水化作用下页岩微观孔隙结构的动态表征——以四川盆地长宁地区龙马溪组页岩为例
发布时间：2021-09-17 01:02
为了研究真实压裂环境下水化作用对页岩孔隙结构的影响,选取四川盆地长宁地区下志留统龙马溪组页岩样品,在90℃储层温度下开展了页岩压裂液自吸及水化实验;采用扫描电镜、低温N2吸附、高压压汞、CT扫描等实验手段,对比了水化0 d、5 d、10 d、20d时页岩样品颗粒形态、孔径、比表面积等孔隙结构参数的宏观演变过程,并且对页岩孔隙结构变化的原因进行了剖析;开展单黏土矿物（蒙脱石、伊利石）水化实验,对比单黏土矿物的水化特征,进而从机理上研究了水化对页岩微观结构的影响。研究结果表明:①黏土矿物水化可以促进页岩层理面间微裂缝的产生,由于水化诱导裂缝尺度较小,分布较为密集,微观上能局部相互连通,从而对页岩储层物性有明显的改善作用;②随水化时间延长,微裂缝由延伸扩展到趋于闭合,孔隙体积先增大后减小,并在水化5 d时达到最大值;③黏土矿物水化膨胀相对于水化应力变化的滞后性是导致页岩微观结构变化的主要原因,并且伊利石的水化膨胀体积小于蒙脱石;④无机阳离子可以抑制黏土矿物水化,K+、Na+、Ca2+的抑制效果依次变差。结...
【文章来源】：天然气工业. 2020,40(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同水化作用时间下页岩岩样SEM照片
利用最大方差阈值法对页岩岩样CT图像进行二值化分割，如图2所示，黑色像素代表页岩孔隙及微裂缝，白色像素代表高密度页岩岩样基质。干燥样品中存在3条肉眼可观察的层理缝（图2-a）。浸泡5d，层理缝有明显的扩展延伸行为（图2-b）；黏土水化降低了岩样的胶结强度，水化应力对裂缝面具有拉伸作用，使得裂缝扩展，同时，在毛细管力作用下，裂缝尖端应力集中，也促进了裂缝的扩展。浸泡10d，主裂隙的扩展变缓，其长度甚至逐渐减小，出现少量矿物颗粒间微裂隙闭合的现象（图2-c）。这是由于黏土矿物颗粒水化膨胀，充填了部分裂缝空间。浸泡20 d，整体上裂缝密度明显高于水化前，初始的3条层理缝趋于闭合，但小尺度微裂缝数量却大幅增加，广泛分布于页岩基质中，是水化过程中产生的诱导裂缝的主体（图2-d）。黏土矿物水化后使得页岩孔隙结构总体变得多孔疏松（图1-d），孔隙密度明显增加。这些微观孔隙（实际为微裂缝）局部连通，从而改善了渗透性。如图2所示，水化过程中微裂缝的变化存在两种情况：(1)大尺度微裂缝（层理缝、原始天然裂缝等）在水力压裂与黏土水化膨胀效应的共同作用下先延伸扩展后趋于闭合，总体上数量减少；(2)小尺度水化微裂缝的数量大幅度增加，这是由于大量黏土孔隙或黏土层间缝吸水后张开，产生大量诱导裂缝的结果。
图5为不同浸泡时间下岩样等温吸附脱附曲线，图中p、p0分别表示实验压力、大气压，表示相对压力。根据等温吸附脱附曲线的形状可以确定孔的形状[13]。岩样吸附等温线整体呈反“S”形，在低压阶段上升较为缓慢，曲线略向上凸，对应液氮在页岩样品表面的单分子层吸附及微孔填充阶段；在中等压力阶段吸附量随压力增大而缓慢上升，对应多分子层吸附阶段；较高压力阶段曲线急剧上升，直至相对压力数值接近1也未出现吸附饱和，这表明页岩样品具有一定数量的中、大孔，由于毛细管凝聚作用而产生的大孔容积充填[14]。岩样等温吸附曲线和脱附曲线在压力较高的部分不重合，形成吸附回线，表明孔隙呈开放状态。基于De Boer提出的5种回线类型[14]，国际纯化学与应用化学联合会（IUPAC）提出了H1、H2、H3、H4四种类型[13]，分别表示圆柱形孔、墨水瓶孔、楔形孔（一端或两端开口）和裂缝形孔。岩样等温吸附脱附曲线与IUPAC推荐的回线H4型相似，兼具H3型特征，同时与De Boer的B型回线特征相似，表明孔隙结构以平板狭缝状孔为主，具有不规则孔特征[10]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]页岩气水平井重复压裂关键技术进展及启示[J]. 杨兆中,李扬,李小刚,李成勇. 西南石油大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]川东南页岩气井压裂参数对开发效果的影响——以LP-133HF井为例[J]. 刘欣,张莉娜,张耀祖. 油气藏评价与开发. 2018(05)
[3]滑溜水压裂液与页岩储层化学反应及其对孔隙结构的影响[J]. 孙则朋,王永莉,吴保祥,卓胜广,魏志福,汪亘,徐亮. 中国科学院大学学报. 2018(05)
[4]水化作用对页岩微观结构与物性的影响[J]. 薛华庆,周尚文,蒋雅丽,张福东,东振,郭伟. 石油勘探与开发. 2018(06)
[5]页岩水化微观孔隙结构变化定点观测实验[J]. 隋微波,田英英,姚晨昊. 石油勘探与开发. 2018(05)
[6]页岩水化微观作用力定量表征及工程应用[J]. 康毅力,杨斌,李相臣,杨建,游利军,陈强. 石油勘探与开发. 2017(02)
[7]压裂液处理对煤岩孔隙结构的影响[J]. 康毅力,陈德飞,李相臣. 中国石油大学学报(自然科学版). 2014(05)
