页岩储层粘土矿物对裂缝导流能力伤害的影响

摘 要 页岩气的有效开发依赖于人工裂缝的产生,而要持续高效的进行页岩气开发,需要采用支撑剂保持人工裂缝的导流效果。目前,对于页岩储层支撑裂缝导流能力伤害的微观机理尚不清楚。本文以中国南方海相页岩为研究对象,开展岩板导流能力伤害实验,并与致密砂岩和常规砂岩进行对比,分析压裂液注入过程中导流能力变化规律。结果显示随着压裂液的持续注入,大量的支撑剂逐渐嵌入裂缝内,引起导流能力下降。初期导流能力下降较快,后期降速逐渐减缓。海相页岩支撑裂缝的导流能力伤害程度大幅度高于常规储层。常规储层支撑裂缝导流能力伤害率约为18%,而海相页岩的支撑裂缝导流能力伤害率约为47%~85%。导流能力伤害率与粘土矿物含量和类型关系密切。随着粘土矿物含量的提高,导流能力伤害率迅速升高,尤其是伊利石和伊蒙混层存在可以明显提高导流能力伤害率。粘土矿物具有极强的吸水膨胀能力,易引起支撑裂缝表面硬度软化、蠕变强化,导致支撑剂嵌入和导流能力下降。本文通过页岩导流能力实验,分析了压裂液注入过程中导流能力变化规律及粘土矿物含量对导流能力伤害率的影响,为优化压裂液配方、改进页岩气井排采制度和提高页岩气的产出具有重要意义。     

页岩储层黏土矿物对裂缝导流能力伤害的影响

页岩气的有效开发依赖于人工裂缝的产生,而要持续高效的进行页岩气开发,需要采用支撑剂保持人工裂缝的导流效果。目前,对于页岩储层支撑裂缝导流能力伤害的微观机理尚不清楚。以中国南方海相页岩为研究对象,开展岩板导流能力伤害实验,并与致密砂岩和常规砂岩进行对比,分析压裂液注入过程中导流能力变化规律。结果显示随着压裂液的持续注入,大量的支撑剂逐渐嵌入裂缝内,引起导流能力下降。初期导流能力下降较快,后期降速逐渐减缓。海相页岩支撑裂缝的导流能力伤害程度大幅度高于常规储层。常规储层支撑裂缝导流能力伤害率约为18%;而海相页岩的支撑裂缝导流能力伤害率为47%～85%。导流能力伤害率与黏土矿物含量和类型关系密切。随着黏土矿物含量的提高,导流能力伤害率迅速升高,尤其是伊利石和伊蒙混层存在可以明显提高导流能力伤害率。黏土矿物具有极强的吸水膨胀能力,易引起支撑裂缝表面硬度软化、蠕变强化,导致支撑剂嵌入和导流能力下降。研究结果为优化压裂液配方、改进页岩气井排采制度和提高页岩气的产出提供了解决方案。     

新型纳米复合纤维基清水压裂液体系配方优化与评价

页岩气藏储层具有不同于常规油气储层的岩性和物性特征。选择适合的压裂液体系对于页岩气藏的高效开发具有重要意义。基于新型纳米复合纤维,研究了纳米复合纤维基清水压裂液体系。通过实验确定纤维的最佳质量分数为0.4%~0.7%,最佳长度为6~12 mm。对纳米复合纤维基清水压裂液体系开展了室内评价,结果显示此压裂液体系在预防支撑剂回流、降低滤失、增强携砂性能、降低摩阻等方面效果显著;且对支撑剂层的导流能力伤害较小。此体系对于国内页岩气储层的有效开发具有一定参考价值。     

考虑支撑剂颗粒破碎的页岩分支裂缝导流能力

页岩储层体积压裂复杂裂缝通常被分为主裂缝、分支缝和自支撑裂缝3种形态.页岩气井投产初期,储层压力快速下降,裂缝闭合压力增大,裂缝的长期导流能力直接影响页岩气井的总产量.采用自主研制的多场耦合岩石力学试验测试系统,提出页岩分支裂缝导流能力测试新方法,开展页岩分支裂缝的导流能力试验.结合页岩储层特征,建立考虑支撑剂破碎作用...     

