页岩气藏多尺度孔缝介质压裂液微观赋存机理研究

页岩气藏水力压裂后大量压裂液滞留在基岩孔隙和压裂诱导裂缝内。目前页岩气藏压裂液微观赋存机理认识不清,导致难以准确认识返排过程中页岩气井压裂液返排率差异。建立页岩气藏多尺度孔缝介质压裂液微观赋存分析方法,揭示页岩气藏压裂液微观赋存机理。建立同时考虑岩石-流体作用力和气水界面毛管力的单孔隙气水赋存分析方法,进一步拓展至孔隙网络,采用侵入逾渗研究基岩压裂液赋存模式。基于水力压裂诱导裂缝CT扫描成像结果,采用水平集气、水界面追踪方法计算不同返排压力下气水分布,研究诱导裂缝压裂液赋存模式。研究结果表明:基岩系统返排率呈现缓慢上升—快速上升—趋于平缓的趋势。压裂液主要呈现水相饱和孔隙赋存、角落水相赋存、水膜状赋存3种赋存模式;压裂诱导裂缝系统返排率主要受诱导裂缝周围孔隙连通性影响,呈现快速上升后趋于平缓趋势。滞留压裂液主要赋存在水力压裂诱导裂缝周围盲端基质孔隙。

胶凝酸及酸化返排液中钛合金管材均匀腐蚀行为研究

针对钛合金油管在酸化作业中的腐蚀问题,开展了在不同温度、压力、流速及添加不同比例缓蚀剂的胶凝酸溶液及酸化返排液中钛合金管材的均匀腐蚀试验。利用扫描电镜、EDS等工具分析了腐蚀形貌和表面腐蚀产物。结果表明:随着试验温度从50℃升至150℃和试验压力从5 MPa增至10 MPa,钛合金管材在0.1 mol/L浓度胶凝酸中腐蚀速率明显增加,且在5 MPa、150℃或10 MPa、100℃条件下发生溶蚀现象。而在90~160℃、16 MPa条件下,添加3%~6%质量分数的钼酸钠类缓释剂可明显降低腐蚀速率,但在3%缓释剂的90℃溶液中,流速增至60 r/min则导致管材腐蚀速率增加约4.5倍。同时,在高温酸化返排液中钛合金管材仍存明显动态腐蚀,需要添加一定比例缓释剂控制钛合金的腐蚀速率。

一种油田钻井压裂返排液的水处理工艺方法

针对现有的油田钻井压裂返排液的水处理工艺普遍存在处理成本高,处理效果差,设备维护量大且无法做到连续处理等问题,基于对压裂返排液水质及主要组分的分析结果,建立一套以去除有机物(COD)并有效降低废水总溶解性固体(TDS)的处理方法,本方法核心工艺为气浮+混凝沉淀+浸没式超滤+电渗析+MBR+STRO+DTRO的联合处理工艺。通过实际工程项目处理结果,使压裂返排液在处理后能够达到工业企业回用水水质要求并满足废水回用率的要求,同时大幅度降低膜系统维护及损坏更换的工作量,进一步优化项目运行成本。

致密油藏压裂液滤液返排率影响因素室内实验

致密油藏和页岩油藏储层致密、孔隙喉道细小,在压裂液滤液返排过程中,大量压裂液滤液滞留于地层,导致返排率极低。在微观渗流的基础上,利用毛细管束模型,建立压裂液滤液返排数学模型,分析不等径毛细管中油驱压裂液滤液返排过程的主要影响因素。利用胜利油区樊154区块天然岩心进行室内驱替实验,分析岩心渗透率、模拟油粘度、返排压差和模拟油—压裂液滤液界面张力4个因素对压裂液滤液返排率的影响。结果表明:岩心渗透率对压裂液滤液返排率的影响较大,当渗透率由1.276×10^(-3)μm^2降低到0.13×10^(-3)μm^2时,压裂液滤液返排率可减小20%左右;当模拟油粘度由6.459 mPa·s降低到1.192 mPa·s,模拟油—压裂液滤液界面张力由14.617 mN/m降低到0.021 mN/m时,压裂液滤液返排率均可提高15%左右;返排压差越大,压裂液滤液返排率越高,当返排压差超过8MPa时,继续增加返排压差对压裂液滤液返排率增幅的影响不大。

