基于钻井岩屑评价水平井地层力学性质——以鄂尔多斯盆地太原组灰岩为例

鄂尔多斯盆地太原组致密灰岩气藏储层开发潜力高,规模化开发建产依赖于分段体积压裂技术。水平井井段取心难度大、成本高,难以获取全井段力学性质以支撑压裂方案精细优化,但全井段钻井岩屑可轻易获取。文章创新性地提出了一种基于钻井岩屑评价水平井地层力学性质的方法。通过开展井下岩心的单轴/三轴压缩实验和纳米压痕测试,明确灰岩的微观组分模型,研究单一组分响应与宏观整体响应的关系。针对同井同深度的钻井岩屑和井下岩心开展网格化纳米压痕测试,标定钻井岩屑与井下岩心力学性质的关系,基于钻井岩屑建立水平井地层力学性质连续剖面。应用实例表明,基于钻井岩屑的纳米压痕测试,有利于精细化表征水平井地层岩性和连续反演水平井地层的静态弹性模量分布,为水平井地层压裂甜点识别、压裂段簇及射孔优化提供基础数据。研究结果证明了基于钻井岩屑表征地层岩石力学性质的可行性,为水平井全井段储层力学性质剖面的建立提供新思路,有助于水平井密切割压裂方案的精细优化。

鄂尔多斯盆地上古生界煤岩气成藏地质条件及勘探方向

为了进一步提高鄂尔多斯盆地煤岩气勘探开发效益,综合钻井、录井和分析测试等资料,从盆地尺度上系统地研究了上古生界煤系地层聚煤环境、煤质特征、储层物性和含气性,分析了盆地煤岩气成藏条件,总结了煤岩气勘探开发关键技术,评估了盆地煤岩气资源,并指出了煤岩气的勘探方向。研究结果表明:①盆地石炭纪本溪期海陆交互相沉积与二叠纪山西期陆相三角洲沉积发育形成广泛分布的煤岩,热演化程度较高,镜质组含量高,生烃规模大。②盆地深层煤质优良,以光亮煤和半亮煤为主,煤体结构良好,以原生结构煤为主,固定碳含量高,挥发分和灰分产率低。③煤岩储层发育储集空间包括气孔、植物组织孔和无机矿物质孔,割理和裂隙发育,平均孔隙度为4.80%,平均渗透率为2.35 mD,属于致密储层;煤岩平均含气量为22.53 m^(3)/t,其中游离气平均含量为5.65 m^(3)/t,占总含气量的25.08%。④煤岩与上覆不同岩性形成了煤岩-泥岩、煤岩-石灰岩和煤岩-砂岩3种储盖组合,控制了游离气富集分布,提出了“源储一体、持续生烃、盖层封堵”的煤岩气成藏模式。⑤在煤岩气勘探实践中形成了地震地质综合建模、水平井钻完井、压裂改造和限压排采等一系列配套工程技术。⑥盆地本溪组8号煤岩和山西组5号煤岩埋深1500 m以深煤岩叠合总面积16.70×104 km^(2),估算煤岩气总资源量23.47×10^(12) m^(3)。其中8号煤岩分布面积10.63×104 km^(2),煤岩气资源量17.43×10^(12) m^(3);5号煤岩分布面积6.06×104 km^(2),煤岩气资源量6.04×10^(12) m^(3)。结论认为:①鄂尔多斯盆地煤岩气地质条件优越,资源潜力巨大,勘探配套技术已基本形成,煤岩气勘探开发前景良好;②神木周边、榆林周边、乌审旗周边、米脂北、佳县、绥德、吴堡、大宁-吉县等区带8号煤岩,神木-伊金霍洛旗、榆林-佳县、乌审旗北、横山-子洲等区带5号煤岩是近期煤岩气的重点勘探方向。

鄂尔多斯盆地气藏新类型储层岩石断裂性质及导流能力

为了明确鄂尔多斯盆地天然气新类型储层矿物特征、断裂性质及导流能力,对陇东铝土岩、太原组灰岩和奥陶系盐下马四白云岩进行了矿物分析、铸体薄片鉴定、宏微观断裂实验和支撑剂嵌入导流能力测试。结果表明:新层系岩石矿物差异明显;断裂韧性高于常规砂岩储层,且铝土岩断裂韧性受水铝石含量影响;新层系岩石微观尺度下断裂韧性低于宏观值;铝土岩和灰岩裂缝扩展过程中易于形成分支缝,白云岩裂缝扩展形态相对简单平直;新层系岩石导流能力随着支撑剂嵌入深度呈二次非线性减小。高应力条件下支撑剂粒径对铝土岩导流能力的影响较小;酸化会弱化马四白云岩力学性质,促使支撑剂由弹性嵌入转化为弹塑性嵌入,进而增大嵌入深度,降低导流能力。

