CN107842353A - 一种优选页岩储层压裂预处理酸液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种优选页岩储层压裂预处理酸液的方法。所述方法包括:提供来自页岩储层的岩石样品和若干种不同类型和浓度的酸液;分别测试每种酸液对岩石样品的溶蚀率数据、酸化渗透性改善倍数数据、抗拉强度降低率数据;根据溶蚀率、酸化渗透性改善倍数、抗拉强度降低率数据来获得每种酸液对所述页岩储层的降破裂压力能力;根据降破裂压力能力结果选择适合的酸液作为页岩储层压裂预处理酸液。该方法能够通过溶蚀率测试、酸化渗透性改善测试、抗拉强度降低测试优选针对特定页岩储层降低破裂压力能力最高的酸液体系,进而降低对压裂施工设备功率和承载能力的要求,减小施工风险。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发领域,具体涉及一种优选页岩储层压裂预处理酸液的方法。
背景技术
中国页岩气资源量丰富,但储集情况比较复杂。中国页岩气层埋藏较深,较美国页岩气层具有更高的上覆岩层压力。由于页岩岩石致密以及钻井过程中大量的泥浆伤害等因素,导致页岩储层破裂压力通常较高。高的破裂压力对压裂施工设备的功率和承载能力提出了更高的要求,在施工安全上也存在一定的隐患。基于这种考虑,降低页岩储层的破裂压力十分必要。因此,选择适合目的页岩储层的酸液类型以及浓度也就至关重要了。
2006年西南石油大学薛仁江等研究了不同酸液和岩石单一矿物反应的酸岩反应动力学,观察不同酸液类型及浓度对矿物溶蚀能力的大小,得到酸岩反应对岩石力学参数的影响,进而分析对破裂压力的影响(天然气勘探与开发,2006,29(4),46-48)。2008年西南石油大学谢小蓉等开展了酸岩反应微观实验,对岩心进行扫描电镜观察实验、全岩分析实验、铸体薄片实验等微观实验,观察酸岩反应对岩石矿物颗粒形态、成分、矿物含量、孔隙度等参数的影响,明确了裂缝的微观断裂机理(天然气勘探与开发,2008,31(03),67-70)。
然而,之前的研究都不能提供一种优选适合目的页岩储层酸液类型及浓度的有效方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种优选页岩储层压裂预处理酸液的方法。该方法能够通过溶蚀率测试、酸化渗透性改善测试、抗拉强度降低测试优选针对特定页岩储层降低破裂压力能力最高的酸液体系,进而降低对压裂施工设备功率和承载能力的要求,减小施工风险。
本发明提供的优选页岩储层压裂预处理酸液的方法包括:
步骤S1,提供来自页岩储层的岩石样品和若干种不同类型和浓度的酸液;
步骤S2,测试每种酸液对岩石样品的溶蚀率数据;
步骤S3,测试每种酸液对岩石样品的酸化渗透性改善倍数数据;
步骤S4,测试每种酸液对岩石样品的抗拉强度降低率数据;
步骤S5,将由步骤S2、S3和S4获得的溶蚀率、酸化渗透性改善倍数、抗拉强度降低率数据代入以下公式,从而获得每种酸液对所述页岩储层的降破裂压力能力:
在上述公式中,溶蚀率表示每种酸液对岩石样品的溶蚀率,max(溶蚀率)表示所测试的若干种不同类型和浓度的酸液中的最大溶蚀率,max(渗透性改善倍数)表示所测试的若干种不同类型和浓度的酸液中的最大渗透性改善倍数,max(抗拉强度降低率)表示所测试的若干种不同类型和浓度的酸液中的最大抗拉强度降低率;
步骤S6,根据步骤S5的计算结果从所述酸液中选择适合的酸液作为页岩储层压裂预处理酸液。
根据本发明的实施方式,所述方法还包括将步骤S1提供的岩石样品进行页岩矿物含量分析,以根据不同矿物的含量来判断岩石样品的矿物类型。
根据本发明的实施方式,当岩石样品为石英类矿物或含水硅酸盐类矿物时,所述酸液的类型为土酸;当岩石样品为方解石或白云石类矿物时,所述酸液的类型为盐酸;当岩石样品为钾长石或斜长石矿物时,所述酸液的类型为土酸和盐酸。例如,根据下文表2(不同矿物种类的优选酸液类型表)来选择步骤S1中的酸液的类型。
