威远区块页岩气井焖井自吸机理与应用研究

作     者：葛梁茜子 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李海涛

授予年度：2019年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：页岩特性 毛管力 渗透压 自吸能力 返排率 

摘      要：页岩气井压裂作业过程中常使用“万方液、千方砂,但作业过后返排率却非常低,如北美主要页岩气田的返排率在30%左右,国内威远区块压裂液的返排率在28%左右,涪陵区块甚至不足10%,出现这种现象的原因是压裂焖井过程中页岩储层会自吸大量压裂液。目前对于页岩气井“低返排率现象及产生机理的认识不够清晰,缺少关于页岩自吸能力的定量分析及评价预测,需要深入研究以更好的指导现场压裂焖井作业的制度安排。本文在前人对页岩自吸研究的基础上,以四川威远区块龙马溪组露头页岩为主要研究对象,以云南昭通、重庆彭水露头页岩以及涪陵井下岩心为对比研究对象,结合全岩矿物成分、有机碳(TOC)含量、润湿性、孔隙度、渗透率测试以及扫描电镜和低压氮气吸附法等实验手段,对威远区块页岩特性进行了分析研究。以此为基础,建立了页岩自吸理论模型并开展了室内静态自吸实验,综合分析了威远区块页岩气井焖井自吸机理,获得的主要认识如下:(1)威远区块页岩的储层特性使其具备较强自吸的条件。目标储层水平层理发育,页岩属于黑色碳质笔石页岩,黏土矿物含量(13.6%)丰富,初始含水饱和度极低,页岩表面以及孔隙均为混合润湿,孔隙结构复杂、微纳米孔隙发育,是典型的低孔(3.01%～6.93%)、超低渗(0.0017～0.0397mD)储层。(2)页岩自吸的主要作用力是毛管力和渗透压。页岩储层微纳米孔隙发育,具有较大毛管力;另外,大量黏土矿物的存在使页岩具有非理想半透膜的特性,流体与页岩基质之间存在较大渗透压。(3)基于传统毛管力自吸数学理论,综合考虑了微纳米孔隙流动中的边界滑移、黏土渗透压、毛管力的作用,建立了圆管孔和平行平板孔的水相流动方程以及两种不同形态下的页岩自吸理论模型。(4)通过室内不同液体的静态自吸实验,定量分析了页岩静态自吸能力,且通过分析页岩自吸前后孔隙度、渗透率的变化情况,获得了不同液体浸泡对页岩物性的影响程度。(5)利用扫描电镜分析了不同液体浸泡后页岩的微观孔隙特征,发现浸泡后的岩样产生了诱导微裂缝。(6)通过静态自吸实验与自吸理论模型对比,验证了理论模型的有效性,进一步评估了目标区块实例井的总吸液量和返排率,确定了合理的焖井时间,对现场压裂焖井作业制度的安排具有较好指导意义。