耐盐型阴/阳离子表面活性剂高效渗吸体系构筑及性能评价

针对长庆安塞油田油藏条件,构建了阴离子表活剂APGSHS和双十八烷基阳离子表活剂复配的耐盐型高效渗吸体系。在矿化度为74.11 g·L^(-1)、温度为50℃的条件下,通过界面张力优选出适合该油田的最佳渗吸体系,并研究了该渗吸体系的润湿性能、乳化性能以及渗吸采油效果。结果表明:复配体系可将油水界面张力维持在10^(-3)mN·m^(-1)数量级;同时,该体系具有优异的润湿反转能力以及较佳的乳化性能,该复配体系针对0.3~30.0 mD的岩心渗吸采收率可达40%以上。

深层页岩气储层耐温抗盐型滑溜水压裂液体系研究

为满足深层页岩气储层压裂施工对压裂液性能的要求,以丙烯酰胺、刚性基团阳离子单体和N-乙烯吡咯烷酮为原料复配了一种高效耐温抗盐型降阻剂GHR-1,并结合助排剂和黏土稳定剂,形成了一套适合深层页岩气储层的耐温抗盐型滑溜水压裂液体系,对其综合性能进行了评价。结果表明:滑溜水体系的防膨性能、表面张力、pH值、运动黏度、残渣含量以及与地层水的配伍性等基本指标均满足行业标准要求。体系的耐温抗盐性能较好,在最高温度为140℃或者矿化度达到204.8 g/L时,滑溜水的减阻率仍能达到70%以上。体系对目标区块页岩储层岩心的基质渗透率伤害率低于10%,具有较好的储层保护效果。耐温抗盐型滑溜水压裂液体系在NX-1井成功进行了现场应用,施工过程中滑溜水压裂液性能比较稳定,现场减阻效果较好,测试产气量达到了42.35×10^(4)m^(3)/d,压裂增产效果较好。

不同压裂液对煤岩渗透率伤害实验评价初探

煤岩储层增产措施中,压裂是重要的手段。不同压裂液对煤岩渗透率会造成不同程度的伤害。本文采用活性水、KCl溶液及破胶前后的清洁压裂液对煤岩渗透率伤害进行了室内评价。从实验结果可以看出,活性水和KCl溶液对煤岩伤害程度很小,属于弱伤害;未破胶的清洁压裂液对煤岩渗透率伤害很大;相比而言破胶后的清洁压裂液对煤岩渗透率伤害明显减小。从返排恢复结果可知,KCl溶液和活性水伤害过的煤岩渗透率恢复较好,未破胶的煤岩渗透率恢复较慢,破胶后的清洁压裂液渗透率恢复较好。从而为煤岩储层增产技术中压裂液体系选择提供理论依据。

两亲Janus纳米片的制备及胶体与界面性质研究进展

该文首先综述了两亲Janus纳米片制备方法的研究进展,包括界面保护法、乳液界面自组装溶胶-凝胶法、模板辅助溶胶-凝胶法以及嵌段共聚物自组装法。接着,系统介绍了两亲Janus纳米片在水溶液中的胶体特性及其在油水体系中的界面特性。最后,简要介绍了两亲Janus纳米片的应用领域,并对未来两亲Janus纳米片制备方法和胶体与界面特性的研究方向进行了展望。