根据本发明的实施方式,步骤S1中所述酸液为土酸和/或盐酸。优选地,所述盐酸的浓度在5-25wt%的范围内。优选地,所述土酸包含4-15wt%HCl和1-5wt%HF。
根据本发明的实施方式,所述若干种为两种以上,优选三种以上,更优选四种以上。
根据本发明的一个优选实施例,所述若干种酸液包括以下几种:10wt%盐酸、15wt%盐酸、20wt%盐酸、包含4wt%HCl和1wt%HF的土酸、包含9wt%HCl和1.5wt%HF的土酸、包含13wt%HCl和2wt%HF的土酸。
根据本发明的实施方式,按照《Q/SH 0349-2010缓速酸技术要求》方法实施步骤S2。
根据本发明的实施方式,按照《SY/T 6385-1999覆压下岩石孔隙度和渗透率测试方法》方法实施步骤S3。
根据本发明的实施方式,按照《GB/T 23561.10-2010煤和岩石物理力学性质测定方法第10部分:煤和岩石抗拉强度测定方法》方法实施步骤S4。
根据本发明的一个实施例,选择降破裂压力能力最大的酸液作为页岩储层压裂预处理酸液。
本发明提供的优选页岩储层压裂预处理酸液方法,根据溶蚀率测试、酸化渗透性改善测试、抗拉强度降低能力测试等三种实验的结果计算得出特定浓度酸液对特定储层的降破裂压力能力,并以此对比优选降破压能力最高的酸液及浓度作为该储层的预处理酸液。工程设计人员可利用本方法优选压裂预处理酸液及浓度,有效地降低页岩储层的破裂压力,减小压裂施工难度和施工风险。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明,但本发明并不受下述实施例限定。
实施例1
针对某一地区的页岩露头进行取样,得到18块岩心样品和岩屑1kg。
1、首先选取对6块岩样,采用X衍射分析方法参照标准《SY/T 6210-1996沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘图矿物X射线衍射定量分析方法》和《SY-T 5163-1995沉积岩粘土矿物相对含量X射线衍射分析方法》分析岩石中所含主要矿物成分以及相对含量大小进行分析,结果如下:
表1岩石矿物含量全岩分析测试结果
全岩实验结果可以看出,样品中石英和粘土含量较高,其次为斜长石和白云石,方解石。6块岩样的碎屑矿物(钾长石和斜长石)平均含量为18.9%,碳酸盐胶结物(方解石和白云石)平均含量为16.6%。
表2不同矿物种类的优选酸液类型表
矿物种类 | 化学组成 | 适合的酸液类型 |
石英 | SiO2 | 土酸 |
钾长石 | KAlSi3O8 | 土酸、盐酸 |
斜长石 | (Na,Ca)Al(Si,Al)Si2O8 | 土酸、盐酸 |
方解石 | CaCO3 | 盐酸 |
白云石 | CaMg(CO3)2 | 盐酸 |
TCCM | 含铝、镁等为主的含水硅酸盐矿物 | 土酸 |
按表2对照初步选择盐酸和土酸为预处理工作液。
2、对不同酸液配方进行溶蚀率测试:将岩心样品粉碎,过孔径为0.154mm的筛。称取5g过筛后的岩心样品,加入到100ml酸液中,在90℃恒温水浴中放置120min,取出。将取出岩样水洗、烘干、称重、计算溶解率。结果如下:
表3样品酸蚀实验测试结果
3、对不同酸液配方进行渗透率改善测试:用选出的酸液对岩石样品进行酸化渗透性改善能力的实验,得到酸液对岩石样品进行酸化渗透性改善的能力。实验流程如下:(1)用与地层相同矿化度的盐水正向测量岩心的渗透率,记录压差和流量;(2)反方向以不高于盐水驱替压力的注入压力注入10倍pv酸液,注入完成后关闭阀门24小时;(3)再次用盐水正向测量岩心的液测渗透率,等压力和流量稳定后,记录压差和流量;(4)计算酸蚀前后渗透率变化。结果如下:
表4不同酸液配方对渗透率改善测试结果
4、测试不同酸液配方注入以后对岩石样品的抗拉强度的降低效果:在同一大岩样上钻取两块岩心柱,以保证同一组测试的两块岩心岩石力学参数近似。使用岩石力学三轴应力测试系统,先对岩样1进行三轴应力测试,得到测试样品的抗拉强度。在以不高于盐水驱替压力的注入压力向岩样2注入10倍pv(孔隙体积)的酸液,稳定24小时,测试酸蚀后样品的抗拉强度。结果如下:
