储层温度对页岩微观力学性质的影响

深部页岩气储层温度较高,为了研究地层温度对页岩宏微观力学性质的影响,采用四川盆地长宁区块寒武系龙马溪组井下页岩岩心,开展了26℃、80℃、150℃条件下的网格式微米压痕实验,分别模拟地表、中深层与深部储层的环境温度。采用去卷积数据统计分析方法量化了温度对页岩微观力学性质的影响,结合能量分析法研究了温度对页岩微观尺度断裂韧性的影响规律,并分析了温度对深部页岩裂缝导流能力影响的作用机制。结果表明,随着深部储层温度的增加,显著削弱了页岩的微观弹性模量、硬度与断裂韧性,而增加了压痕点弹性变形能力;弹性变形能力的增强导致矿物簇受应力作用后具有恢复弹性形变的能力,进一步说明水力裂缝扩展后缝周矿物弹性形变易恢复,压裂裂缝难维持。该研究结果对从岩石微观力学角度理解深部页岩气储层水力裂缝导流能力低提供了理论支持。

有效应力和滑脱作用对深部页岩气渗流的影响

深部页岩气储层压力在衰竭过程中势必会产生滑脱效应和有效应力变化,两者对渗透率演化均起着重要影响,有必要探究它们对渗流的作用机理。进行了不同体应力和孔隙压力耦合作用下页岩的变形与渗流试验。研究表明:孔隙压力和地应力对浅部页岩气储层变形作用显著;在深部高应力作用下,页岩已处于致密状态,可压缩性显著降低,孔隙压力对其内部裂隙变形作用可忽略。随着页岩气储层由浅部进入深部,滑脱效应取代有效应力作用主导着页岩气渗流。在低应力和高应力作用下,页岩的渗透率有效应力系数均大于1,分别为2.90和2.95,表明未经实验验证而假定页岩渗透率有效应力系数κ=1是值得商榷的,这对页岩气产量预测会造成重大偏差。由于页岩微孔隙结构的形成与黏土颗粒密切相关,可利用黏土壳模型较好地解释κ>1的实验现象。利用线性、二次和双滑移Klinkenberg方程对滑脱效应进行修正,发现表观渗透率和孔隙压力之间更符合二次函数关系式。在深部应力环境下,相较储层有效应力变化,随着孔隙压力衰竭,滑脱效应更加明显;滑脱效应在高气体压力下会减弱,滑脱系数呈指数降低。最后,通过确定有效应力影响区最佳κ,得到不同应力阶段的渗透率应力敏感性指数ξ,进而提出了一种量化滑脱效应对表观渗透率贡献的新方法。

页岩储层甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究进展

页岩气通常以吸附和游离状态赋存于暗色泥页岩、高碳泥页岩等产气岩中,是一种清洁、高效的能源资源.相比于常规天然气藏,页岩气储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特点,压裂改造提高页岩气采收率是“十四五”期间我国能源开发的重点攻关方向.本文创新性提出了一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂的技术构想,该技术利用页岩气储层原位解吸产生的甲烷气体与注入的助燃剂协同燃爆,产生高温高压气体冲击压裂页岩储层,创造立体裂缝网络,为页岩气提供高效运移通道.论文全面分析了甲烷原位燃爆压裂的技术构想、可行性以及关键科学问题,包括甲烷-助燃剂协同起爆机制及燃爆压力波传播特性、甲烷燃爆对井筒介质的瞬态冲击动力学响应特征与控制机制、多级燃爆压裂立体缝网逐级构建及效果评价技术等3个关键研究内容,基本涵盖了当前甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究的最新进展.研究认为,燃爆冲击载荷作用对页岩复杂缝网的形成和扩展具有显著促进作用,甲烷燃爆压裂不需要消耗大量的压裂液,也不涉及火工品的地上运输和混合等过程,安全、经济和环保优势非常明显,是一项前瞻性、变革性技术,有助于实现我国页岩气开采技术的创新突破.