基于假四子表面活性剂的pH响应型清洁压裂液的研制与性能评价

黏弹性表面活性剂压裂液又被称为清洁压裂液,由于其破胶完全、无残渣、地层伤害小等优点,已在水力压裂领域受到广泛关注。但合成工艺复杂、成本高以及无法重复利用等问题限制了清洁压裂液的实际应用。基于油酸酰胺丙基二甲基叔胺与丁烷四羧酸在特定pH条件下相互作用形成“假”四子表面活性剂,进而自组装形成蠕虫状胶束的特性,构建了表观相态和流变学行为受pH调控的pH响应型清洁压裂液,系统研究了这种清洁压裂液的pH响应行为,包括表观相态、黏度、流变学行为、pH响应循环性以及微观结构等,并评价了其耐温耐剪切以及破胶性能。研究结果表明,通过调节pH,压裂液的零剪切黏度可达240 Pa·s以上,并能够在高黏凝胶状态与低黏水溶液状态间循环切换4次以上。所构建的清洁压裂液在90℃、170 s^(-1)条件下剪切60 min后,黏度仍保持在200 mPa·s以上,具有良好的耐剪切性能。此外,该压裂液可在1 h内实现完全破胶,且破胶液黏度低、无残渣。

苏里格气田致密砂岩气藏多层分压开采面临的难题及对策

鄂尔多斯盆地苏里格气田发育二叠系山西组、石盒子组等多套含气层系,具有“一井多层、单层低产、横向非均质性强、渗透率低、压力低、丰度低”等特征,是典型的致密砂岩气藏。虽然历经多年的勘探开发,对该气田的地质认识不断深化,工艺技术创新发展和技术思路不断完善推动了该气田的规模上产,但随着勘探开发工作的持续推进,储层条件更加复杂,对多层分压开采技术提效降本提出了新的挑战。为此,在回顾总结苏里格气田多层连续分压开采技术发展历程的基础上,首先分析总结了攻关取得的认识与启示,认为目前已形成的机械封隔器分压和套管滑套分压两套主体分压技术是经济有效开发该气田的关键技术,压裂作业效率提高1倍以上,应用效果良好。进而把该气田开发面临的技术挑战归纳为“多层动用不充分、钻采工艺不满足气井全生命周期效益开发需要、分压工艺难以兼顾上古生界与下古生界气藏叠合开发需要”。最后结合苏里格气田的开发形势,探讨了解决上述难题的对策以及气藏多层分压开采技术的发展方向:①加强与井网匹配研究,提高储量动用程度及最终采收率;②优选改造层位,优化分压技术,提升多层动用开发效益;③系统优化钻采工艺技术,建立全生命周期小井眼提效降本新模式;④攻关适应于上、下古生界储层分压合求技术,以满足上、下古生界气藏叠合开发的需求。

致密碳酸盐岩应用“体积加砂”压裂技术探讨

鄂尔多斯盆地古隆起东侧下古深层大厚段致密碳酸盐岩储层具有致密、酸液有效作用距离短、滤失高以及酸蚀裂缝导流能力难保持等改造难点,并对比发现古隆起东侧下古碳酸盐岩与美国页岩的地质及岩石力学特征具有较强的相似性,从理论上论证了致密"体积加砂"压裂具有可行性。基于室内实验与数值模拟,提出了前置注酸、前置CO2、胶液前置、滑溜水+基液的体积加砂压裂工艺,现场应用得到试验井无阻流量约为常规酸压井的2. 6倍,改造效果明显,可为碳酸盐岩深层大厚段储层提高单井产量提供技术支撑。

压裂用纳米体膨颗粒裂缝封堵性能实验研究

近年来,纳米颗粒用于提高采收率对小孔隙进行封堵的研究较多,但很少有人将其用于压裂工艺,对低渗透储层出水微裂缝进行封堵。因此通过调研优选出纳米体膨颗粒作为堵剂,将其用于裂缝封堵性能实验。利用自制岩心封堵实验装置,分析了纳米体膨颗粒对水流和油流裂缝通道的封堵能力,以及其自身的膨胀性、注入性和在水流裂缝通道中的耐冲刷性。实验结果表明,纳米体膨颗粒在水相环境中具有较强的吸水膨胀性能,在油相环境中具有弱膨胀性能;纳米体膨颗粒对水流裂缝的封堵效果良好,在围压为40和50 MPa下水相封堵率高达90%;对油流裂缝不会形成很强的封堵,油相封堵率小于30%。此外,纳米体膨颗粒的注入性能良好。在围压为40 MPa、注入3 PV浓度为2%的纳米体膨颗粒在水流裂缝中,膨胀4d后的耐冲刷性良好;因此纳米体膨颗粒达到了封堵水流裂缝而不封堵油流裂缝的目的,能较好地应用于压裂堵水。

