CN105137039B - 一种煤岩储层气体多尺度传质能力损害评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤岩储层气体多尺度传质能力损害评价方法，它包括以下步骤：首先按照SYT5358‑2010岩样制备方法准备人工造缝岩样，然后对造缝岩样作平衡水处理；用锡箔纸包裹岩样，放置于岩心夹持器中，施加围压并升温；对密闭系统抽真空，然后向标准容器中注入甲烷，同时打开标准容器和岩心夹持器间的两个连通阀，甲烷开始向岩样中储集，计算不同时刻的储气分数，并确定工作液损害前储气分数达到80％所用的时间；向岩样中反向驱替工作液，再正向驱替氮气；确定工作液损害后储气分数达到80％的时间；计算气体多尺度传质速率损害率。采用本方法用一个指标可综合评价工作液对煤岩储层气体多尺度传质能力的损害。

Description

一种煤岩储层气体多尺度传质能力损害评价方法

技术领域

本发明涉及非常规油气储层损害评价方法，特别是一种煤岩储层损害评价的实验方法。

背景技术

据最新预测结果，我国埋藏2000m以浅的煤层气资源量约为36.81×10¹²m³，与陆上常规天然气资源量相当。煤层气是继煤炭、石油、天然气之后我国在新世纪最现实的接替能源，同时开发利用煤层气在解除煤矿瓦斯灾害隐患、保护大气环境方面也具有十分重要的作用。然而，煤岩储层松软、裂隙发育、表面积大、吸附性强、压力低等特点决定了工程作业中较常规储层更易遭受严重储层损害。因此，煤层气的高效开发和利用离不开储层保护技术，它是实现煤层气开发效益最大化的基本途径，也是大幅度提高煤层气采收率的重要保障。

煤层气的产出具备解吸-扩散-渗流的多尺度传质特征，三个阶段共同控制着煤层气井的产能。随着排水降压作业的进行，当煤岩储层压力下降至临界解吸压力以下时，吸附态甲烷开始发生解吸变为游离态甲烷，之后游离态甲烷经过煤基质扩散或渗流进入天然裂隙，天然裂隙内的游离态甲烷再通过渗流到达井筒而产出。入井工作液侵入必将影响煤层气多尺度传质过程的每一环节，降低吸附态甲烷的解吸率、游离气相的扩散速率和渗透率，进而影响煤层气井产能，妨碍气藏的准确评价和高效开发。

申请号为201410334020.2中国专利公开了”一种煤岩储层损害评价的实验方法”，包括岩心应力敏感损害实验及工作液损害实验，通过将煤岩基质岩心和人工裂缝岩心串联在一起进行损害评价。总结现有的煤岩储层损害评价相关文献和专利，存在以下不足：

一是多沿用常规天然气储层评价技术，即按照中华人民共和国石油天然气行业标准SYT5358-2010储层流体敏感性实验评价标准进行储层损害评价实验，此标准主要适用于渗透率大于1×10^-3μm²的常规储层，而煤岩储层渗透率一般都低于1×10^-3μm²；

二是这些方法均是对煤层气解吸、扩散、渗流单一环节的性能损害评价，且各环节评价指标不同、物理意义不统一，无法反映煤岩储层气体多尺度传质过程中各环节紧密相连、相互影响、相互制约的特点，现有方法无法综合评价工作液侵入对整个传质过程的影响。

储层损害评价是做好储层保护工作的前提，对于预防损害、优化后续作业措施、设计保护煤岩储层工程技术方案和提高单井产量具有重要意义。煤层气在储量增长和能源供应方面正在发挥越来越重要的作用，但煤岩与常规储层岩石在形成原因、化学组成、物理性质、孔隙结构等方面有着显著的不同，且煤层气的形成储存机制、产出方式与常规石油天然气差别很大，常规油气藏的损害评价方法已不再适用于煤层气开发的需要。因此，形成一种有效的煤岩储层气体多尺度传质能力损害评价方法已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种煤岩储层气体多尺度传质能力损害评价方法,本方法以储气分数达到80％所用时间的变化确定损害率，评价工作液侵入对煤岩储层气体多尺度传质能力的损害程度，可综合评价工作液侵入对整个传质过程的影响。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种煤岩储层气体多尺度传质能力损害评价方法，它包括以下步骤：

步骤1、首先按照SYT5358-2010岩样制备方法准备人工造缝岩样，然后对造缝岩样作平衡水处理，处理方法为：将造缝岩样放置于底部装有过饱和K₂SO₄溶液的密闭容器中，每隔48h称重一次，直至相邻两次称重变化小于样品质量的2％；

