CN105507859B - 一种激发页岩吸附气解吸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激发页岩吸附气解吸的方法，该方法依次向水力压裂后的含吸附气页岩气层注入盐酸、氧化剂溶液，首先利用盐酸溶蚀页岩碳酸盐矿物组分，再利用氧化剂氧化分解有机质。酸溶碳酸盐矿物目的是形成微米级溶蚀孔隙，提高页岩基质渗透能力，增大有机质暴露面积，从而有利于加速氧化剂与有机质的氧化分解反应，并氧化分解更大范围内的有机质。该方法主要利用氧化剂氧化分解有机质，以减少有机质孔隙数量，扩大有机质孔隙直径，减小CH4吸附表面积，从而促使吸附态CH4气体解吸，达到激发页岩吸附气解吸目的。本发明通过化学作用氧化分解有机质，操作简单，经济成本低，能够大范围激发页岩吸附气解吸，协同页岩气层水力压裂，能够进一步增加页岩气井产量和采收率。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气开采技术领域，涉及一种激发页岩吸附气解吸的方法，主要用于提高页岩气层吸附气解吸效率与采收率。
背景技术
页岩气是指以吸附态、游离态及溶解态为储存方式、位于富有机质页岩中的天然气。全球页岩气资源量巨大，极具开采价值。页岩气层吸附气量占总含气量比例介于20％～80％，是页岩气的重要组成部分。水力压裂是开发页岩气的必要措施，也是大幅提高页岩气井产量的关键。
但室内实验与开发实践表明，当且仅当页岩气层孔隙压力低于临界解吸压力时，吸附气才发生解吸运移产出，即吸附气产出时间较生产时间严重滞后，从而使压裂后页岩气井开发初期无法维持高产稳产。同时，吸附气解吸时效率不高，开发中后期页岩气井只能维持在较低日产量水平。因此，寻找一种有利于激发页岩吸附气解吸的方法，促使吸附气解吸时间提前，提高吸附气解吸效率，对于增加页岩气井产量和采收率具有重要意义。
目前，用于激发富有机质岩石吸附气解吸的方法主要有注气、物理场激励、高温热处理等。(1)注气法原理是注入的CO2与吸附态CH4产生竞争吸附，由于有机质对CO2吸附能力远大于CH4，因而注入的CO2将替代或置换吸附态CH4，促使其提前解吸，并提高解吸效率。但用于注CO2的气层渗透率应较高，注入后CO2易扩散至较远区域，目前该方法仅在煤岩储层得到了应用，不适合于基质渗透率为纳达西级别的页岩气层。(2)物理场法主要采用声、电、磁等物理场来激励气层，以减小有机质表面对CH4的吸附能力，从而促进吸附态CH4解吸。该物理场来源于井筒中的声电等发射装置，因而有效激励范围仅局限于井周区域，与页岩气层大规模改造体积相比，物理场激励有效作用范围十分有限，难以波及到距离井筒较远区域页岩，因而尚未用于页岩气层；(3)高温热处理是对岩石加热，增加吸附态气体分子动能，使气体分子瞬时解吸量大于吸附量，打破气体吸附与解吸之间平衡，从而激发吸附气解吸。同样，在目前工艺条件下，该方法有效作用范围十分有限，未见现场试验或应用报道。
优质页岩气层富含有机质，有机质内部发育大量尺度小于100nm的孔隙，该孔隙是CH4吸附的主要赋存空间。因而，消耗有机质以减少有机质孔隙数量，扩大有机质孔隙直径，减小CH4吸附表面积，是激发CH4高效解吸的有效方法。
页岩中的有机质属于还原环境产物，能够被强氧化剂氧化分解。例如，在土壤研究中，广泛利用氧化剂去除土壤中有机质，去除效果显著。
目前用于激发页岩吸附气解吸的已有方法或措施，均未涉及通过氧化分解有机质的方式来激发CH4解吸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激发页岩吸附气解吸的方法，用于激发页岩气层吸附气解吸，促使吸附气解吸时间提前，提高吸附气解吸效率，增加页岩气层采收率。该方法主要利用氧化剂氧化分解有机质，以减少有机质孔隙数量，扩大有机质孔隙直径，减小CH4吸附表面积，从而促使吸附态CH4气体解吸，达到激发页岩吸附气解吸目的。
该方法首先利用盐酸溶蚀页岩碳酸盐矿物组分，再利用氧化剂氧化分解有机质。酸溶碳酸盐矿物目的是形成微米级溶蚀孔隙，提高页岩基质渗透能力，增大有机质暴露面积，从而有利于加速氧化剂与有机质的氧化分解反应，并氧化分解更大范围内的有机质。
为达到以上目的，本发明提供以下技术方案。
一种激发页岩吸附气解吸的方法，依次包括以下步骤：
(1)依据页岩气井测井、岩心分析化验数据，选取吸附气占比大于30％的富有机质页岩气层；
