页岩气层水相圈闭损害实验评价方法研究

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“水平井+分段压裂”是页岩气藏开发的主要技术手段。然而,页岩纳米孔和微裂缝的毛管力作用往往导致压裂液难以返排,滞留压裂液对页岩气多尺度传质过程的潜在损害严重。客观、准确评价滞留压裂液诱发的水相圈闭损害,对于优选工作液、优化完井工艺及认识页岩气层生产动态变化具有重要意义。以渝东南龙马溪组典型页岩为研究对象,明确了页岩气层水相圈闭损害主控因素。页岩黏土矿物含量为28%,水相润湿角介于20°-40°,孔隙度分布于1%-9%,渗透率分布于0.0001-2.0mD。气体渗流主要发生在微米孔及微裂缝,纳米孔是吸附气的主要赋存场所。敏感性矿物、润湿性、孔径分布、气体赋存方式、初始含水饱和度、压裂规模及时间等是页岩气层水相圈闭损害的主控因素。明确了针对页岩气产出特征的水相圈闭损害实验评价基本条件,制定了损害评价实验流程。开展了消除裂缝应力时间效应的应力敏感实验、明确实验压差的速敏实验、地层水矿化度测试及其合理性验证实验、回压下渗透率测量实验。基于实验结果,选用5.5%KCl溶液作为模拟地层水,1.0MPa为渗透率测量实验压差和回压。基于自吸返排实验,评价了水相滞留诱发页岩渗流能力损害。选取单位面积自吸量、渗透率损害率、返排率等参数作为评价指标,探讨了水相自吸及滞留对页岩渗流能力的影响。基块岩样自吸曲线符合LW模型;自吸48h后,岩样含水饱和度大于60%,渗透率损害率大于47%;基块岩样自吸后渗透率损害率为100%。页岩水相返排效果与渗透率呈正相关,返排24h后,岩样返排率介于2%-30%,10MPa返排压差仅能克服孔隙半径大于10nm孔隙产生的水相毛管力,纳米孔中的水相返排困难。基于容积法和压力衰减法,实验评价了水相滞留致页岩解吸及扩散能力损害。页岩吸附/解吸曲线符合Langmuir模型;损害前,岩样吸附量介于1.6-2.6cm3/g,解吸量介于1.0-1.6cm3/g;损害后,岩样吸附/解吸能力减弱,损害程度介于中等偏弱-中等偏强。损害前,岩样第I、II阶段(即孔隙直径d>10nm和dd<10nm孔隙中的扩散)扩散系数分别介于(4-5)×1 0-12cm2/s和(4-7)×10-17cm/s;损害后,扩散系数降低,损害程度分别为中等偏弱-中等偏强和中等偏强。提出了基于层次分析的页岩水相圈闭损害综合评价方法。页岩基质和裂缝水相圈闭损害程度分别为中等偏强和强。与多尺度传质速率评价方法相比,页岩水相圈闭损害综合评价方法区分了基质和裂缝损害情况,考虑了吸附气、游离气相对比例,结合了渗流、解吸及扩散评价结果,评价指标权重的确定考虑了各评价指标对损害的贡献率,评价结果较可靠。分析指出,采用界面修饰、热处理、氧化处理等手段对页岩水相圈闭损害防控具有积极作用。
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