注CO2前置段塞+N2顶替提高采收率机理

SJ油田为一低渗透油藏,天然能量低。受CO2气源不足以及油井管柱抗腐蚀能力差的限制,持续的CO2-EOR不适合SJ油田的实际情况。鉴于此,一个改进的对策是用N2推动的CO2前置段塞驱代替持续的CO2驱油。本文根据SJ油田先导试验区的流体特征,对比了连续注入CO2驱油和N2推动的CO2前置段塞混相驱油的效果和机理。在注CO2、N2细管驱替效率及最小混相压力实验测试基础上,通过注CO2、N2与地层原油多级接触混相驱机理相态模拟,长细管前置CO2混相驱替+后续N2段塞顶替驱替机理一维数值模拟研究,分析了前置CO2段塞+后续N2顶替驱油时原油与注入气的互溶情况、气驱界面张力变化规律、气驱过程中C2—C6的中间烃组分在油气两相中的分布、气驱过程中油气两相的黏度以及密度变化。结果表明SJ油田实施前置CO2段塞+后续N2顶替驱油时,后续的N2与前置的CO2段塞不会出现严重的扩散弥散,注气前缘仍能保持CO2的富集并实现稳定的混相驱油即在注气总量相同的情况下,N2推动的CO2前置段塞驱可以获得与持续的CO2驱相同的驱油效果;同时减少了CO2的注入量,从而可减缓CO2长期注入对油井管柱产生的腐蚀。所得认识对CO2驱提高采收率技术的改进和发展具有一定的启发作用。     

页岩气藏注CO2渗透率界限及开发参数优化研究

根据页岩气井的现场生产情况,压裂水平井产量会迅速下降,注CO2技术是改造储层提高产量的有效手段。连续驱替与吞吐式注入作为注CO2提高页岩气采收率的两种常见方式,却在相同页岩气藏中驱替效果存在差异。为了对不同储层条件下注CO2开发方式进行优选,本文基于现场页岩气藏实际情况建立了双孔介质气藏机理模型,并通过建立采收率影响因素的正交试验,分析了渗透率、孔隙度、储层厚度、CH4和CO2最大吸附量以及Langmuir压力等的影响规律。将渗透率作为主控因素,划分了五个不同渗透率条件,进行直接驱替与吞吐注CO2模拟,并针对不同CO2注入驱替开发方式进行了布缝模式、井位排列、闷井时间等开发参数优化。结果表明：不同渗透率条件下两种开发方式驱替效果不同,以0.001mD为界限,渗透率低于0.001mD时,直接驱替效果更优;渗透率高于0.001mD时,选择吞吐式注CO2为宜;针对连续注气,交叉布缝模式具有更高的采收率,在多井同产同注时,应将生产井置于内部;另外,吞吐式注气应该选择较短的焖井时间来节约成本获得更好的经济效益。     

新型清洁压裂液的室内合成及性能分析

压裂作为油气藏的主要增产、增注措施已得到迅速发展和广泛应用,而压裂液是压裂技术的重要组成部分,是造缝与携砂所使用的液体。目前,压裂液体系仍以水基压裂液为主,油气田开发对压裂效果要求越来越高,消除残渣及其伤害成为压裂技术中亟待解决的重大难题。清洁压裂液,又叫做粘弹性表面活性剂压裂液,出现于上世纪90年代以后,是国外研究者在研制无聚合物水基压裂液时,找到的一种优异流体。本文主要分析了其室内合成和性能分析。     

注液速率及压裂液黏度对煤层水力裂缝形态的影响

注液速率及压裂液黏度是煤层气井压裂设计中两个重要的可控参数,其不仅影响水力裂缝起裂压力及压裂施工压力,而且控制水力裂缝形态。采用鄂尔多斯盆地东南缘大宁-吉县地区天然煤岩,基于试验室物理模拟试验研究注液速率及压裂液黏度对水力裂缝形态及施工压力的影响。结果表明:注液速率及压裂液黏度较小时,主裂缝与分支缝连通形成沿最大水平主应力方向的复杂裂缝网络系统;随着注液速率及压裂液黏度的增加,水力裂缝复杂程度降低,形成平直单裂缝。提高注液速率或压裂液黏度会增大施工压力。对注液速率及压裂液黏度进行合理控制,可先在井筒附近生成平直裂缝,后在远离井筒处生成复杂裂缝网络,有利于增大煤层气单井排采体积。     