页岩储层吸水特征与返排能力

中国页岩气资源量巨大,但页岩储层渗透率极低,为了有效开发页岩气藏,通常采用体积压裂技术以增大渗流面积,但页岩储层压裂后普遍存在着压裂液返排率低的问题。针对该问题,全面分析了页岩的组分及其与水的力学作用机理;设计了页岩粉末膨胀和岩心吸水实验,分别研究了页岩对蒸馏水、地层水、压裂液A和压裂液B的吸水能力;同时运用缝网渗流能力等效原理,推导了页岩吸水强度的计算公式,概算了页岩气井体积压裂后的吸水百分比。研究结果表明:页岩受表面水化力、渗透水化力、氢键力及范德华力作用的水分子难以返排,而受重力和毛细管压力作用的水分子在一定条件下可以返排;压裂液能够有效抑制页岩的吸水能力,有助于压裂液的返排;通过改变压裂液组分提高压裂液返排率是可行的。该研究成果为认识页岩储层体积压裂液返排的内在机理以及压裂规模与返排率的关系,提供了较为翔实的理论依据。

海相页岩压裂液低返排率成因

为了研究压裂液与页岩作用以及滞留机理,以中国南方海相页岩昭通、长宁和威远区块的岩心为样品,从吸附、膨胀、溶出孔、溶出液矿化度及离子组成等实验研究入手,揭示水在页岩中的赋存状态及高矿化度来源,模拟计算了水的滞留及矿化度增加机理。扫描电镜显示页岩中含有黏土矿物质形成的大量微裂缝,超声浸泡页岩矿物溶出率介于0.5%~0.7%,离子组成与地层水一致,取样岩心黏土矿物含量介于18%~20%,主要为绿泥石、伊利石和少量伊/蒙混层,没有蒙脱石(SS)层,XRD及红外光谱验证压裂液不会进入黏土矿物层间,不会引起页岩膨胀,压裂液滞留主要为压裂新形成的页岩微裂缝表面吸附作用的结果,吸附饱和速度与孔径成正比,为逐步渗透。结论认为,压裂液对页岩的逐级萃取及纳米缝隙对离子排斥是返排后期矿化度急剧增加的主要原因,气藏形成时甲烷携液作用也是可能的原因。结合实验及现场数据,分析了9口井压裂液返排率与产气量数据,结果表明相同区块总体趋势为返排率越低,微裂缝越发达、体积改造效果越好、产气量越大。

压裂液在页岩储层中的滞留与吸收初步探索

我国页岩气储量丰富。近年来,随着页岩气的开发,大规模水力压裂应用越来越广泛,但目前对于大量压裂液注入后引起的低返排率机理及其对产能影响的认识仍然不清楚。针对该问题,通过对国内外相关文献的调研和整理,简要分析了页岩储层中返排率低的原因及页岩气产能的控制因素,概述了压裂液在页岩储层中的滞留与吸收机理研究现状。结论认为:页岩储层对压裂液的滞留与吸收是造成页岩气返排率低的主要原因,建立压裂液在页岩储层中滞留与吸收模型、探索低返排率对气体产出的影响对提高页岩储层压裂改造效果和页岩气井产能具有重要的意义。

交联酸携砂酸压在白云岩气藏改造中的应用

低渗白云岩储层自身物性条件较差,常规酸压及水力加砂压裂工艺在实际应用中不能取得明显的增产改造效果。在分析针对靖边气田现有白云岩储层改造面临的难点基础上,开展了交联酸携砂酸压工艺的研究与现场实践。该工艺将酸液携砂填充裂缝与破胶后酸化作用有机结合起来,以最终形成高导流能力的酸蚀-支撑复合裂缝,扩大了油气渗流通道。现场11井次试验表明,措施成功率达100%,最大加砂量25.1m3,压后平均返排率在82%以上,平均试气无阻流量达12×104m3/d以上,最高获37.0236×104m3/d。与邻井其他工艺增产效果相比,该工艺具有一定优势,为碳酸盐岩类储层增产改造提供了新思路。

催化氧化复合生物技术处理油气田压裂返排液

针对油气田压裂返排液处理难度大的问题,以四川某气田井组压裂返排液为研究对象,通过对其水质特征和治理技术现状的分析,提出催化氧化复合生物处理工艺并进行了现场实验。实验结果表明:该技术对于压裂返排液COD去除效果明显,最终出水COD浓度均降至100mg/L以下,COD去除率达到98%以上;G-BAF生化系统进水盐度在0.5%~5%时,系统适应性非常好,有机物去除率达93%以上;当盐度提高到8%时,有机物去除率仍能保持在84%左右,G-BAF生化系统适合高盐度压裂返排液的处理;压裂返排液出水主要污染指标COD浓度、氨氮浓度、SS浓度、pH值均达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准,出水可用于油田及污水处理站设备清洁、钻井岩屑清洗等,实现废水综合利用。