步骤2、用锡箔纸包裹岩样，放置于岩心夹持器中，并施加5MPa围压，开启恒温加热装置，将密闭系统温度加热至储层温度，并保持密闭系统的气密性，所述的密闭系统由岩心夹持器和标准容器通过两条连接管线并联构成，在所述的两条连接管线上各有一个连通阀，通过同时打开或关闭两个连通阀连通或隔开岩心夹持器与标准容器，并且在其中一条连接管线上通过压力管线连接有压力传感器；

步骤3、开启真空泵对密闭系统抽真空达48h以上，然后向标准容器中注入2MPa压力的甲烷，待密闭系统压力稳定后，通过所述的压力传感器记录此时标准容器内的压力；然后将标准容器和岩心夹持器间的两个连通阀同时打开，甲烷开始向岩样中储集，实时监测密闭系统压力，通过如下公式计算不同时刻的储气分数，并确定工作液损害前储气分数达到80％所用的时间；

上式中：R_s—储气分数，所述的储气分数是指t时刻的岩样储气量占最终储气量的百分数；P_i、P₀、P(t)、P_∞—连通阀打开前标准容器内的压力、连通阀打开后密闭系统初始时刻、t时刻和密闭系统压力不再变动时的压力，MPa；Z₀、Z(P)、ZP(_∞)—压力P₀、P(t)和P_∞下的甲烷偏差因子，无量纲；V₁是指标准容器体积、标准容器至两个连通阀间的连接管线体积以及压力管线的体积之和，cm³；V₂—是指从两个连通阀分别至岩样两端面的空间体积之和，cm³；

步骤4、保持围压不变，采用高压计量泵向岩样中反向驱替2～5倍岩样孔隙体积的工作液，待静置24h后，以3.5MPa驱替压差向岩样中正向驱替氮气，直至气体流量保持稳定；

步骤5、重复步骤3，确定工作液损害后储气分数达到80％的时间；

步骤6、用下述公式计算气体多尺度传质速率损害率：

式中：D_T—气体多尺度传质速率损害率，无量纲；T₁、T₂—工作液损害前和损害后储气分数达80％所用时间，h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

兼顾了煤层气解吸-扩散-渗流的多尺度传质特征，克服了现有煤岩储层损害评价方法仅限于解吸、扩散、渗流单一环节损害评价的不足，仅通过“储气分数达到80％所用的时间”一个指标，即可综合评价工作液对煤岩储层气体多尺度传质能力的损害。

附图说明

图1为本发明的一种煤岩储层气体多尺度传质能力损害评价方法的实验流程示意图；

图2为实施例1中工作液作用前后岩样QY-37的储气分数变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

一种煤岩储层气体多尺度传质能力损害评价方法，它包括以下步骤：

步骤1、首先按照SYT5358-2010岩样制备方法准备人工造缝岩样，然后对造缝岩样作平衡水处理，处理方法为：将造缝岩样放置于底部装有过饱和K₂SO₄溶液的密闭容器中，每隔48h称重一次，直至相邻两次称重变化小于样品质量的2％；

步骤2、用锡箔纸包裹岩样，放置于岩心夹持器1中，并施加5MPa围压，开启恒温加热装置14，将密闭系统温度加热至储层温度T，并保持密闭系统的气密性，所述的密闭系统由岩心夹持器1和标准容器2通过两条连接管线并联构成，在所述的两条连接管线上各有一个连通阀，通过同时打开或关闭两个连通阀，来连通或隔开岩心夹持器1与标准容器2，并且在其中一条连接管线上通过压力管线连接有压力传感器5。

步骤3、开启真空泵4对密闭系统抽真空达48h以上，然后向标准容器2中注入2MPa压力的甲烷，待密闭系统压力稳定后，通过所述的压力传感器5记录此时标准容器2内的压力P_i；然后将标准容器2和岩心夹持器1间的两个连通阀同时打开，甲烷开始向岩样中储集，实时监测密闭系统压力P，通过如下公式计算不同时刻t的储气分数R_s，并确定工作液损害前储气分数达到80％所用的时间T₁；