低渗油藏注CO2／N2组合段塞改善驱油效率实验

针对江苏高集低渗低饱和低能量油藏,开展了先注CO₂前置段塞再后续N2段塞顶替的驱油机理研究。通过高集油藏地层原油加注CO₂／N₂气体互溶性膨胀相态机理、多次接触抽提-凝析过程相态机理以及交替注CO₂／N₂组合段塞细管驱替最小混相压力测试、长岩芯驱替效率等实验和模拟研究,对CO₂／N₂组合段塞注气驱油机理及效果进行了分析评价。结果显示,先注CO₂前置段塞再后续注N2顶替的驱替方式能更有效地发挥CO₂增溶膨胀、近混相和N₂弹性膨胀驱油的优势,其驱油效率能达到甚至超过单纯注CO₂的驱油效率。这种驱替方式不仅有利于改善注非烃气体的驱替效率,还可减轻令人担忧的采油井气窜后所带来的采油管柱和设备的腐蚀问题。此外将这一方式推广到注CO₂前置段塞再后续注烟道气的驱替过程,还可在提高油藏采收率的同时实现工业温室气体地下环保埋存。     

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.     

分段多簇压裂水平井渗流特征及产能分布规律

为了直观反映分段多簇压裂水平井渗流特征,在优选了水平井合理压裂段数的基础上,利用流线模拟方法,研究了分段多簇压裂水平井流线场、压力场及饱和度场分布特征,分析了裂缝产能的分布规律.研究表明:整个渗流区域先后经历了裂缝附近线性流、裂缝附近拟径向流和油水井连通后的拟径向流3个渗流阶段;剩余油一部分分布在压裂裂缝段与段之间的低压区无法驱替,另一部分则分布在注水井与注水井之间的压力平衡区;端部外侧缝汇集着大多数流线,是水平井产油/液的主要来源;水平井端部裂缝见水早,含水上升快.     

水基钻井液中天然气水合物形成实验研究

在钻探过程中,当温压条件合适,钻井液易形成天然气水合物,造成管线堵塞、钻井液性能变化。研究2种水基钻井液对绿峡谷气水合物形成过程中的影响。结果表明实验条件下该2种水基钻井液很易形成水合物,受钻井液组分的影响,两种钻井液中天然气水合物形成速率具有明显差异。在相同的温度下,实验压力越高,天然气水合物越易于形成,反应越剧烈。采用定容压力搜索法,测定了在13~18 MPa时此2种水基钻井液与绿峡谷气形成水合物的相平衡数据,显示一种钻井液能够促进水合物的形成,另外一种钻井液对水合物形成有抑制作用。     

D1-1-113井CO2增能压裂施工分析

介绍了CO2酸性环境交联压裂液体系、工艺特点及压裂施工情况,并通过对压裂后产量的分析,总结了该工艺成功的经验和存在的不足。     

低渗透性煤层注液态CO2置换驱替CH4试验

针对低渗透性煤层瓦斯难以抽采的问题,结合液态CO_2低温、低黏、渗流阻力小、相变增压等特性,提出低渗透性煤层注液态CO_2置换驱替CH_4技术。在韩城矿区桑树坪二号井开展煤层注液态CO_2置换驱替CH_4工业性试验,开发了压注工艺系统,确定了压注关键性参数,判定了CO_2置换驱替CH_4技术效果。试验结果表明:液态CO_2压注时压力呈现波动特性,起始升压速率较快,达到2.5MPa左右时趋于稳定;压注管路瞬时流量为0.6~1.4m~3/h,累计压注液态CO_2为6.0m~3;以压注过程中检验孔内CO_2体积分数为指标,判定试验有效影响半径达到18m。试验区域瓦斯抽采体积分数是原始体积分数的2.5倍,抽采纯量是原始纯量的3.5倍,相比瓦斯抽采效率提高。     