页岩气体积压裂支撑裂缝长期导流能力研究现状与展望

水平井分段压裂形成复杂体积缝网是页岩气有效开采的关键技术之一,复杂体积缝网依靠支撑剂支撑并成为页岩气渗流的重要通道。支撑裂缝长期导流能力是影响页岩气压后产能的重要因素,而关于页岩气体积压裂支撑裂缝长期导流能力的研究尚未形成统一认识。通过分析国内外最新研究动态,阐述了支撑剂支撑裂缝长期导流能力研究的重要性;分析了目前国内外关于支撑剂长期导流能力的实验测试与理论预测方面的研究成果;剖析了非达西渗流效应、多相渗流效应、地层水性质等特殊因素对长期导流能力的影响程度;提出了页岩气体积压裂支撑裂缝长期导流能力研究方向的着重点。     

页岩水化作用对支撑剂嵌入影响实验研究

页岩压裂改造过程中大量压裂液进入储层后滞留于孔隙或微裂隙中，滞留的流体与页岩发生复杂的物理-化学作用，会改变储层物性和力学性能，加剧压裂裂缝的支撑剂嵌入程度，从而影响压裂裂缝的导流能力。本文采用页岩自渗吸测试与支撑剂嵌入实验测试，明确了页岩自渗吸量变化特征以及吸水软化对支撑剂嵌入程度的影响。通过实验研究发现：1）页岩储层的自渗吸量与黏土矿物含量呈正相关，黏土矿物含量越高，单位体积页岩自渗吸量越大。滑溜水中的助排剂和防水锁剂能降低页岩与压裂液的表界面张力与毛细管力，导致页岩自渗吸量降低。2）页岩弹性模量越小，相同闭合应力条件支撑剂嵌入深度越大。页岩吸水导致弹性模量和强度降低，支撑剂嵌入深度大幅度提升。3）支撑剂嵌入深度与闭合压力线性相关，吸水后页岩的支撑剂嵌入深度与闭合应力关系的斜率大幅度提升。4）地应力对支撑剂嵌入的影响作用明显，围压增加，支撑剂嵌入深度大幅度降低。本文研究成果可为页岩压裂效果评价和压后产能评估提供参考和理论支撑。     

页岩储层导流能力影响因素新研究

支撑剂粒径、铺置浓度、嵌入程度对裂缝导流能力的影响是目前实验的主要研究方向。由于压裂工艺新技术的不断发展,更多影响因素不断出现,因此有必要对支撑裂缝导流能力影响新因素进行研究。使用创新设计的压力试验机首次开展了循环应力加载模拟开、关井过程引起的地层应力波动对页岩储层支撑裂缝导流能力影响的实验。实验结果表明:地层应力波动对页岩储层导流能力的影响较大。随着循环加载次数的增加,页岩储层裂缝宽度降低,支撑剂的破碎率开始上升明显,后来趋于平缓。该因素的研究对压裂方案设计优化和现场施工具有一定的理论指导意义。     

胍胶压裂液伤害性研究

水力压裂过程中,压裂液的伤害影响着压裂改造的效果。胍胶破胶液中的水不溶物、残渣等固相颗粒不会侵入低渗地层,胍胶对地层的伤害可逆,可通过返排过程渐渐恢复至90%。胍胶对支撑剂导流层的伤害随浓度增加而增加,且几乎不可逆;关键是施工过程中就要降低伤害。对羟丙基胍胶与羧甲基羟丙基胍胶系列配方,以及不同浓度的配方分别对支撑剂导流层伤害分析,胍胶使用量越大、浓度越高、残渣越高对导流能力的伤害越大。在F4区块现场应用证明,降低胍胶压裂液的伤害可大幅提高产能。     

渝东南下志留统龙马溪组页岩矿物成分及脆性特征实验研究

水力压裂作业已被公认为实现页岩气工业开采的关键技术,压裂方案的设计离不开地层脆性特征分析。本文选取了渝东南龙马溪组露头页岩,从脆性角度对其压裂可行性进行了实验研究。结果显示：该区域页岩具有层理发育,致密、低孔、低渗等特点,具有储层改造的必要性;从矿物组分结果来看,龙马溪组页岩石英、碳酸盐等脆性矿物含量高,在49%-65%范围变化,平均含量为57%,粘土矿物含量低,同时不含强水化膨胀性的高岭土和蒙脱石;在此基础上,利用矿物成分及动态弹性参数计算得到的页岩脆性系数在49%-77%范围变化,平均值在57%以上,显示该地层脆性较好;与北美成功开采的储层数据对比,渝东南龙马溪组地层更适合压裂作业。根据北美页岩压裂实践经验,建议本区块页岩压裂设计中考虑到岩石脆性,选择液体用量多、支撑剂浓度低、支撑剂用量少的压裂液。     

