一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法
2023-04-28 06:35:16
專利名稱：一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法
技術領域：
本發明涉及一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法。
背景技術：
煤層氣是賦存於煤層及其圍巖之中的一種自生自儲式非常規天然氣。它是一種新型的潔淨能源和優質化工原料，是我國在21世紀的重要接替能源之一。開發利用煤層氣， 對緩解常規油氣供應緊張狀況、改善煤礦安全生產條件、實施國民經濟可持續發展戰略、保護大氣環境等多方面均具有十分重要的意義。(1)發展煤層氣工業，是國家能源安全的需要隨著國民經濟的快速增長，對能源的需求量日益增大，國內能源短缺的形勢也越來越緊迫。作為能源主要支柱的石油的供給已難以滿足國民經濟的飛速發展。我國目前原油年增長率只有1. 7%，與為適應國民經濟增長速度所需的4% -5%能源增長率相差甚遠。 2000,2001兩年原油純進口量均超過6000萬噸。這種局面直接威脅到了我國的能源安全。 改變這一局面的重要途徑就是根據我國實際地質條件和資源環境，充分開發和利用國內其它資源，來減輕原油供給的壓力。煤層氣是一種潔淨而經濟的資源，在美國、加拿大、澳大利亞、英國、俄羅斯等許多國家已給予了充分的重視，其中美國已在多個盆地投入大規模的開發，2001年煤層氣產量已達400多億立方米，約為我國同期天然氣產量的1. 3倍。我國具有豐富的煤層氣資源。根據多方估算，煤層氣資源總量為25-35萬億立方米，新一輪全國煤層氣資源預測結果，我國煤層氣資源量為31萬億立方米，居世界第二位，與我國陸上常規天然氣資源量(30萬億立方米)相當。目前我國已探明煤層氣儲量為7M億立方米，控制儲量3000多億立方米。因此， 煤層氣是除常規天然氣以外，資源量最大、最為現實的潔淨能源，勘探開發煤層氣是國家能源可持續發展戰略最為現實的選擇。(2)加快利用煤層氣可補充常規天然氣長遠資源量的不足利用常規天然氣補充石油資源的不足已成為共識。由於天然氣管道和下遊市場制約了天然氣開發和利用的速度，造成了當前天然氣後備資源充足的假象，隨著國民經濟的快速發展和天然氣工業上、下遊配套建設的迅速擴大，對天然氣的需求量將有一個大的飛躍，將會出現常規天然氣供不應求、後備資源不足的局面。據測算，2020年天然氣需求量達到1800-2000億立方米，但天然氣產量僅為1200-1300億立方米，而且缺口還會逐漸拉大。 因此，開發和利用豐富的煤層氣資源，是補充我國常規天然氣長遠資源不足的重要舉措，也是天然氣工業發展由常規向非常規發展的必然趨勢。(3)開發中國東部地區煤層氣，將會減輕經濟發達地區能源短缺的壓力。從我國地質條件和勘探成果分析，常規天然氣資源主要分布在中西部地區。據統計，66%的天然氣資源、75%的探明儲量、53%的天然氣產量分布於中西部地區，西氣東輸要依賴於長輸管線才能將西部天然氣資源輸送至東部經濟發達地區。而中國東部煤層氣資源非常豐富，75%的煤層氣資源分布於中東部地區，這些經濟發達和較發達地區煤層氣就近開發利用，不受輸氣管線的限制。因此充分開發利用東部煤層氣資源能減緩東部能源短缺的壓力。煤炭開採過程中向大氣釋放的甲烷以及煤炭燃燒釋放出來的二氧化碳是大氣溫室氣體的重要來源，我國每年由於採煤向大氣釋放的煤層甲烷量高達60億立方米，佔全球這種重要溫室氣體同樣來源的46%。加快煤層氣的開發利用可以減少甲烷氣體向大氣的排放，有效地改善我們賴於生存的環境。煤層氣井儲層中常存在粘土，由於其組成不同，當外來液體侵入時，會發生粘土的運移或膨脹，使得煤層儲層的滲透率明顯下降。粘土穩定劑是利用粘土表面化學離子交換的特點，通過改變結合離子而改變其理化性質，或破壞其離子交換能力，或破壞雙電層離子之間的斥力，達到防止粘土水合膨脹或分散運移的效果。其中，常用的無機鹽粘土穩定劑的作用機理如下①離子的電價效應。粘土礦物的離子交換受質量作用定律及離子價的支配。同類型的粘土在環境條件相同時，離子的價數越高，則吸引力越強，與粘土結合後不易離子化，微粒之間相互排斥力弱，使粘土礦物的粒子不易分散。②離子濃度效應。同種粘土礦物在不同濃度的鹽水溶液中吸收膨脹程度各不相同。③離子大小的幾何效應。離子大小與粘土構造的適應性也是影響離子吸附牢固程度的重要因素之一。④潤溼效應。