(2)利用该页岩开展室内实验测试，分析碳酸盐矿物组分酸溶特性、有机质氧化分解特性，计算去除单位体积页岩中碳酸盐矿物组分所需的盐酸配方，并确定氧化分解单位体积页岩中有机质所需的氧化剂溶液配方；
(3)依据步骤(2)中确定的盐酸、氧化剂溶液配方，并结合水力压裂改造范围内的页岩体积，估算所需盐酸、氧化剂溶液的各自用量；
(4)待步骤(1)中页岩气层水力压裂之后，将步骤(3)中的盐酸注入压裂后的页岩气层，溶蚀碳酸盐矿物组分，形成微米尺度孔隙，当气层中盐酸被消耗之后，返排气层中液体；
(5)将步骤(2)中氧化剂溶液注入盐酸溶蚀之后的页岩气层，氧化分解有机质，减少有机质孔隙数量，扩大有机质孔隙直径，以破坏或减小CH4吸附表面，促使吸附态CH4气体解吸，从而达到激发页岩吸附气解吸目的；
(6)待步骤(5)中氧化剂溶液被消耗之后，返排气层中的液体。
所述的氧化剂是指具有强氧化性的固体或液体氧化剂，具体是次氯酸钠、高锰酸钾、溴水、双氧水中的一种。
与现有技术相比，本发明通过化学作用氧化分解有机质，破坏或减小吸附态CH4赋存空间或吸附表面，激发吸附气解吸，具有以下有益效果：
(1)该方法将页岩气层压裂液易滞留难返排的不利因素转换为有利因素，能够在大范围内激发页岩吸附气解吸；
(2)在水力压裂基础之上，通过该方法能够使页岩吸附气产出时间进一步提前，解吸效率进一步提高，既提高开发初期产气量，也有利于开发中后期维持较高产气量；
(3)本发明操作简单，经济成本低，协同页岩气层水力压裂，能够进一步增加页岩气井产量和采收率。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，给出了一个实施例作进一步描述。实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。
实施例1
为验证本发明的可靠性，利用富有机质页岩、氧化性溶液开展了实验，分析了页岩有机质的氧化分解特性，表征了氧化分解前后有机质孔隙表面积、直径变化。具体操作步骤如下：
a、根据页岩气井测井、岩心分析化验数据，选取吸附气占比大于30％的富有机质页岩气层；
b、取该层位富有机质页岩作为实验分析样品，基于室内高温燃烧法测试样品有机质含量，基于液氮吸附法表征页岩纳米孔隙的表面积、直径；
c、将步骤b中页岩样品研磨至毫米尺度颗粒，利用足量10％质量浓度的双氧水溶液，氧化分解页岩颗粒样品中的有机质；
d、待步骤c中氧化分解反应进行10天后，取出样品、烘干；
e、采用与步骤b相同的方法，测试氧化分解后样品有机质含量、纳米孔隙的表面积与直径。
实验结果显示：氧化分解前，页岩样品有机质含量为3.76％，纳米孔的表面积为20.31m2/g，纳米孔的平均直径为4.9nm；被双氧水氧化分解后，页岩样品有机质含量为0.83％，降低了77.93％，纳米孔的表面积为12.58m2/g，减小了38％，纳米孔的平均直径为12.5nm，扩大了155％。
综上，本发明可以减少有机质孔隙数量，扩大有机质孔隙直径，以破坏或减小CH4吸附表面，促使吸附态CH4气体解吸，能够实现激发页岩吸附气解吸的目的。
Claims (2)
1.一种激发页岩吸附气解吸的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)依据页岩气井测井、岩心分析化验数据，选取吸附气占比大于30％的富有机质页岩气层；
(2)利用该页岩开展室内实验测试，分析碳酸盐矿物组分酸溶特性、有机质氧化分解特性，计算去除单位体积页岩中碳酸盐矿物组分所需的盐酸配方，并确定氧化分解单位体积页岩中有机质所需的氧化剂溶液配方；
(3)依据步骤(2)中确定的盐酸、氧化剂溶液配方，并结合水力压裂改造范围内的页岩体积，估算所需盐酸、氧化剂溶液的各自用量；
(4)待步骤(1)中页岩气层水力压裂之后，将步骤(3)中的盐酸注入压裂后的页岩气层，溶蚀碳酸盐矿物组分，形成微米尺度孔隙，当气层中盐酸被消耗之后，返排气层中液体；
(5)将步骤(2)中氧化剂溶液注入盐酸溶蚀之后的页岩气层，氧化分解有机质，减少有机质孔隙数量，扩大有机质孔隙直径，以破坏或减小CH4吸附表面，促使吸附态CH4气体解吸，从而达到激发页岩吸附气解吸目的；
(6)待步骤(5)中氧化剂溶液被消耗之后，返排气层中的液体。
2.根据权利要求1所述的一种激发页岩吸附气解吸的方法，其特征在于：所述的氧化剂是指具有强氧化性的固体或液体氧化剂，具体是次氯酸钠、高锰酸钾、溴水、双氧水中的一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |