延长陆相长7段页岩气藏低伤害压裂液体系研究

发布时间：2018-01-19 22:36

本文关键词： 页岩气陆相长7段储层低伤害高减阻率生物酶支撑剂　出处：《中国地质大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：北美页岩气的大规模生产引起了全球其他国家和地区对页岩气资源的重视,美国在页岩气开发中取得成功,形成了一套较为成熟的页岩气勘探开发技术。我国也已全面启动页岩气勘探开发工作,但还处于起步阶段,经验匮乏,技术不成熟,制约着我国页岩气的发展。近年来,陆相页岩气勘探在鄂尔多斯盆地延长石油探区实现突破。通过对该区中生界三叠系延长组陆相页岩气进行早期评价及勘探开发先导试验,取得一系列成果。鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩气储层主要形成于湖泊沉积环境中,沉积了大面积厚层泥页岩。北美页岩气储层、中国南方龙马溪组等页岩气储层为海相沉积,与延长陆相页岩气储层表现出不同的矿物成分和物理属性。陆相页岩和海相页岩的不同沉积方式,使得我国在海相页岩开发中获得的技术和经验不能直接应用于指导陆相页岩气开发。水力压裂作为页岩样开发常规手段,也是造成页岩气储层伤害的根本原因。延长陆相长7段页岩气储层多有利聚集区,有机质转化程度较高,在页岩气开发程度和效果上明显滞后四川盆地龙马溪组页岩气产区,急需进行针对性研究该区块在开发中压裂液存在的技术瓶颈和难题。针对陆相页岩气开发中产能较低,本文开展了延长陆相长7段页岩气藏低伤害压裂液体系研究工作,进行了大量的实验,总结出多种对目标区块储层低伤害压裂液技术手段和方法。全文共分为七个章节,主要内容如下:第一章:首先对选题的背景、目标和意义进行了总结,确定研究区块为延长陆相长7段页岩气储层,收集国内外研究现状并分析,为获取影响研究区块产能的影响因素,系统进行科学研究,将研究内容划分储层、造缝、携砂、破胶和低伤害五个核心点。第二章:对目标区块页岩气储层地质特征进行研究,通过资料收集和室内实验了解储层矿物组分、地球化学特性、储层有效厚度、自然孔隙发育、温度压力系统和岩石力学性质,并以海相页岩为对照,明确区分出造成储层产量差异性的根本原因。第三章:在明确储层地质特征后,主要研究了水力压裂环节可能出现的区别点,即压裂造成的储层伤害。压裂液体系对储层多为液固两相,分别研究液相侵入储层引起的泥页岩水敏伤害,以及固相聚合物对储层的侵入伤害。针对性研究页岩组分上差异导致的水敏膨胀、分散、水锁和盐敏;对研究区块采用的聚合物体系,研究了其对基质表面的物理性伤害。最后根据损害机理研究提出研究区块压裂液体系的特殊要求。第四章:分析减阻水体系和储层改造的适用性,对减阻机理进行分析和实验,确定体系减阻率提升空间和影响因素。建立减阻率评价装置并进行基础实验验证。对页岩气减阻水体系进行全面的单剂评价优选,并对各材料间的配伍性进行测试,设计最优配方,并对配方进行评价。减阻剂优选着重评价了抗酸和抗温性能。第五章:对比了生物酶降解效果优缺点,对生物酶降解聚合物的机理进行研究,探索加量和温度对酶的影响。根据酶的实验结果对破胶体系进行设计,筛选优化稠化剂、交联剂、破胶剂和杀菌剂。单剂优选评价时对温度和酸碱性进行了着重研究,并对配方进行全面评价。第六章:分析了目标区块对支撑剂的要求,对常规支撑剂的沉降运移规律进行研究,采用室内实验测试了支撑剂沉降和运移两大要素。建立了支撑剂沉降室内评价装置,对影响支撑剂沉降运移的因素进行归纳。探索改性聚丙烯材料作为支撑剂的基本性能,对比现有材料分析对目标区块压力工艺的适用性。第七章:总结了本文的主要结论和创新点,提出了文章的不足之处以及今后的研究方向。通过对上述问题的研究,论文研究得到主要结论如下:(1)延长陆相长7段页岩气储层脆性矿物含量较低,黏土矿物含量偏高导致液相侵入极易导致强水敏伤害;基质整体结构性弱,构造缝与层理缝发育较为充分,裂缝细而短,缝内多填充物,易导致高压滤失伤害;微孔隙缝形态差异性较大,孔隙度随井深和井位变化明显,易发生液相侵入水锁伤害;储层岩样泊松比较大,破裂成缝短而宽,开裂延伸速度和累计面积较低,而岩样弹性模量较小,流体压力传递集中于近井壁,裂缝末端压裂能效偏低,不易迅速崩裂形成缝网。(2)研究区块泥页岩水侵后表面膨胀速率快,纳米级微小裂隙迅速闭合,黏土矿物胶结性较强,液固两相混合深入裂隙,堵塞通道,导致纳米孔收缩填充,孔隙度降低。不同矿化度溶液侵入储层岩心速率不同,呈现明显的差异,小范围提升加量后呈现低渗趋势,而加量的增加使液相渗透泥页岩速率回归,这种闭环式关系表明盐溶液侵入岩心速率存在极值,即最慢和最快渗透速率的最优加量。