[8]川南地区龙马溪组页岩润湿性分析及影响讨论[J]. 刘向君,熊健,梁利喜,罗超,张安东. 天然气地球科学. 2014(10)
[9]钻井液浸泡下深部泥岩强度特征试验研究[J]. 卢运虎,陈勉,金衍,滕学清,吴文,刘绪全. 岩石力学与工程学报. 2012(07)
[10]川南龙马溪组页岩气储层纳米孔隙结构特征及其成藏意义[J]. 陈尚斌,朱炎铭,王红岩,刘洪林,魏伟,方俊华. 煤炭学报. 2012(03)
本文编号：3397639
【文章来源】：天然气工业. 2020,40(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同水化作用时间下页岩岩样SEM照片
利用最大方差阈值法对页岩岩样CT图像进行二值化分割，如图2所示，黑色像素代表页岩孔隙及微裂缝，白色像素代表高密度页岩岩样基质。干燥样品中存在3条肉眼可观察的层理缝（图2-a）。浸泡5d，层理缝有明显的扩展延伸行为（图2-b）；黏土水化降低了岩样的胶结强度，水化应力对裂缝面具有拉伸作用，使得裂缝扩展，同时，在毛细管力作用下，裂缝尖端应力集中，也促进了裂缝的扩展。浸泡10d，主裂隙的扩展变缓，其长度甚至逐渐减小，出现少量矿物颗粒间微裂隙闭合的现象（图2-c）。这是由于黏土矿物颗粒水化膨胀，充填了部分裂缝空间。浸泡20 d，整体上裂缝密度明显高于水化前，初始的3条层理缝趋于闭合，但小尺度微裂缝数量却大幅增加，广泛分布于页岩基质中，是水化过程中产生的诱导裂缝的主体（图2-d）。黏土矿物水化后使得页岩孔隙结构总体变得多孔疏松（图1-d），孔隙密度明显增加。这些微观孔隙（实际为微裂缝）局部连通，从而改善了渗透性。如图2所示，水化过程中微裂缝的变化存在两种情况：(1)大尺度微裂缝（层理缝、原始天然裂缝等）在水力压裂与黏土水化膨胀效应的共同作用下先延伸扩展后趋于闭合，总体上数量减少；(2)小尺度水化微裂缝的数量大幅度增加，这是由于大量黏土孔隙或黏土层间缝吸水后张开，产生大量诱导裂缝的结果。
图5为不同浸泡时间下岩样等温吸附脱附曲线，图中p、p0分别表示实验压力、大气压，表示相对压力。根据等温吸附脱附曲线的形状可以确定孔的形状[13]。岩样吸附等温线整体呈反“S”形，在低压阶段上升较为缓慢，曲线略向上凸，对应液氮在页岩样品表面的单分子层吸附及微孔填充阶段；在中等压力阶段吸附量随压力增大而缓慢上升，对应多分子层吸附阶段；较高压力阶段曲线急剧上升，直至相对压力数值接近1也未出现吸附饱和，这表明页岩样品具有一定数量的中、大孔，由于毛细管凝聚作用而产生的大孔容积充填[14]。岩样等温吸附曲线和脱附曲线在压力较高的部分不重合，形成吸附回线，表明孔隙呈开放状态。基于De Boer提出的5种回线类型[14]，国际纯化学与应用化学联合会（IUPAC）提出了H1、H2、H3、H4四种类型[13]，分别表示圆柱形孔、墨水瓶孔、楔形孔（一端或两端开口）和裂缝形孔。岩样等温吸附脱附曲线与IUPAC推荐的回线H4型相似，兼具H3型特征，同时与De Boer的B型回线特征相似，表明孔隙结构以平板狭缝状孔为主，具有不规则孔特征[10]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]页岩气水平井重复压裂关键技术进展及启示[J]. 杨兆中,李扬,李小刚,李成勇. 西南石油大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]川东南页岩气井压裂参数对开发效果的影响——以LP-133HF井为例[J]. 刘欣,张莉娜,张耀祖. 油气藏评价与开发. 2018(05)
[3]滑溜水压裂液与页岩储层化学反应及其对孔隙结构的影响[J]. 孙则朋,王永莉,吴保祥,卓胜广,魏志福,汪亘,徐亮. 中国科学院大学学报. 2018(05)
[4]水化作用对页岩微观结构与物性的影响[J]. 薛华庆,周尚文,蒋雅丽,张福东,东振,郭伟. 石油勘探与开发. 2018(06)
[5]页岩水化微观孔隙结构变化定点观测实验[J]. 隋微波,田英英,姚晨昊. 石油勘探与开发. 2018(05)
[6]页岩水化微观作用力定量表征及工程应用[J]. 康毅力,杨斌,李相臣,杨建,游利军,陈强. 石油勘探与开发. 2017(02)
[7]压裂液处理对煤岩孔隙结构的影响[J]. 康毅力,陈德飞,李相臣. 中国石油大学学报(自然科学版). 2014(05)
[8]川南地区龙马溪组页岩润湿性分析及影响讨论[J]. 刘向君,熊健,梁利喜,罗超,张安东. 天然气地球科学. 2014(10)
[9]钻井液浸泡下深部泥岩强度特征试验研究[J]. 卢运虎,陈勉,金衍,滕学清,吴文,刘绪全. 岩石力学与工程学报. 2012(07)
[10]川南龙马溪组页岩气储层纳米孔隙结构特征及其成藏意义[J]. 陈尚斌,朱炎铭,王红岩,刘洪林,魏伟,方俊华. 煤炭学报. 2012(03)
本文编号：3397639
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3397639.html
