基于水力压裂的甲烷吸解特性与页岩结构演变耦合机理分析

发布时间：2020-10-09 11:09

　　页岩气作为我国近期可实现经济开发、储量丰富的非常规能源,已越来越受到人们关注,国家已启动一系列关于页岩气的攻关项目,页岩气的勘探与开发正在逐步推进。贵州地区龙马溪组页岩发育良好,并且具有良好的生烃条件和开发潜力,本文以贵州地区麦页1井为研究对象,分析页岩在水力压裂前后孔隙、裂隙的结构演化特征与页岩对甲烷吸解特性的相互关系,并取得如下成果:实测麦页1井页原始有机碳含量为1.43%,有机碳总体含量较高,页岩干酪根类型为Ⅱ型为主,页岩镜质体反射率(Ro)为1.95%-2.29%,平均为2.12%,具有良好的页岩气勘探开发前景。麦页1井页岩样以石英、粘土矿物和斜长石为主,酸化后的页岩由于酸和碳酸盐的反应,像方解石等矿物成分所占比例会有所降低。采用恒压方式向试件加水压,围压、轴压和中心压裂压力交替增加,当轴压和围压压力加载到16MPa后,中心孔压力继续增加,未处理页岩样破碎压力为22MPa,酸化处理后的页岩样破碎压力为44MPa。通过压汞实验数据可以看出酸化后麦页1井页岩表观密度和体密度都有所降低。而孔隙度从1.9722%增加到4.9668%,由于酸的作用,会溶蚀页岩里面的碳酸盐,降低页岩岩体总体积,增加页岩中孔的数量。进汞曲线和退汞曲线对应的体积差较大,说明所测的页岩样品开放孔较多,孔隙的连通性较好,有利于气体在页岩中的的渗流;通过低温液氮吸附实验数据可以看出酸化后的页岩比表面积、平均孔直径、单位质量总孔体积等都有所增大。麦页1井页岩样品的BET比表面积和单位质量总孔体积都比较大,而平均孔直径偏小,处于纳米级别,说明麦页1井页岩样普遍发育纳米级孔隙,这对页岩气的储存十分有利。页岩在水力压裂的作用下,孔隙结构发生变化,内部孔隙数量会增多,孔隙度总体呈增长趋势,酸化后的页岩孔隙度总体也呈增长趋势,根据T2分布图可以看出麦页1井页岩岩样第一、第二峰形态都有出现,并且第一峰比较明显,说明岩样内部小孔隙占比重比较大,小孔隙居多,也有一部分大孔隙数量。吸附曲线在低压阶段的吸附量会随着压力的不断增加而持续上升,当吸附量达到峰值后,进入高压阶段,吸附量随压力的增加而不断下降,解吸曲线也有同样的规律。页岩水力压裂过后,对甲烷气体的吸附量会降低,这是因为页岩的孔隙结构发生了改变,形成新的大尺寸孔隙,大尺寸的孔隙由于孔径较大,对甲烷分子的束缚能力就较弱,使甲烷不容易在页岩上发生吸附。酸化处理后的页岩孔隙度会增加,在页岩气开采过程中,在压裂液中加入适当比例的酸,增加压裂液的酸性比例,利用酸对页岩储层内部中胶结物或岩层孔隙、裂隙内的矿物质或堵塞物进行溶解、溶蚀等化学反应,从而增加页岩的渗流能力,结合水力压裂技术,孔隙度的增加会使页岩内部孔隙之间连通性更好,为页岩气的扩散和运移提供通道,更有利于页岩岩层中页岩气的流动。
【学位单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE37
【部分图文】：

吸附等温线,页岩,等温吸附

图 1-1 气-固吸附等温线影响页岩吸附解吸的主要因素[22]有：有机碳含量、矿物成分、含水量、温热成熟度、孔隙结构等。石文睿等人[23]通过等温吸附解吸等实验，得出页附气含量与样品 TOC 成正相关，并且得出“在压力不变的条件下，将温度一倍，页岩的吸附能力将下降为原来的二分之一”的规律；赵玉集等人[24自川南和云南昭通的页岩样品做等温吸附解吸实验，得到页岩的最大吸附量吸率都与温度呈良好的线性关系；李玉喜等人[25]通过等温吸附等实验，得响页岩吸附气量的主要因素为页岩有机碳含量和压力，并认为页岩有机质含页岩孔隙度空间大小、生烃能力和吸附能力都有影响，页岩气含量随储层压阶段性变化；此外，有机质成熟度、孔隙结构、粘土含量也会对页岩的吸附造成不同程度的影响；从热力学的角度分析页岩的吸附特性，页岩的有机组对于无机组分的吸附热更大，表现为有机质对甲烷分子更具亲和力[26-27]。

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原始页岩样

分析图,页岩,酸化,耦合机理

酸化后页岩样

【参考文献】