植物胶类如SG易对储层岩心表面包裹覆盖,线性分子聚合物PAM多为裂隙侵入伤害。(3)阳离子表面活性剂能有效降低溶液表面张力,相同烷基数下氯化铵比溴化铵效果更好,且随着烷基数的增加,表面张力有增大的趋势。阳离子表面活性剂表现出较好的润湿反转效果,其区别于阴离子型和两性表面活性剂的水解正电荷对泥页岩润湿反转至关重要,尤其是双铵盐类阳离子表面活性剂效果更为明显。阳离子表面活性剂防水锁贡献率普遍高于60%,加量变化对防水锁效果差异不大。(4)在配制减阻液时适当引入润滑剂,辅助减阻剂可降低流体阻力损失。阴离子PAM表现出较好的减阻性能,且存在最优加量;非离子PAM最优减阻效果的分子量为1200万;高矿化度地层水对PAM减阻率影响明显;不同类型减阻剂在酸碱环境下都可能发生沉淀,需根据压裂工艺优选减阻剂类型;减阻剂对温度敏感,存在减阻效果最优温度,高温(大于70℃)需加入抗氧化剂保护,部分材料减阻率可突破80%。(5)生物酶在低温下表现出对聚合物良好的破胶性能;生物酶对聚合物降解存在特异性,且浓度越高降解越彻底;纤维素酶适用范围最广,可降解大部分聚合物,实验未发现可降解XC酶种;纤维素类聚合物使用纤维素酶降解时存在最优温度,温度过高或过低都影响降解速率。(6)植物胶交联体系粘度从50mPa.s提高至100mPa.s时,20目支撑剂自由沉降速率降低42.5%,40目降低75%;100mPa.s基液中40目支撑剂比20目支撑剂沉降速率低70.8%。小型缝板实验揭示了支撑剂粒径和缝宽之间的临界值,即支撑剂粒径应小于缝宽的三分之一,否则极易发生裂缝端部和内部的堵塞;支撑剂在射孔急速流中会出现空化损害。(7)改性聚丙烯支撑剂在20MPa压力下未破碎,发生明显的塑性变形,能够有效防止对泥页岩表面嵌入伤害;小粒径改性聚丙烯支撑剂和大粒径陶粒类支撑剂混合使用,可有效改善陶粒下沉速度过快的问题,增大支撑剂裂缝内运移距离和裂缝上端填砂面积。
[Abstract]:The shale gas reservoirs in the Yanchang Formation in Ordos basin are mainly formed in the sedimentary environment of the lake . Based on the results of the experiment , the paper studies the mechanism of the degradation polymer of shale gas , and studies the factors affecting the settlement and migration of the supporting agent . ( 2 ) The surface swelling rate of the mud shale in the study area is fast , the nano - scale fractures are rapidly closed , the cementation of the clay minerals is stronger , the liquid - solid two - phase mixture penetrates deeply into the fracture and the porosity is reduced . The cationic surfactant can effectively reduce the surface tension of the solution , the amount of the same alkyl group is more obvious than the ammonium bromide effect . ( 6 ) When the viscosity of the modified polypropylene proppant is increased from 50 mPa 路 s to 100 mPa 路 s , the free settling rate of 20 mesh proppant is reduced by 42.5 % , the temperature is too high or too low to affect the degradation rate .

【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE37;P618.13

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