基于水力壓裂的甲烷吸解特性與頁巖結(jié)構(gòu)演變耦合機(jī)理分析

發(fā)布時間：2020-10-09 11:09

　　頁巖氣作為我國近期可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)、儲量豐富的非常規(guī)能源,已越來越受到人們關(guān)注,國家已啟動一系列關(guān)于頁巖氣的攻關(guān)項(xiàng)目,頁巖氣的勘探與開發(fā)正在逐步推進(jìn)。貴州地區(qū)龍馬溪組頁巖發(fā)育良好,并且具有良好的生烴條件和開發(fā)潛力,本文以貴州地區(qū)麥頁1井為研究對象,分析頁巖在水力壓裂前后孔隙、裂隙的結(jié)構(gòu)演化特征與頁巖對甲烷吸解特性的相互關(guān)系,并取得如下成果:實(shí)測麥頁1井頁原始有機(jī)碳含量為1.43%,有機(jī)碳總體含量較高,頁巖干酪根類型為Ⅱ型為主,頁巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)為1.95%-2.29%,平均為2.12%,具有良好的頁巖氣勘探開發(fā)前景。麥頁1井頁巖樣以石英、粘土礦物和斜長石為主,酸化后的頁巖由于酸和碳酸鹽的反應(yīng),像方解石等礦物成分所占比例會有所降低。采用恒壓方式向試件加水壓,圍壓、軸壓和中心壓裂壓力交替增加,當(dāng)軸壓和圍壓壓力加載到16MPa后,中心孔壓力繼續(xù)增加,未處理頁巖樣破碎壓力為22MPa,酸化處理后的頁巖樣破碎壓力為44MPa。通過壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出酸化后麥頁1井頁巖表觀密度和體密度都有所降低。而孔隙度從1.9722%增加到4.9668%,由于酸的作用,會溶蝕頁巖里面的碳酸鹽,降低頁巖巖體總體積,增加頁巖中孔的數(shù)量。進(jìn)汞曲線和退汞曲線對應(yīng)的體積差較大,說明所測的頁巖樣品開放孔較多,孔隙的連通性較好,有利于氣體在頁巖中的的滲流;通過低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出酸化后的頁巖比表面積、平均孔直徑、單位質(zhì)量總孔體積等都有所增大。麥頁1井頁巖樣品的BET比表面積和單位質(zhì)量總孔體積都比較大,而平均孔直徑偏小,處于納米級別,說明麥頁1井頁巖樣普遍發(fā)育納米級孔隙,這對頁巖氣的儲存十分有利。頁巖在水力壓裂的作用下,孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,內(nèi)部孔隙數(shù)量會增多,孔隙度總體呈增長趨勢,酸化后的頁巖孔隙度總體也呈增長趨勢,根據(jù)T2分布圖可以看出麥頁1井頁巖巖樣第一、第二峰形態(tài)都有出現(xiàn),并且第一峰比較明顯,說明巖樣內(nèi)部小孔隙占比重比較大,小孔隙居多,也有一部分大孔隙數(shù)量。吸附曲線在低壓階段的吸附量會隨著壓力的不斷增加而持續(xù)上升,當(dāng)吸附量達(dá)到峰值后,進(jìn)入高壓階段,吸附量隨壓力的增加而不斷下降,解吸曲線也有同樣的規(guī)律。頁巖水力壓裂過后,對甲烷氣體的吸附量會降低,這是因?yàn)轫搸r的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,形成新的大尺寸孔隙,大尺寸的孔隙由于孔徑較大,對甲烷分子的束縛能力就較弱,使甲烷不容易在頁巖上發(fā)生吸附。酸化處理后的頁巖孔隙度會增加,在頁巖氣開采過程中,在壓裂液中加入適當(dāng)比例的酸,增加壓裂液的酸性比例,利用酸對頁巖儲層內(nèi)部中膠結(jié)物或巖層孔隙、裂隙內(nèi)的礦物質(zhì)或堵塞物進(jìn)行溶解、溶蝕等化學(xué)反應(yīng),從而增加頁巖的滲流能力,結(jié)合水力壓裂技術(shù),孔隙度的增加會使頁巖內(nèi)部孔隙之間連通性更好,為頁巖氣的擴(kuò)散和運(yùn)移提供通道,更有利于頁巖巖層中頁巖氣的流動。
【學(xué)位單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE37
【部分圖文】：

吸附等溫線,頁巖,等溫吸附

圖 1-1 氣-固吸附等溫線影響頁巖吸附解吸的主要因素[22]有：有機(jī)碳含量、礦物成分、含水量、溫?zé)岢墒於�、孔隙結(jié)構(gòu)等。石文睿等人[23]通過等溫吸附解吸等實(shí)驗(yàn)，得出頁附氣含量與樣品 TOC 成正相關(guān)，并且得出“在壓力不變的條件下，將溫度一倍，頁巖的吸附能力將下降為原來的二分之一”的規(guī)律；趙玉集等人[24自川南和云南昭通的頁巖樣品做等溫吸附解吸實(shí)驗(yàn)，得到頁巖的最大吸附量吸率都與溫度呈良好的線性關(guān)系；李玉喜等人[25]通過等溫吸附等實(shí)驗(yàn)，得響頁巖吸附氣量的主要因素為頁巖有機(jī)碳含量和壓力，并認(rèn)為頁巖有機(jī)質(zhì)含頁巖孔隙度空間大小、生烴能力和吸附能力都有影響，頁巖氣含量隨儲層壓階段性變化；此外，有機(jī)質(zhì)成熟度、孔隙結(jié)構(gòu)、粘土含量也會對頁巖的吸附造成不同程度的影響；從熱力學(xué)的角度分析頁巖的吸附特性，頁巖的有機(jī)組對于無機(jī)組分的吸附熱更大，表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)對甲烷分子更具親和力[26-27]。

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