表面活性劑吸附在粘土微粒表面的離子交換點上，形成塗膜，試水潤溼性的粘土的吸附力很強，可阻止其它離子的交換作用，從而起到穩定粘土的作用。在增產技術研究方面，普遍採用水力壓裂方法增產。在裂縫幾何形態表徵和裂縫擴展規律研究等方面採用與常規天然氣藏壓裂相類似的方法，而沒有建立和形成適合煤層氣特徵的壓裂增產理論和方法。 關於煤層氣井的壓裂造縫機理，從20世紀90年代末至今，國內多位學者進行了研究。從室內的實驗室和模擬到現場壓裂實驗，從煤巖的理論模型到實際材料的選取，從考慮單一影響因素到多因素綜合考慮，研究者從不同的角度出發，經過大量實驗室及現場壓裂實驗，對於煤層氣井的造縫機理的認識，已取得了一定的成果，但還沒有達到完善、成熟的地步。壓裂作用的機理是利用高壓液體，將煤層劈開裂縫，隨後將加有支撐劑的壓裂液充填裂縫，當壓力擴散後，煤層中形成具有良好導流能力的人造裂縫。由於在壓裂施工過程中的壓力激化作用，在人造裂縫周圍的煤層內產生更多的次生裂縫，從而增加了煤層的滲透性，達到改善煤層的導流能力，提高煤層氣井產能的目的。通過實驗方法研究了水力割縫提高低滲透性煤層滲透率的機理，認為在固-氣耦合作用下，通過割縫的方式可以釋放煤層內的部分有效體積應力，使部分煤層在割縫後發生垮落，應力場重新分布，煤層內的裂縫和裂縫的數量、長度張開度得以增加，增大了煤層內裂縫、裂隙和孔隙的連通面積，從而增大了低滲透層的滲透性。
研究者早期對於煤層壓裂機理的認識，主要是借鑑常規儲層壓裂的研究成果，或是從理論出發建立簡單的壓裂模型，忽略了煤儲層的特殊性。對於裂縫的生長機理，或是在實驗的基礎上通過現象對機理的簡單認識，或是僅從理論出發對壓裂進行研究，缺少實驗的支持，沒有形成一套完善的壓裂理論體系，從而對煤層氣井的壓裂生產進行指導。雖然近 50年來廣泛採用水力壓裂技術，但對於裂縫生長機理，從廣義上說還是很不清楚。現場壓裂施工大多建立在簡化的壓裂模型上，或者因為對裂縫生長了解得太少而不得不採用「經驗法」作為最有效的壓裂設計方法。對煤儲層進行水力壓裂增產，其控制過程的實際技術被證明不僅非常容易隨環境變化，而且實際操作也非常複雜。甚至有些煤層，水力壓裂對其不產生任何效果。煤儲層對水力壓裂有如此不同的反響，其原因有的已清楚，有的僅作推測，有的目前完全不清楚。由於煤儲層本身的特殊性以及地下條件的複雜性，煤層氣井的壓裂影響因素很多，但是隨著實踐的深入，研究者對於壓裂機理不斷得出規律性的認識。綜上所述，對煤層氣井的壓裂造縫機理存在以下幾點認識①壓裂受控於煤巖的結構構造特徵和物理力學特性以及煤巖所處的應力場。②煤層可視為橫觀各向同性體。③ 裂隙演化經歷多個階段。④應考慮煤巖所處的地應力場。這些基本認識，還不能滿足壓裂生產的需要，不能有效地用於指導壓裂生產，還需要對壓裂機理進行深入的研究。煤層有雙孔隙結構，其割理系統表現出強烈的橫向各向異性，再考慮割理對於壓裂的控制作用時，煤層不能簡化為橫向各向同性體。煤儲集層是由氣、液、煤基質組成的三相介質，現有研究大都忽略了煤層水，有必要在三相介質耦合作用條件下對壓裂機理進行研究。煤層氣是煤層在地質史漫長的煤化過程中所生成的以甲烷為主的天然氣，煤層氣是一種非常規的天然氣資源，也是一種戰略的後備資源。煤層氣井通常進行壓裂開採，在國外使用的壓裂液體系包括水、交聯凍膠和泡沫壓裂液等。壓裂液侵入煤層儲層將造成傷害， 導致儲層滲透率下降，其原因包括壓裂液的吸附作用引起煤基質膨脹和堵塞割理，而堵塞割理系統會限制煤層氣的解吸。壓裂液對煤層氣井儲層的傷害程度決定了壓裂施工的成敗，尤其是對低壓低滲透的煤層氣井，最大程度地降低壓裂液對儲層造成的傷害就顯得更為重要。由於泡沫壓裂液體系中增稠劑的分子鏈斷裂均勻，破膠迅速徹底，破膠液外觀清澈透明，最終破膠液粘度較低(低於5mPa · s)，因而對儲層的傷害行對很小。同時，由於是氮氣泡沫壓裂液體系，可進一步降低濾失和促進返排，從而使壓裂液對儲層的傷害降低到最小程度。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法，該測定方法能準確測試出泡沫壓裂液對儲層的傷害性，為泡沫壓裂液的優選提供了理論基礎，且測試過程簡單，測試時間短、測試成本低、利於推廣。本發明的目的通過下述技術方案實現一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法，包括以下步驟(a)配製標準鹽水，測定接觸工作液前的鹽水滲透率Ks，驅替速度低於臨界流速；(b)將工作液通過巖心；(c)停驅替泵，關閉巖心夾持器的入口和出口閥門，使巖樣與工作液接觸；