式(1)和(2)中：R_s—储气分数，所述的储气分数是指t时刻的岩样储气量占最终储气量的百分数；P_i、P₀、P(t)、P_∞—连通阀打开前标准容器内的压力、连通阀打开后密闭系统初始时刻、t时刻和密闭系统压力不再变动时的压力，MPa；Z₀、Z(P)、ZP(_∞)—压力P₀、P(t)和P_∞下的甲烷偏差因子，无量纲；V₁是指标准容器体积、标准容器至两个连通阀间的连接管线体积以及压力管线的体积之和，cm³；V₂—是指从两个连通阀分别至岩样两端面的空间体积之和。

步骤4、保持围压不变，采用高压计量泵6向岩样中反向驱替2～5倍岩样孔隙体积的工作液，待静置24h后，以3.5MPa驱替压差向岩样中正向驱替氮气，直至气体流量保持稳定；

步骤5、重复步骤3，确定工作液损害后储气分数达到80％的时间；

步骤6、用下述公式计算气体多尺度传质速率损害率：

式中：D_T—气体多尺度传质速率损害率，无量纲；T₁、T₂—工作液损害前和损害后储气分数达80％所用时间，h。

参看图1，为实现本发明方法的一种装置,它包括岩心夹持器1,在所述的岩心夹持器1上设置有第一、第二、第三和第四连接口,其中第一连接口通过第一管线依次与第二阀门8、第一阀门7以及气瓶3相连接，第二连接口通过第二管线依次与第三阀门9、第四阀门10以及真空泵4相连接，第三连接口通过第三管线与第四阀门11连接，第四连接口通过第四管线依次连接第五阀门12和高压计量泵6，所述的第五阀门12和第四连接口之间的第四管线与安装有第六阀门13的第五管线的一端相连通。标准容器2的两个容器开口分别通过第六管线、第七管线与位于第一阀门和第二阀门之间的第一管线以及位于第三阀门和第四阀门之间的第二管线相连通。在所述的第六管线上通过压力管线连接有压力传感器5。所述的岩心夹持器1、标准容器2安装在恒温加热装置14内。

关闭第二、第三、第四阀门8、9和10，打开第一阀门7，向标准容器2中充入气体，打开第二、第三阀门8和9，气体从标准容器2流入岩心夹持器。

打开第二、第三、第四阀门8、9和10，启动真空泵4抽取系统内部的空气，使系统处于真空状态。

关闭第二、第三阀门8和9，打开第四、第五阀门11和12，采用高压计量泵6向岩样中反向注入工作液，静置24h后，关闭第四、第五阀门11和12，打开第一、第二和第六阀门7、8和13，通过气瓶3内的气体经过第一管线向岩样中正向驱替氮气，直至气体流量保持稳定。

实施例1

选取××盆地15#煤层1块裂隙发育煤样，采用本发明方法评价活性水压裂液对气体多尺度传质能力的损害评价实验。实验测试了压裂液作用前后岩样QS-37储气过程的压力衰减曲线，并根据式(1)和式(2)将压裂液作用前后的压力衰减曲线转换为岩样储气分数随时间变化关系曲线(图2)。具体步骤如下：

步骤1、首先按照SYT5358-2010岩样制备方法准备人工造缝岩样，然后对造缝岩样作平衡水处理，处理方法为：将造缝岩样放置于底部装有过饱和K₂SO₄溶液的密闭容器中，每隔48h称重一次，直至相邻两次称重变化小于样品质量的2％；

步骤2、用锡箔纸包裹岩样，放置于岩心夹持器1中，并施加5MPa围压，开启恒温加热装置14，将密闭系统温度加热至储层温度T，并保持密闭系统的气密性，所述的密闭系统由岩心夹持器1和标准容器2通过两条连接管线并联构成，在所述的两条连接管线上各有一个连通阀，通过同时打开或关闭两个连通阀，来连通或隔开岩心夹持器1与标准容器2，并且在其中一条连接管线上通过压力管线连接有压力传感器5。

步骤3、开启真空泵4对密闭系统抽真空达48h以上，然后向标准容器2中注入2MPa压力的甲烷，待密闭系统压力稳定后，通过所述的压力传感器5记录此时标准容器2内的压力P_i；然后将标准容器2和岩心夹持器1间的两个连通阀同时打开，，甲烷开始向岩样中储集，实时监测密闭系统压力P，通过如下公式计算不同时刻t的储气分数R_s，并确定工作液损害前储气分数达到80％所用的时间T₁；