高压二氧化碳节流排放堵塞实验

采用透明玻璃管构造了匹配各种运行情况下安全阀内流道的结构,观测了阀前CO2状态对固体CO2形成和堵塞位置的影响;采用针阀代替安全阀,实验研究了安全阀进口干度、阀开度对安全阀及下游管路中流动堵塞的影响.实验表明:排放蒸气和排放液体同样容易发生堵塞和冻结现象,只是前者在阀内,而后者在阀后管道中;阀开度小时堵塞在阀内,开度大时堵塞在阀后管道中.为了保证安全阀的正常有效运行,建议安全阀出口的管路直径不宜太大,而且应避免向上排放和截面的多次突变.当排放CO2蒸气时应安装消除静电的设施.     

葡萄糖改性有机硼交联剂在水基聚乙烯醇压裂液中的应用

为验证聚乙烯醇作为水基冻胶压裂液的可行性,提出葡萄糖改性有机硼交联剂的压裂液体系.采用实验室自制葡萄糖改性有机硼交联剂,得出原料最佳配比n(硼砂):n(葡萄糖)=1∶1.5.葡萄糖改性有机硼交联剂对聚乙烯醇有很好的延时性和耐高温性,其交联时间可以控制在60～500 s之间,耐热温度在70℃左右.以聚乙烯醇为稠化剂的水基冻胶压裂液的最低有效浓度可达1.1%.     

基于坐封受力模型的暂堵球封堵效果影响因素与参数优化

暂堵球在射孔孔眼及压裂裂缝中的坐封状态影响其封堵稳定性,暂堵球封堵效果决定暂堵转向压裂技术的成败。通过建立暂堵球坐封受力计算模型,研究了压裂液排量、密度、暂堵球及孔眼参数对暂堵球坐封受力状态及其封堵效率的影响,实验模拟了不同射孔参数、压裂排量及暂堵球/压裂液性能对封堵效果的影响。结果表明：暂堵球受拖拽力、脱离力及持球力随压裂液排量的增加而增大,暂堵球更易坐封;压裂液及暂堵球密度对暂堵球坐封封堵效率影响不大;暂堵球粒径大于孔眼直径时,暂堵球坐封封堵效率随粒径增加而增大,当暂堵球直径小于孔眼直径时,暂堵球不容易坐封;射孔孔眼数增加影响暂堵球坐封封堵效率。实验评价暂堵球最佳直径为9.0mm,最佳泵送排量＞4.0 m3/min,有助于提高暂堵球坐封成功率,增强暂堵压裂设计的可靠性。     

矿井地面固定式液态CO2防灭火工艺流程模拟

根据采空区煤自然发火的实际情况,在分析CO2相态的基础上,为了防止液态CO2在长距离输送过程产生干冰堵管,确定了液态CO2汽化输送的防灭火工艺流程,建立了液态CO2汽化管道输送的热力学模型.利用Aspen HYSYS V7.3软件模拟了液态CO2汽化管道输送过程及影响因素,通过对液态CO2汽化管道输送过程模拟与分析,得出了液态CO2汽化时摩尔流量与加热量、有效输送管长、管道出口温度等之间的关系,确定了加热器功率与管道入口温度、压力和管道出口温度、压力及管道长度之间的关系;根据不同矿井的实际情况,确定合理的加热功率,提高防灭火的效率,优化液态CO2防灭火系统的工艺技术参数,确保系统能够安全稳定地运行,研究成果对促进CO2防治煤层自燃技术体系的完善具有重要的意义.     

