水相自吸特性及应力状态的影响。结果表明,煤样渗透率越高自吸速率越大,自吸曲线可以分为自吸和扩散吸附2段,考虑应力作用自吸速率降低近一个数量级,揭示了煤岩物性和应力条件是煤岩水相自吸的影响因素。通过煤吸附水机理和煤岩孔隙结构分析指出,煤表面与水的相互作用和毛细管压力决定了水的自吸特性。研究获得的认识对煤岩气藏水相圈闭评价、压裂方式优选和压裂液设计具有借鉴意义。     

强应力敏感裂缝性致密砂岩屏蔽暂堵钻井完井液

传统的保护裂缝性储层的钻井完井液设计以裂缝的静态宽度为依据,极少关注由应力敏感性引发的裂缝动态宽度变化行为,导致暂堵材料粒径小于储层动态缝宽,无法有效控制漏失而严重损害储层。以泌阳凹陷深层典型致密砂岩储层为研究对象,基于岩心观察和测井资料获取静态缝宽,并开展应力敏感实验,研究应力变化对静态缝宽的影响;通过有限元法模拟确定应力扰动下动态缝宽变化,进而优选屏蔽暂堵钻井完井液配方。实验表明,根据动态缝宽优选的屏蔽暂堵完井液封堵时间不超过5 min,返排恢复率达80%,滤饼承压能力达15 MPa,高质量滤饼可以快速封堵裂缝,有效预防井漏发生。钻井作业过程中储层保护试验成功与失败的案例说明,强应力敏感裂缝性储层保护必须考虑动态缝宽参数,且暂堵粒子粒径上限应随着钻井完井液密度的增加而适度放大,才能覆盖最大动态缝宽范围。      

高温高压岩芯多参数测量仪器的研制

介绍了SCMS-B2型高温高压岩芯多参数测量仪器所测量的参数范围、测试原理、测试方法、系统的硬件和软件结构.该仪器可以在模拟地层温度(室温～150℃)和压力(1～90 MPa)的条件下完成不同渗透率级别、直径为2.5cm岩芯的气体孔隙度、渗透率、岩芯电阻率与地层水电阻率、纵横波波速测量、油水相对渗透率等参数的测量,还可以进行"七敏"以及岩芯杨氏弹性模量与抗压强度等参数的测量.实际应用表明该仪器具有操作简单、自动化程度高、测试参数多、测量时间短、重复性好等优点.     

基于压力衰减法的页岩气体扩散系数应力敏感性实验

页岩气衰竭式开采过程中储层有效应力逐渐增大,且气体产出是跨越解吸、扩散和渗流的多尺度传质行为,其中扩散是沟通解吸和渗流的桥梁,但以往研究尚未对气体扩散能力的有效应力响应特征给予足够重视。为此,选用四川盆地南部地区(以下简称川南地区)志留系龙马溪组页岩样品,设计并开展了不同有效应力下的压力衰减实验,揭示有效应力变化对气体扩散能力的响应机制,提出页岩基块应力敏感指数(IS_SGD),以定量表征基于气体扩散能力的页岩基块应力敏感性。研究结果表明：(1)气体扩散量随有效应力增加而降低,且变化前期快、后期慢;(2)随有效应力增加,大于50 nm孔缝气体扩散时间缩短;(3)基块岩样IS_SGD为25.68%,应力敏感程度为中等偏弱,而裂缝岩样则表现出更强的应力敏感性。结论认为,随着有效应力增加,页岩基质孔隙中扩散系数降低,但微裂缝中原先以黏性流、滑脱流为主的流动通道被压缩,气体流动方式逐渐以扩散为主,气体扩散系数增大,但总体输运能力仍明显降低,因此推荐川南地区页岩储层有效应力维持在17～30 MPa,有助于基块向裂缝稳定供气。     

致密砂岩气藏钻井完井液滤液自吸损害计算机模拟

致密砂岩气层孔喉细小,毛细管自吸引起的钻井完井液滤液自吸损害近井带或裂缝面严重影响致密砂岩气藏的及时发现、准确评价和经济开发。文章选取鄂尔多斯盆地北部大牛地致密砂岩气藏岩心,进行了毛细管自吸实验,根据毛细管自吸实验,引入标定毛细管自吸的Cil方程,建立了综合利用地质参数和工程参数的滤液侵入量的数学模型,综合该模型和逆流自吸的数学模型,利用有限差分法求解并模拟出了近井带液相饱和度分布,借助岩电参数正演出滤液自吸损害后气层近井带电阻率剖面。模拟指出,盒2＋3段气层比其它气层更易发生水相圈闭损害,采用保护气层的屏蔽暂堵技术和压裂改造技术,发现盒2＋3段高产气层。