页岩气水平井压裂液赋存机理与返排规律研究

针对页岩气水平井压后压裂液返排率极低等现象,根据分子热力学和表面物理化学理论,从微观角度分别计算压裂液赋存于页岩储层孔隙中时气液固之间的相互作用力,依据计算结果分析了压裂液在页岩储层中的赋存机理。计算结果表明,压裂液赋存于无机质孔隙中时,水分子受到壁面分子的范德华力及氢键力共同作用,水分子与无机质壁面分子的总作用力最大,水分子吸附在壁面难以返排;压裂液赋存于有机质孔隙中,水分子与有机质孔隙壁面分子的总作用力小于甲烷分子与无机质壁面分子的总作用力,压裂液易于返排,而当水分子与含孤立电子对的氧原子结合时难以移动。同时,构建了基于滑移现象的压裂液的返排量计算模型：有机质孔隙中压裂液返排存在正滑移,无机质孔隙中压裂液返排存在负滑移;在相同条件下无机质孔隙中的压裂液返排量远小于有机质孔隙,孔隙半径越小这种现象越明显。     

支撑剂在滑溜水中的运移规律研究

页岩气藏压裂中大量使用低黏滑溜水压裂液,支撑剂在其中的沉降运移规律不同于以往的高黏压裂液,因此需要进行针对性研究。Stokes沉降公式只是考虑单颗粒支撑剂在静止液体中的沉降,没有考虑压裂液输送支撑剂的动态过程,为此进行了公式修正。在此基础上给出大量颗粒干扰沉降时沉降速度与加砂浓度的关系式,同时对影响沉降速度的主要因素,如滑溜水黏度、支撑剂粒径和密度、排量及加砂浓度等进行敏感性计算分析。与室内试验结果对比表明,所用理论方法准确可靠。理论计算进一步表明,采取变黏度压裂液体系和优化施工排量等工艺措施,能够获得较长的支撑裂缝和较大的有效改造体积,为今后的压裂设计和施工优化提供了理论参考。     

页岩气用滑溜水压裂液体系的储层伤害与生物毒性对比研究

压裂液选择不当会对储层造成伤害,降低页岩气井的产能,造成巨大的经济损失。目前,无论是室内还是现场,多是单一研究滑溜水的减阻性能,并未与环境保护和储层保护相联系。针对国内常用的粉末类、油基乳液类和纳米复合类减阻剂配制的滑溜水,在评价减阻性能的基础上,进行了生物毒性和储层伤害方面的试验研究,以探索有效、系统评价滑溜水性能的方法。试验结果发现,纳米复合类减阻剂减阻性能与粉末类减阻剂和油基乳液类减阻剂相近,减阻率都能达70%以上,具有较好的减阻效果;纳米复合滑溜水压裂液的渗透率恢复值为95%~98.6%,EC_(50)值为1×10~6~1.89×10~6 mg/L,具有良好的储层保和环境保护性能;而粉末类减阻剂配制的滑溜水渗透率恢复值仅为5.7%~19.5%,EC50值为1120~1180mg/L(微毒、微毒);油基乳液类减阻剂配制的滑溜水渗透率恢复值仅为1.4%~3.4%,EC_(50)值为71.25~2180mg/L(重毒、微毒),实际应用过程中会对环境和储层造成严重的损害。该研究成果不仅可为压裂现场选用滑溜水提供依据,也可为非常规油气藏储层伤害评价方法研究提供借鉴,对实现页岩气持续高效、经济与绿色开发具有重大意义。     

致密气压裂液与储层全过程渗吸伤害规律研究

致密砂岩气是我国重要的非常规天然气资源,目前主要采用水力压裂的方式开采.压裂过程中,由于毛细管压力的作用,压裂液与储层接触后发生渗吸作用进入储层孔喉造成储层伤害.为研究致密气储层从"压裂-关井-返排"全过程中压裂液对储层的渗吸伤害,定量描述不同时刻的渗吸伤害程度,选用临兴致密气区块储层岩心,通过室内试验模拟压裂液进入储层到返排生产的过程,采用低场核磁共振的手段表征了整个渗吸过程.研究结果表明,压裂液的渗吸伤害从压裂液与储层接触就开始发生,进入岩心的深度随着渗吸时间的增加而增加;从不同时刻的核磁共振的τ2(弛豫时间)谱来看,由于毛细管压力的作用,压裂液先进入小孔隙,然后进入大孔隙,岩心孔喉越小其毛细管压力的作用越强,渗透率较小的岩心由于具有较强的滞留压裂液能力而受到压裂液的损害程度更高;通过核磁共振信号的一维编码处理可以得到不同时刻压裂液渗吸前缘的位置,定量描述渗吸伤害的程度.该研究可为致密砂岩气压后返排渗吸伤害的解除工艺提供定量的分析支持.     