寒区隧道围岩水热耦合数值分析

寒区隧道土体中的水分迁移和相变是冻害问题的主要诱因.基于混合物理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的联合求解微分方程对水热耦合问题进行求解,并使用 COMSOL Multi-physics 软件进行模块开发,实现渗流-温度耦合数值模拟,进而将模拟结果与土柱冻结实验的结果进行对比,证明水热耦合模型是正确的.最后以西藏自治区米林隧道为例,对温度场、水分场模拟分析并对是否考虑水分迁移的温度场进行对比.结果表明:随着时间的增加,隧道顶部边界气温由-0.82℃降低到-9℃,隧道内部边界温度由-0.74℃ 降低到-11.11℃,并在3月份隧道温度回升;含冰量峰值出现在1月份,在3月份含冰量开始下降.同时,未考虑水分迁移的温度场中热传导速度较快,证明相变潜热对隧道中温度场的分布影响远大于液态水靠重力迁移造成的热对流传热.研究成果直观反映富水寒区隧道的冻害发生过程,具有一定的参考价值.     

CO2与压裂地层置换规律实验研究

针对致密油藏注不进,采不出的开发难题和低产量、低效益的开发现实,基于国外对致密油藏CO2驱的成功案例,提出了CO2干法压裂以及CO2置换相结合的开发思路。模拟干法压裂地层,开展了CO2置换实验,研究了焖井时间、焖井压力、返排压差等因素对CO2置换效率的影响。并借助CT扫描技术,对比实验前后岩心内流体的分布推测置换实验反应情况。实验结果表明：最佳焖井时间为12~24 h;焖井压力大于最小混相压力(20.56 MPa)时焖井后能取得较高置换效率;返排压差在6 MPa以上开发效果最佳。在压裂的致密油藏内,离裂缝距离中等的岩心部位置换效果最好,其次为靠近裂缝的岩心部位,而距裂缝最远的岩心部位置换效果最差。     

基于多级反渗透的页岩气压裂返排液处理技术

针对页岩气压裂返排液处理过程中常规反渗透膜脱盐难以满足高总溶解性固体含量(total dissolved solids,TDS)需要,结晶蒸发存在换热器结垢,而氧化处理不能实现脱盐效果等问题和页岩气压裂返排液急需处理的现状,分析了川南页岩气压裂返排液的水质,并以水质软化与絮凝沉降、多级过滤为预处理工艺,高、低压反渗透膜串联为深度处理工艺,形成了一种基于多级反渗透脱盐的页岩气压裂返排液处理技术.返排液预处理后的硬度降至120 mg/L,悬浮物含量(total suspended sotids,TSS)降至7～20 mg/L;利用超级反渗透(SRO)膜与反渗透(RO)膜串联,依靠其导流盘设置的大量凸点,使滤液形成湍流,避免膜堵塞,实现了TDS达6×104 mg/L的返排液脱盐处理.该技术在长宁页岩气区块开展了现场试验,结果表明:TDS为2×104～6×104 mg/L的返排液采用该技术进行处理后,清水产率达56.5％～ 81.36％,清水的TSS、氯化物含量、化学耗氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮等指标均达到GB8978-1996和DB51/190-93的一级指标要求,实现了页岩气压裂返排液的减量化外排处理.     

二氧化碳压裂液对煤体力学特性影响的试验研究

为了研究二氧化碳压裂液对煤体力学特性的影响规律,以陕北典型侏罗纪煤层为研究对象,利用自主研发的煤岩体多场多相耦合压裂试验系统,开展不同二氧化碳压裂液、不同条件(时间、温度和浸泡压力)下的煤体浸泡试验,通过单轴压缩与巴西劈裂力学测试,分析二氧化碳压裂液对煤体力学特性的影响规律,同时结合X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对煤体的微观测试,分析二氧化碳压裂液与煤体的相互作用机制。结果表明:二氧化碳压裂液浸泡后煤体的峰值强度、弹性模量、抗拉强度与软化系数均出现不同程度的下降;二氧化碳压裂液作用煤体过程中,煤体的峰值强度、弹性模量与软化系数受温度、浸泡压力影响较大,且对煤体强度弱化幅度超过30%;在二氧化碳压裂液作用下,一方面改变煤体颗粒骨架与孔隙结构,另一方面改变煤体中的矿物组分,降低矿物颗粒间的联结力,从而弱化煤体的力学特性。研究成果为低渗硬厚煤层二氧化碳耦合压裂参数设计优化提供参考。