表5不同酸液配方对岩样抗拉强度的影响测试结果
5、通过下面公式计算每一种酸液不同设计浓度的降破裂压力能力。
表6不同酸液配方降低破裂压力能力
根据计算结果,盐酸的降低破裂压力能力明显高于土酸,20%盐酸的降低破裂能力最高,从经济角度考虑可选择浓度为15%的盐酸作为预处理液。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种优选页岩储层压裂预处理酸液的方法,包括:
步骤S1,提供来自页岩储层的岩石样品和若干种不同类型和浓度的酸液;
步骤S2,测试每种酸液对岩石样品的溶蚀率数据;
步骤S3,测试每种酸液对岩石样品的酸化渗透性改善倍数数据;
步骤S4,测试每种酸液对岩石样品的抗拉强度降低率数据;
步骤S5,将由步骤S2、S3和S4获得的溶蚀率、酸化渗透性改善倍数、抗拉强度降低率数据代入以下公式,从而获得每种酸液对所述页岩储层的降破裂压力能力:
在上述公式中,溶蚀率表示每种酸液对岩石样品的溶蚀率,max(溶蚀率)表示所测试的若干种不同类型和浓度的酸液中的最大溶蚀率,max(渗透性改善倍数)表示所测试的若干种不同类型和浓度的酸液中的最大渗透性改善倍数,max(抗拉强度降低率)表示所测试的若干种不同类型和浓度的酸液中的最大抗拉强度降低率;
步骤S6,根据降破裂压力能力数据结果从所述酸液中选择适合的酸液作为页岩储层压裂预处理酸液。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括将步骤S1提供的岩石样品进行页岩矿物含量分析,以根据不同矿物的含量来判断岩石样品的矿物类型。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,当岩石样品为石英类矿物或含水硅酸盐类矿物时,所述酸液的类型为土酸;当岩石样品为方解石或白云石类矿物时,所述酸液的类型为盐酸;当岩石样品为钾长石或斜长石矿物时,所述酸液的类型为土酸和盐酸。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,按照《Q/SH0349-2010缓速酸技术要求》方法实施步骤S2;按照标准《SY/T 6385-1999覆压下岩石孔隙度和渗透率测试方法》方法实施步骤S3;按照《GB/T 23561.10-2010煤和岩石物理力学性质测定方法第10部分:煤和岩石抗拉强度测定方法》方法实施步骤S4。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,步骤S1中所述酸液选自土酸和/或盐酸。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其特征在于,所述若干种为两种以上,优选三种以上,更优选四种以上。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的方法,其特征在于,所述盐酸的浓度在5-25wt%的范围内。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的方法,其特征在于,所述土酸包含4-15wt%HCl和1-5wt%HF。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其特征在于,所述若干种不同类型和浓度的酸液为:10wt%盐酸、15wt%盐酸、20wt%盐酸、包含4wt%HCl和1wt%HF的土酸、包含9wt%HCl和1.5wt%HF的土酸、包含13wt%HCl和2wt%HF的土酸。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法,其特征在于,选择降破裂压力能力最大的酸液作为页岩储层压裂预处理酸液。
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