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(d)開驅替泵，測定工作液的滲透率Ksa，驅替速度低於臨界流速；(e)關閉驅替泵，結束實驗；(f)通過Ks和Ksa，計算出傷害率Dk。所述步驟(a)中，鹽水濃度為0.5%。所述步驟(b)中，將工作液以低於臨界流速的流量通過巖心。所述步驟(b)中，工作液的注入量應大於2倍孔隙體積。所述步驟(C)中，巖樣與工作液接觸達IOh以上。綜上所述，本發明的有益效果是能準確測試出泡沫壓裂液對儲層的傷害性，為泡沫壓裂液的優選提供了理論基礎，且測試過程簡單，測試時間短、測試成本低、利於推廣。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限於此。實施例本發明涉及的一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法，包括以下步驟(a)按地層水的總礦化度配製標準鹽水(本發明採用0. 5%的鹽水)，測定接觸工作液前的鹽水滲透率Ks，驅替速度低於臨界流速；(b)將工作液以低於臨界流速的流量通過巖心，注入量應大於2倍孔隙體積；(c)停驅替泵，關閉巖心夾持器的入口和出口閥門，使巖樣與工作液接觸達IOh以上；(d)開驅替泵，測定工作液的滲透率Ksa，驅替速度低於臨界流速；(e)關閉驅替泵，結束實驗；(f)通過Ks和Ksa，計算出傷害率Dk。通過Ks和Ksa，計算出傷害率Dk的公式如下
τ^- —
Γ π — s — ·Μ、，1 nno/,LZk — — Λ ι υυ /O
Ks式中，Dk—滲透率傷害率；Ks——接觸工作液前測定的鹽水滲透率，10_3 μ m2 ；Ksa——接觸工作液後測定的滲透率，10_3 μ m2。上述泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法，能準確測試出泡沫壓裂液對儲層的傷害性，為泡沫壓裂液的優選提供了理論基礎，且測試過程簡單，測試時間短、測試成本低、利於推廣。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質，對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法，其特徵在於，包括以下步驟(a)配製標準鹽水，測定接觸工作液前的鹽水滲透率Ks，驅替速度低於臨界流速；(b)將工作液通過巖心；(c)停驅替泵，關閉巖心夾持器的入口和出口閥門，使巖樣與工作液接觸；(d)開驅替泵，測定工作液的滲透率Ksa，驅替速度低於臨界流速；(e)關閉驅替泵，結束實驗；(f)通過Ks和Ksa，計算出傷害率Dk。
2.根據權利要求1所述的一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法，其特徵在於，所述步驟(a)中，鹽水濃度為0.5%。
3.根據權利要求1所述的一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法，其特徵在於，所述步驟(b)中，將工作液以低於臨界流速的流量通過巖心。
4.根據權利要求1所述的一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法，其特徵在於，所述步驟(b)中，工作液的注入量應大於2倍孔隙體積。
5.根據權利要求1所述的一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法，其特徵在於，所述步驟(c)中，巖樣與工作液接觸達IOh以上。
全文摘要
本發明公開了一種泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法。該泡沫壓裂液對儲層的傷害性測試方法包括測定接觸工作液前的鹽水滲透率Ks、將工作液通過巖心、巖樣與工作液接觸、測定工作液的滲透率Ksa、通過Ks和Ksa，計算出傷害率Dk等步驟。本發明能準確測試出泡沫壓裂液對儲層的傷害性，為泡沫壓裂液的優選提供了理論基礎，且測試過程簡單，測試時間短、測試成本低、利於推廣。
文檔編號E21B43/26GK102454402SQ20101053167
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月25日 優先權日2010年10月25日
發明者袁俊海 申請人:袁俊海