一种评价页岩储层压裂液吸收的新方法

压裂液在毛细管力作用下自发吸入地层是导致页岩储层体积压裂返排率普遍低于30%的主要原因之一,有效评价页岩储层对压裂液的吸收是体积压裂优化设计、返排制度建立以及水锁伤害程度评估的基础,目前国内外尚未发现有效的评价方法。针对渝东北下寒武统鲁家坪组典型页岩和三种不同的致密储层岩石开展自发渗吸对比实验,并对比研究了3种常用的渗吸表征方法,提出了评价页岩储层压裂液吸收的方法和参数。通过实验研究发现,无因次法和Olafuyi法可用于评价页岩储层压裂液吸收能力,在表征吸收速率和规律方面尚有不足;Makhanov法可用于表征压裂液吸收速率和规律,在评价储层吸收能力方面尚有不足。新方法采用自吸能力、初期自吸速率和后期自吸速率三参数对压裂液的吸收进行定量表征,很好地反映出压裂液吸收规律。压裂液吸收可分为三个阶段:初期渗吸段、过渡段和后期渗吸段,其中初期渗吸段是压裂液吸收的主要阶段;压裂液吸收的驱动力主要为毛细管力和黏土吸附力;黏土含量越高,压裂液自吸能力越强,伊蒙混层和蒙脱石的存在可以大大提高页岩自吸能力。新方法能够评价页岩压裂液吸收的快慢、总量和规律,可以用于不同地层之间的对比评价,且直观可靠,有利于在页岩气或致密气现场推广应用。     

鄂尔多斯盆地富县页岩气缝网压裂适应性研究

页岩气开发是近几年国内外研究的热点,缝网压裂是目前页岩气开发的主要技术手段。文章对比分析了美国页岩气与富县延长组页岩气成藏条件,认为鄂尔多斯盆地富县区块延长组长7段具有页岩气开发的潜力。进行了富县与美国各大盆地岩石矿物组成对比分析研究,分析了石英、长石、粘土矿物等组分对缝网形成条件的影响,确定富县区块延长组长7段储层进行缝网压裂的可行性。通过杨氏模量和泊松比计算出长7段页岩脆性范围为54.3%-67.4%,对比结果表明富县延长组长7段页岩使用缝网压裂能够形成较为复杂的网状裂缝;在此基础上,针对富县区块延长组长7段的储层特征提出了缝网压裂的初步方案,即使用低粘度压裂液和低密度支撑剂,大液量、大排量、小粒径和低砂比的压裂工艺,在页岩中形成大规模的裂缝网络,提高油气动用程度,扩大可采储量,对富县区块延长组长7段页岩气改造具有一定的指导意义。     

考虑非达西和气水相渗的页岩气支撑裂缝缝内气相导流能力研究

水平井分段压裂是页岩气有效开采的关键技术之一,压后支撑裂缝成为页岩气渗流的重要通道。页岩气压后产量大,并伴有压裂返排液或地层水的产出,缝内呈现非达西气水两相渗流状态。本文通过修正支撑裂缝导流能力的测试行业标准,建立了气测非达西渗流支撑裂缝导流能力计算模型,通过实验数据证实了考虑非达西效应后导流能力下降幅度约为50%;同时本文基于支撑裂缝气水两相渗流相渗计算公式预测了不同含水饱和度和束缚水饱和度下气相导流能力均呈现不同程度的下降趋势;研究认为页岩气压裂施工设计时不宜采用传统行业标准进行优化,应确定支撑裂缝导流能力的真实值。     

不同类型储层支撑裂缝长期导流能力实验研究

在油气田压裂作业过程中,对于不同类型岩性储层,支撑剂的嵌入和破碎程度不同,不同程度的嵌入和破碎都会导致裂缝缝宽变窄、导流通道堵塞,使裂缝导流能力降低。为分析不同岩性储层长期导流能力变化趋势以及嵌入和破碎的影响机制,采用FCS-842裂缝导流能力测试系统在模拟地层条件下分别测试了钢板、页岩岩板、中、细砂岩岩板的长期导流能力;并对实验后的各类型岩板和支撑剂进行了微观观察。实验结果表明:各种岩性岩板的导流能力虽大小不同但变化趋势相似,前10 h下降较快,后期趋于稳定略有下降;支撑剂嵌入程度与各岩性岩板的力学性质相关,嵌入程度随闭合压力增加而增加,在低压下嵌入速度较慢;支撑剂和岩板破碎产生的碎屑运移堵塞导流通道会使实验后期导流能力缓慢下降。     