基于储层纵向非均质性的水力压裂裂缝三维扩展模拟

水力压裂技术是有效动用致密气、页岩气等非常规油气资源的主体储层改造技术。为解决储层纵向非均质性导致的水力压裂裂缝垂向过度延伸或延伸受限等问题,采用大尺度岩样(762 mm×762 mm×914 mm)水力压裂物理模拟实验,优化建立了基于离散格子理论的全三维水力压裂数值模型,分析了薄层致密砂岩、多层理页岩两类储层的水力裂缝扩展形态及其主控因素。研究结果表明:①鄂尔多斯盆地苏里格地区致密砂岩储层水力裂缝形态以径向缝、椭圆和长方形为主,层间水平应力差、储隔层厚度比是水力压裂裂缝形态的主控因素,通过控制排量、增加滑溜水注入比例方式可降低裂缝垂向过度延伸;②页岩储层由于层理面的存在,三维空间形态更为复杂,裂缝垂向扩展分别呈现“1”“丰”“T”“十”和“工”字形共5种形态;③对于走滑构造型页岩气藏压裂,层理面胶结强度是压裂裂缝展布形态主控因素,通过前期高黏液造主缝,后期低黏滑溜水沟通水平层理的“逆混合”改造技术模式可提升页岩储层三维空间有效改造范围。结论认为,开展现场尺度下水力裂缝空间三维扩展形态模拟及其影响因素分析,可为非常规油气提高储层高效体积改造工艺技术优化提供参考依据。

苏里格致密气田丛式井组连续油管一体化压裂技术

苏里格致密砂岩气藏大井组多井型的丛式井组机械分层压裂工艺不能满足多层、高排量压裂技术发展需求。为此,根据体积压裂理论进行了致密气田高排量混合水压裂工艺设计,采用滑溜水+基液+交联液的注入模式,低黏液占比40%~75%,排量6~8m^3/min;研发了连续油管底封分层压裂工具串:导向扶正器+机械式接箍定位器+机械锚定器+Y211封隔器+平衡阀+喷射器+机械式安全丢手接头+连续油管外卡瓦式连接头+连续油管,满足了连续解封和坐封的需求;为确保安全施工,研发了连续油管井口保护器,结合全过程防砂工艺制定了标准地面作业流程,形成了安全作业配套技术,并研发了压裂返排液处理装置,实现了压裂返排液再利用,最终形成苏里格致密气田丛式井组连续油管一体化压裂技术。截至2018年12月底现场试验32个井组201口井,压后单井产量较对比井提高15%,平均单井压裂作业周期由常规模式的19.5d缩短至11.0d,提产提速效果显著。

塔河油田碎屑岩储层敏感性实验研究

塔河油田碎屑岩储层具有渗透率低、物性差、非均质性极强等特点,储层改造难度大。通过对岩心进行薄片鉴定、x衍射全岩分析以及扫描电镜来分析岩心的矿物成分和黏土含量,并通过岩心流动实验,对塔河油田碎屑岩主要层系储层岩心进行敏感性实验。实验结果表明,该储层碎屑岩具有强碱敏、中偏强水敏、中等盐敏、弱速敏、无酸敏,并分析了各敏感性伤害的机理。建议在向储层中注入流体时,应保持注入速度低于临界流速,同时应注意防止碱性溶液渗入地层,以免产生沉淀、堵塞喉道、伤害储层。

鄂尔多斯盆地陇东地区复杂岩性铝土岩储层改造酸化液研究及应用

鄂尔多斯盆地陇东地区铝土岩储层纵向岩性复杂,矿场改造过程中储层压不开及难压的问题突出。为解决陇东铝土岩施工压力高和储层难破裂的难题,提出在酸溶水铝石之外以黏土矿物为主要目标的酸液研发思路,创新形成了多效耦合活性酸体系。缓速机理及电离实验表明,多效酸是一种多元弱酸,在溶液中可形成多级可逆平衡体系并存在6种型体,主要通过多级电离特性来达到对岩石矿物的缓速效果;溶蚀实验表明,多效酸体系对Ⅱ、Ⅲ类铝土岩岩心溶蚀率达20%~42%;螯合测试实验表明,多效酸能有效抑制氟化钙沉淀的产生;通过对主剂活性酸及助剂缓蚀剂的优化与评价,优选了一套多效酸体系。在矿场完成的先导性试验表明,降压可达10~22 MPa,初步显示出较好的降压改造效果。