式(1)和(2)中：R_s—储气分数，所述的储气分数是指t时刻的岩样储气量占最终储气量的百分数；P_i、P₀、P(t)、P_∞—连通阀打开前标准容器内的压力、连通阀打开后密闭系统初始时刻、t时刻和密闭系统压力不再变动时的压力，MPa；Z₀、Z(P)、ZP(_∞)—压力P₀、P(t)和P_∞下的甲烷偏差因子，无量纲；V₁是指标准容器体积、标准容器至两个连通阀间的连接管线体积以及压力管线的体积之和，cm³；V₂—是指从两个连通阀分别至岩样两端面的空间体积之和，cm³；

步骤4、保持围压不变，采用高压计量泵6向岩样中反向驱替2～5倍岩样孔隙体积的工作液，待静置24h后，以3.5MPa驱替压差向岩样中正向驱替氮气，直至气体流量保持稳定；

步骤5、重复步骤3，确定工作液损害后储气分数达到80％的时间；

步骤6、用下述公式计算气体多尺度传质速率损害率：

式中：D_T—气体多尺度传质速率损害率，无量纲；T₁、T₂—工作液损害前和损害后储气分数达80％所用时间，h。

由图2可知，压裂液损害前煤样QY-37储气分数达到80％的时间为6.4h，而压裂液作用后储气分数达到80％的时间为45.5h，将数据代入式(3)得出压裂液对煤岩储层气体多尺度传质速率的损害率为85.93％，根据下面所列的损害标准，损害程度属于强。

岩心损害程度评价标准为：

以上的具体实施方式已经对本发明的方法进行了具体的描述，但本发明所述内容并不仅仅限于以上实施案例，只要在不超出本发明的主旨范围内，可对实验条件及方法进行灵活的变更。

Claims (1)

1.一种煤岩储层气体多尺度传质能力损害评价方法，它包括以下步骤：

步骤1、首先按照SYT5358-2010岩样制备方法准备人工造缝岩样，然后对造缝岩样作平衡水处理，处理方法为：将造缝岩样放置于底部装有过饱和K₂SO₄溶液的密闭容器中，每隔48h称重一次，直至相邻两次称重变化小于样品质量的2％；

步骤2、用锡箔纸包裹岩样，放置于岩心夹持器中，并施加5MPa围压，开启恒温加热装置，将密闭系统温度加热至储层温度，并保持密闭系统的气密性，所述的密闭系统由岩心夹持器和标准容器通过两条连接管线并联构成，在所述的两条连接管线上各有一个连通阀，通过同时打开或关闭两个连通阀连通或隔开岩心夹持器与标准容器，并且在其中一条连接管线上通过压力管线连接有压力传感器；

步骤3、开启真空泵对密闭系统抽真空达48h以上，然后向标准容器中注入2MPa压力的甲烷，待密闭系统压力稳定后，通过所述的压力传感器记录此时标准容器内的压力；然后将标准容器和岩心夹持器间的两个连通阀同时打开，甲烷开始向岩样中储集，实时监测密闭系统压力，通过如下公式计算不同时刻的储气分数，并确定工作液损害前储气分数达到80％所用的时间；

$R_s=\frac{\frac{P_0}{Z_0}-\frac{P\left(t\right)}{Z\left(P\right)}}{\frac{P_0}{Z_0}-\frac{P_{\mathrm{\∞}}}{Z\left(P_{\mathrm{\∞}}\right)}}\×100\%$

$P_0=P_i\frac{V_1}{V_1+V_2}$

上式中：R_s—储气分数，所述的储气分数是指t时刻的岩样储气量占最终储气量的百分数；P_i、P₀、P(t)、P_∞—连通阀打开前标准容器内的压力、连通阀打开后密闭系统初始时刻、t时刻和密闭系统压力不再变动时的压力，MPa；Z₀、Z(P)、ZP(_∞)—压力P₀、P(t)和P_∞下的甲烷偏差因子，无量纲；V₁是指标准容器体积、标准容器至两个连通阀间的连接管线体积以及压力管线的体积之和，cm³；V₂—是指从两个连通阀分别至岩样两端面的空间体积之和，cm³；

步骤4、保持围压不变，采用高压计量泵向岩样中反向驱替2～5倍岩样孔隙体积的工作液，待静置24h后，以3.5MPa驱替压差向岩样中正向驱替氮气，直至气体流量保持稳定；

步骤5、重复步骤3，确定工作液损害后储气分数达到80％的时间；

步骤6、用下述公式计算气体多尺度传质速率损害率：

$D_T=\frac{T_2-T_1}{T_2}\×100\%$

式中：D_T—气体多尺度传质速率损害率，无量纲；T₁、T₂—工作液损害前和损害后储气分数达80％所用时间，h。