本文關(guān)鍵詞： 頁巖氣 陸相長7段 儲(chǔ)層低傷害 高減阻率 生物酶 支撐劑　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：北美頁巖氣的大規(guī)模生產(chǎn)引起了全球其他國家和地區(qū)對(duì)頁巖氣資源的重視,美國在頁巖氣開發(fā)中取得成功,形成了一套較為成熟的頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)。我國也已全面啟動(dòng)頁巖氣勘探開發(fā)工作,但還處于起步階段,經(jīng)驗(yàn)匱乏,技術(shù)不成熟,制約著我國頁巖氣的發(fā)展。近年來,陸相頁巖氣勘探在鄂爾多斯盆地延長石油探區(qū)實(shí)現(xiàn)突破。通過對(duì)該區(qū)中生界三疊系延長組陸相頁巖氣進(jìn)行早期評(píng)價(jià)及勘探開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn),取得一系列成果。鄂爾多斯盆地延長組陸相頁巖氣儲(chǔ)層主要形成于湖泊沉積環(huán)境中,沉積了大面積厚層泥頁巖。北美頁巖氣儲(chǔ)層、中國南方龍馬溪組等頁巖氣儲(chǔ)層為海相沉積,與延長陸相頁巖氣儲(chǔ)層表現(xiàn)出不同的礦物成分和物理屬性。陸相頁巖和海相頁巖的不同沉積方式,使得我國在海相頁巖開發(fā)中獲得的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)不能直接應(yīng)用于指導(dǎo)陸相頁巖氣開發(fā)。水力壓裂作為頁巖樣開發(fā)常規(guī)手段,也是造成頁巖氣儲(chǔ)層傷害的根本原因。延長陸相長7段頁巖氣儲(chǔ)層多有利聚集區(qū),有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化程度較高,在頁巖氣開發(fā)程度和效果上明顯滯后四川盆地龍馬溪組頁巖氣產(chǎn)區(qū),急需進(jìn)行針對(duì)性研究該區(qū)塊在開發(fā)中壓裂液存在的技術(shù)瓶頸和難題。針對(duì)陸相頁巖氣開發(fā)中產(chǎn)能較低,本文開展了延長陸相長7段頁巖氣藏低傷害壓裂液體系研究工作,進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn),總結(jié)出多種對(duì)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層低傷害壓裂液技術(shù)手段和方法。全文共分為七個(gè)章節(jié),主要內(nèi)容如下:第一章:首先對(duì)選題的背景、目標(biāo)和意義進(jìn)行了總結(jié),確定研究區(qū)塊為延長陸相長7段頁巖氣儲(chǔ)層,收集國內(nèi)外研究現(xiàn)狀并分析,為獲取影響研究區(qū)塊產(chǎn)能的影響因素,系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)研究,將研究內(nèi)容劃分儲(chǔ)層、造縫、攜砂、破膠和低傷害五個(gè)核心點(diǎn)。第二章:對(duì)目標(biāo)區(qū)塊頁巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)特征進(jìn)行研究,通過資料收集和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)了解儲(chǔ)層礦物組分、地球化學(xué)特性、儲(chǔ)層有效厚度、自然孔隙發(fā)育、溫度壓力系統(tǒng)和巖石力學(xué)性質(zhì),并以海相頁巖為對(duì)照,明確區(qū)分出造成儲(chǔ)層產(chǎn)量差異性的根本原因。第三章:在明確儲(chǔ)層地質(zhì)特征后,主要研究了水力壓裂環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的區(qū)別點(diǎn),即壓裂造成的儲(chǔ)層傷害。壓裂液體系對(duì)儲(chǔ)層多為液固兩相,分別研究液相侵入儲(chǔ)層引起的泥頁巖水敏傷害,以及固相聚合物對(duì)儲(chǔ)層的侵入傷害。針對(duì)性研究頁巖組分上差異導(dǎo)致的水敏膨脹、分散、水鎖和鹽敏;對(duì)研究區(qū)塊采用的聚合物體系,研究了其對(duì)基質(zhì)表面的物理性傷害。最后根據(jù)損害機(jī)理研究提出研究區(qū)塊壓裂液體系的特殊要求。第四章:分析減阻水體系和儲(chǔ)層改造的適用性,對(duì)減阻機(jī)理進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn),確定體系減阻率提升空間和影響因素。建立減阻率評(píng)價(jià)裝置并進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)頁巖氣減阻水體系進(jìn)行全面的單劑評(píng)價(jià)優(yōu)選,并對(duì)各材料間的配伍性進(jìn)行測試,設(shè)計(jì)最優(yōu)配方,并對(duì)配方進(jìn)行評(píng)價(jià)。減阻劑優(yōu)選著重評(píng)價(jià)了抗酸和抗溫性能。第五章:對(duì)比了生物酶降解效果優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)生物酶降解聚合物的機(jī)理進(jìn)行研究,探索加量和溫度對(duì)酶的影響。