三塘湖盆地芦草沟组页岩自吸特征

页岩储集层压裂后,存在压裂液返排率低、产能差异大的特点,大量的压裂液长期滞留井下并被储集层自发吸入,对油气开发及有效动用具有很大影响。以页岩油可动性、页岩静态自吸和润湿性等多项实验为基础,通过页岩自吸压裂液驱油实验和恒压水驱油实验,认识到页岩独具的自吸特征。基于静态自吸实验,从页岩基本吸水物理现象入手,通过自吸饱和度和自吸速率2个自吸特征参数来反映页岩的自吸能力,分析现场压裂后生产排液曲线,认为室内实验结果对页岩压裂后生产排液有一定的预测作用。通过液—岩铺展性实验,分析了三塘湖盆地二叠系芦草沟组页岩润湿性特征及其对自吸能力和特征的影响,认识到页岩既有亲油性又具有亲水性的混合润湿特征,结合相关资料综合分析认为,页岩的自吸能力和特征主要受微观孔隙结构和润湿性的共同控制和影响。

压裂井极限抽汲返排率的确定

本文利用离子浓度组成分析的方法,计算了大庆油田试油井试油求产阶段的压裂液抽汲返排率,定义并得出了压裂液的极限抽汲返排率。结果表明:在抽汲返排水性稳定以后,压裂液的返排率为75%左右,即有25%左右的压裂液残留在地层中无法返排出来;在抽汲排液阶段,压裂液的抽汲返排率一般低于15%,压裂液的极限抽汲返排率为15%,即从地层中最多能抽汲出15%的压裂液。

压裂液残渣对不同支撑剂导流能力的影响

利用导流能力测试装置,测试了压力、温度和压裂液作用对陶粒和树脂覆膜砂填充层导流能力的影响,并对造成填充层导流能力下降的原因进行分析。破胶液返排后,无论对于陶粒还是树脂覆膜砂填充层的导流能力均有较大幅度降低,分别降低了83.07%和69.26%。单独分析压力、温度和压裂液作用三个因素对两种填充层导流能力的影响,发现颗粒的破碎和运移以及破胶液残渣的滞留是造成陶粒填充层导流能力下降的主要原因;而颗粒的变形是造成树脂覆膜砂填充层导流能力下降的主要原因。与陶粒填充层相比,树脂覆膜砂填充层中破胶液返排更加容易和彻底。

铁碳微电解-超声Fenton协同处理压裂返排液技术研究

针对压裂返排液成分复杂、有机物含量高、毒性高等特点,采用铁碳微电解-超声Fenton协同工艺对废液进行处置回用,考察了不同实验因素对原水COD(化学需氧量)的去除效果,并对废液的光谱特性和处理液回配压裂液的性能进行了评价。结果表明:铁碳微电解工艺在反应时间30 min、pH值4.2、反应温度20℃、料液比1∶1时的处理效果最佳,COD平均去除率为58.50%;超声Fenton工艺在超声时间为60 min、H_(2)O_(2)投加量0.25 mol/L、Fe^(2+)的投加量0.025 mol/L、超声功率120 W、超声频率45 kHz时处理效果最佳,COD平均去除率为84.28%;组合工艺的COD平均去除率为97.49%,且芳香族化合物和腐殖酸类物质的荧光峰明显减弱,说明水中有机物分子结构从复杂趋于简单,铁碳微电解和超声Fenton工艺之间产生了协同作用。研究结果可为压裂返排液中试处理提供理论依据。

深井低渗储藏压裂配套技术完善与应用

深井低渗储藏由于其温度高、渗透率低、孔喉半径小等特点成为油气田开发的瓶颈,压裂改造为油气田开发带来了新的技术力量。随着大功率压裂车组更新换代,大型压裂已成为改造深井低渗储藏的重要技术手段。大型压裂凭着它加砂规模大、砂比高、见效快等特点改变了油田低产的萎靡状态,然而,在改造过程中也逐渐显现出它的不足,如压裂液组分单一成本高、支撑剂导流能力低、返排率低等,这些缺点对大型压裂配套技术提出了新的需求。本文针对深井低渗透油藏的这些特点,提出大型压裂配套技术新工艺,如变粘度技术、支撑剂组合技术及返排工艺技术等,这些技术在辽河油田得到了推广运用,使得高升采油厂累产增油1748t,兴隆台采油厂累产增油5535t,累计增气量34.5万方,取得了十分满意的效果。