压裂液返排速度对支撑剂回流量影响实验研究

压裂液返排速度是影响油气井压后效果的重要因素。为研究压裂液返排速度对支撑剂回流量的影响,运用自主研发的裂缝模拟实验装置,进行不同压裂液返排速度下支撑剂回流量的实验测试。实验过程中针对每一个压裂液返排速度,测试不同返排阶段支撑剂的回流量。实验结果表明,压裂液返排速度以43.2 m~3/d为界限,返排速度低于43.2 m~3/d时支撑剂回流量随压裂液返排速度增加较慢;而当返排速度高于43.2 m~3/d后,支撑剂回流量增加明显加快。支撑剂回流主要集中在压裂液返排初期,前33.33%的返排液量携带出了75%以上的回流支撑剂;因此在压裂液返排初期应选用相对较小的返排速度以达到控制支撑剂回流的目的,返排后期在不造成出砂的前提下,适当增大返排速度以实现压裂液尽快返排,减少地层伤害。     

提高均质致密碳酸盐岩储层酸蚀裂缝导流能力效果研究

均质致密碳酸盐岩储层岩心经酸刻蚀后主要形成均匀刻蚀形态,裂缝主要通过少量凸起点支撑,岩性较软或在储层闭合应力时支撑点容易破碎或嵌入裂缝壁面使得裂缝大部分闭合,无法形成有效的自支撑渗流通道。通过向酸蚀裂缝内加入一定量的支撑剂能有效提高酸蚀裂缝导流能力。深入研究支撑剂粒径、铺砂浓度以及闭合应力等因素对酸蚀裂缝导流能力的改善情况。结果表明:自支撑裂缝随闭合压力增大下降迅速,在34.5 MPa时的导流能力已不足初始闭合压力下的2%,难以在储层闭合压力下有效保持,达不到长期增产的目的。增加额外支撑点的酸蚀裂缝,其导流能力在储层闭合压力下是自支撑裂缝导流能力的3~7倍。大粒径支撑剂能提供更高的裂缝导流能力,在酸压允许的情况下尽量选用大粒径支撑剂。现场对PG4井进行了加砂酸压改造技术,获得了6.314×104m3/d的产量,证实了均质致密碳酸盐岩储层酸压改造中提供额外裂缝支撑剂的必要性。     

新型缝网压裂技术在镇北致密储层的研究与应用

北美非常规油气藏的成功开发为长庆致密油藏改造开辟了新的技术途径。在与北美巴肯致密油藏特征进行对比分析的基础上,指出镇北长X致密储层具有天然裂缝发育、岩石脆性程度高、水平两向应力差适中的特点,具备大规模体积压裂形成复杂网状裂缝的条件。因此,以体积压裂为理念,在该区块开展了的"高排量、大液量、低黏压裂液、小粒径支撑剂"技术模式的新型缝网压裂先导性试验,取得了较好的增产效果,为长庆油田0.3mD以下致密油藏压裂改造积累了重要的经验。     

吉木萨尔页岩油藏人工裂缝导流能力动态变化规律

为研究吉木萨尔页岩油藏人工裂缝导流能力动态变化规律,基于新疆吉木萨尔页岩油藏储层条件,采用钢板、岩板和粒径相同的陶粒和钢砂,开展不同闭合压力裂缝导流能力实验。结果表明：随着闭合压力增加,裂缝导流能力逐渐降低,可分为三个阶段。第一阶段,闭合压力小于20MPa支撑剂被压实;第二阶段,20~60MPa支撑剂随着闭合压力增加嵌入岩板深度增加;第三阶段30~60MPa支撑剂随着闭合压力增加破碎率逐渐增大。裂缝导流能力降低的因素主要有三种,支撑剂被压实、嵌入岩板和破碎,影响程度：压实＞嵌入＞破碎,大小分别为72.03%、14.28%、8.64%。     

田菁胶残渣及其对压裂井产能的影响

油层水力压裂施工中常用的水基冻胶压裂液在破胶后一般都有一定量的残渣.这种残渣一方面可堵塞地层和支撑裂缝孔隙,另一方面可形成滤饼,降低滤液侵入地层深度,减轻地层伤害.本文用田菁压裂液研究了其残渣含量对不同渗透率人造岩心伤害程度的影响,并在模拟压裂液滤失条件下测定不同残渣含量的压裂液对填砂裂缝的伤害程度.用数值模拟方法研究了地层及裂缝的伤害程度及压裂液侵入地层的深度对压裂井产能的综合影响.结果表明.当综合考虑压裂井地层和裂缝伤害程度预测出的产能.较接近实际产能.并提出了根据地层渗透率选择压裂液残渣含量的参考方法.