长庆油田压裂返排液对储层支撑裂缝损害室内研究

为降低压裂返排液对储层支撑裂缝的损害,对长庆油田目前使用的压裂液类型如胍胶体系、生物胶体系、滑溜水体系及滑溜水-胍胶体系开展了压裂返排液对储层支撑裂缝损害的研究。首先在室内测定了4种压裂返排液体系的pH值、密度、固相含量、颗粒粒径;然后对4种压裂返排液进行了预处理,评价了压裂返排液对岩心基质渗透率损害程度;最后探讨了4种压裂返排液中悬浮物粒径、悬浮物浓度与支撑裂缝损害之间的关系。评价结果表明,胍胶和生物胶对支撑裂缝的损害程度较小,滑溜水和滑溜水-胍胶混合液对支撑裂缝的损害程度较大;随着悬浮物颗粒粒径以及质量浓度的减小,压裂返排液对支撑裂缝损害也随之减弱;压裂返排液对地层岩心基质损害率较小,可以实现压裂返排液体系的再利用,具有一定的应用前景。     

GA-16复合清洁压裂液的制备及其性能研究

鉴于常规阳离子表面活性剂压裂液耐温性差,破胶后易被地层吸附引起地层润湿翻转,造成地层渗透率下降等问题,选取阴离子双子表面活性剂GA-16为主剂,制备了GA-16复合清洁压裂液体系,并对其性能进行了评价。结果表明,阴离子双子表面活性剂GA-16与水杨酸钠、十二醇、纳米TiO2的复配体系性能优异,在80℃、170s-1时,其表观黏度为50mPa·s,经150min剪切后黏度保留率为77.7%;破胶完全且破胶液黏度小于5mPa·s;静态滤失对基质渗透损害率为11.02%。     

新疆吉木萨尔页岩油藏注CO2驱最小混相压力的确定

为了明确纳米级孔隙半径对最小混相压力的影响,针对新疆吉木萨尔页岩油藏注CO₂驱最小混相压力进行了研究。通过建立临界参数偏移模型,改进PR(Peng-Robinson)状态方程,建立吉木萨尔页岩油藏流体相态模型,考虑纳米约束研究流体相态特征并确定最小混相压力。结果表明,孔隙半径的变化对临界参数有显著影响,流体临界温度和临界压力均随孔喉半径的减小而降低。当孔隙半径小于100nm时,限域约束下的临界性质与常规临界性质有明显的偏移。随着孔隙半径的减小,流体P-T相图向右偏移,两相区面积减小,相图明显呈收缩状态,相态特征更近乎重质油特征。当孔隙半径小于50nm,相图的偏移趋势显著,临界点向右下方偏移度大。吉木萨尔页岩油藏注CO₂驱最小混相压力采用常规确定法与纳米孔约束的相态模拟法相结合,兼顾目标区纳米孔分布权重计算得到的最小混相压力为21.6MPa。研究页岩油藏中的流体相态,确定纳米孔隙约束下的最小混相压力,对同类油藏最小混相压力的确定具有指导意义,同时可为目标油藏注CO₂驱提高采收率开发方案的制定提供理论支持。     

页岩气开发用绿色清洁纳米复合减阻剂合成与应用

针对页岩气井现场压裂施工过程中亟待解决的问题,研发了JHFR-2绿色清洁纳米复合高效液体减阻剂。该减阻剂为易溶于水的乳白色液体,密度1.05~1.26g/cm3,黏度小、体系稳定性好。性能评价表明,该减阻剂不起泡,抗温达到130℃,抗钙离子污染能力强,几乎无地层伤害,性价比高。通过现场施工应用,该减阻剂只需柱塞泵按比例泵入,实现在线配制滑溜水,节约设备、运输和土地使用等费用,可满足现场即配即注的工艺要求。     

压裂液在火山岩不同类型孔隙中的分布特征——以新疆西泉井区火山岩油藏为例

火山岩毛细管压力强,渗吸作用明显,明确火山岩渗吸规律对提高火山岩油藏采收率具有至关重要的作用.基于核磁共振技术,对新疆西泉井区火山岩油藏岩样开展渗吸作用下压裂液分布特征试验研究,通过监测静态自发渗吸过程中压裂液在火山岩岩样不同类型孔隙中的分布状况,分析了自发渗吸过程中油水变化特征,定量表征了不同孔隙在渗吸过程中的渗吸速率和采出贡献率.试验结果表明,火山岩发生自发渗吸作用的主要孔隙为毛细管束缚孔隙,孔隙区间为0.0017～0.0365μm;渗吸作用前14h毛细管束缚孔隙渗吸速率大,14h后渗吸速率逐渐减小,38h后渗吸作用基本结束,毛细管束缚孔隙渗吸速率与渗吸时间符合乘幂函数关系;毛细管束缚孔隙最终采收率较可动流体孔隙最终采收率高,毛细管束缚孔隙为渗吸产油主要贡献孔隙,在渗吸作用中占有主要地位.该研究结果对于火山岩油藏压裂后焖井优化有一定的指导意义,可为火山岩油藏高效开采提供一定的理论基础.     

减阻剂对表面活性剂性能的影响研究

滑溜水压裂施工过程中的用液量大,为减少压裂液滞留而引起的储层伤害,需加入促返排的表面活性剂。研究了油基乳液类、粉末类以及JHFR纳米复合减阻剂对TMAC(四甲基氯化铵)、BTAC(丁基三甲基氯化铵)、OTAC(辛基三甲基氯化铵)和DTAC(十二烷基三甲基氯化铵)4种表面活性剂的影响,结果表明JHFR纳米复合减阻剂对多数表面活性剂具有增效作用,如二者协同使用,则可增强表面活性剂的促返排效果。该研究成果可为滑溜水中化学剂的选择提供参考依据,并为研究滑溜水中化学剂之间的相互作用提供借鉴。