根據(jù)酶的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)破膠體系進(jìn)行設(shè)計(jì),篩選優(yōu)化稠化劑、交聯(lián)劑、破膠劑和殺菌劑。單劑優(yōu)選評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)溫度和酸堿性進(jìn)行了著重研究,并對(duì)配方進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。第六章:分析了目標(biāo)區(qū)塊對(duì)支撐劑的要求,對(duì)常規(guī)支撐劑的沉降運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行研究,采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測試了支撐劑沉降和運(yùn)移兩大要素。建立了支撐劑沉降室內(nèi)評(píng)價(jià)裝置,對(duì)影響支撐劑沉降運(yùn)移的因素進(jìn)行歸納。探索改性聚丙烯材料作為支撐劑的基本性能,對(duì)比現(xiàn)有材料分析對(duì)目標(biāo)區(qū)塊壓力工藝的適用性。第七章:總結(jié)了本文的主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn),提出了文章的不足之處以及今后的研究方向。通過對(duì)上述問題的研究,論文研究得到主要結(jié)論如下:(1)延長陸相長7段頁巖氣儲(chǔ)層脆性礦物含量較低,黏土礦物含量偏高導(dǎo)致液相侵入極易導(dǎo)致強(qiáng)水敏傷害;基質(zhì)整體結(jié)構(gòu)性弱,構(gòu)造縫與層理縫發(fā)育較為充分,裂縫細(xì)而短,縫內(nèi)多填充物,易導(dǎo)致高壓濾失傷害;微孔隙縫形態(tài)差異性較大,孔隙度隨井深和井位變化明顯,易發(fā)生液相侵入水鎖傷害;儲(chǔ)層巖樣泊松比較大,破裂成縫短而寬,開裂延伸速度和累計(jì)面積較低,而巖樣彈性模量較小,流體壓力傳遞集中于近井壁,裂縫末端壓裂能效偏低,不易迅速崩裂形成縫網(wǎng)。(2)研究區(qū)塊泥頁巖水侵后表面膨脹速率快,納米級(jí)微小裂隙迅速閉合,黏土礦物膠結(jié)性較強(qiáng),液固兩相混合深入裂隙,堵塞通道,導(dǎo)致納米孔收縮填充,孔隙度降低。不同礦化度溶液侵入儲(chǔ)層巖心速率不同,呈現(xiàn)明顯的差異,小范圍提升加量后呈現(xiàn)低滲趨勢(shì),而加量的增加使液相滲透泥頁巖速率回歸,這種閉環(huán)式關(guān)系表明鹽溶液侵入巖心速率存在極值,即最慢和最快滲透速率的最優(yōu)加量。植物膠類如SG易對(duì)儲(chǔ)層巖心表面包裹覆蓋,線性分子聚合物PAM多為裂隙侵入傷害。(3)陽離子表面活性劑能有效降低溶液表面張力,相同烷基數(shù)下氯化銨比溴化銨效果更好,且隨著烷基數(shù)的增加,表面張力有增大的趨勢(shì)。陽離子表面活性劑表現(xiàn)出較好的潤濕反轉(zhuǎn)效果,其區(qū)別于陰離子型和兩性表面活性劑的水解正電荷對(duì)泥頁巖潤濕反轉(zhuǎn)至關(guān)重要,尤其是雙銨鹽類陽離子表面活性劑效果更為明顯。陽離子表面活性劑防水鎖貢獻(xiàn)率普遍高于60%,加量變化對(duì)防水鎖效果差異不大。(4)在配制減阻液時(shí)適當(dāng)引入潤滑劑,輔助減阻劑可降低流體阻力損失。陰離子PAM表現(xiàn)出較好的減阻性能,且存在最優(yōu)加量;非離子PAM最優(yōu)減阻效果的分子量為1200萬;高礦化度地層水對(duì)PAM減阻率影響明顯;不同類型減阻劑在酸堿環(huán)境下都可能發(fā)生沉淀,需根據(jù)壓裂工藝優(yōu)選減阻劑類型;減阻劑對(duì)溫度敏感,存在減阻效果最優(yōu)溫度,高溫(大于70℃)需加入抗氧化劑保護(hù),部分材料減阻率可突破80%。(5)生物酶在低溫下表現(xiàn)出對(duì)聚合物良好的破膠性能;生物酶對(duì)聚合物降解存在特異性,且濃度越高降解越徹底;纖維素酶適用范圍最廣,可降解大部分聚合物,實(shí)驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)可降解XC酶種;纖維素類聚合物使用纖維素酶降解時(shí)存在最優(yōu)溫度,溫度過高或過低都影響降解速率。(6)植物膠交聯(lián)體系粘度從50mPa.s提高至100mPa.s時(shí),20目支撐劑自由沉降速率降低42.5%,40目降低75%;100mPa.s基液中40目支撐劑比20目支撐劑沉降速率低70.8%。小型縫板實(shí)驗(yàn)揭示了支撐劑粒徑和縫寬之間的臨界值,即支撐劑粒徑應(yīng)小于縫寬的三分之一,否則極易發(fā)生裂縫端部和內(nèi)部的堵塞;支撐劑在射孔急速流中會(huì)出現(xiàn)空化損害。(7)改性聚丙烯支撐劑在20MPa壓力下未破碎,發(fā)生明顯的塑性變形,能夠有效防止對(duì)泥頁巖表面嵌入傷害;小粒徑改性聚丙烯支撐劑和大粒徑陶粒類支撐劑混合使用,可有效改善陶粒下沉速度過快的問題,增大支撐劑裂縫內(nèi)運(yùn)移距離和裂縫上端填砂面積。
[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 .

【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE37;P618.13

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本文編號(hào)：1445766