CN108225878A - 一种模拟页岩地层低渗透率的泥饼及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种新型的低渗透率泥饼的制备方法，由自来水、钙膨润土、重晶石、毫微重晶石、1250目碳酸钙、2200目碳酸钙、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠制备而成，制备方法为：首先将自来水加入仪器内，在低速搅拌的条件下缓慢加入钙膨润土，搅拌至分散均匀，随后加入重晶石高速搅拌再加入毫微重晶石，高速搅拌；加入1250目碳酸钙和2200目碳酸钙，高速搅拌30分钟；随即缓慢加入聚丙烯酰胺和的聚丙烯酸钠，高速搅拌1小时后将制备好的泥浆倒入高温高压滤失仪器中，在压力3.5Mpa、常温的条件下滤失30分钟，用上述方法制备的泥饼能够达到低渗透率效果，同时所用材料种类和用量少，材料来源广泛，评价工艺简便高效，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用泥饼来模拟页岩地层低渗透率的物理环境的制备方法，按照此制备方法能够得到薄、韧而且致密，同时泥饼渗透率能够达到页岩地层的数量级，可为页岩地层封堵剂的优选与评价提供数据与环境支撑，以及为页岩地层微裂缝模拟提供条件。
背景技术
现如今页岩气开发已成为我国能源开发的关键所在，但是由于页岩地层微裂缝与微孔隙发育，水敏性较强，长水平段易发生井壁失稳现象，解决这一问题的关键在于提高钻井液封堵性能，从封堵性的角度来看，评价封堵性能优劣的重点在于真实页岩物理环境的建立，即制备出渗透率在10-3～10-5mD才能还原真实页岩低渗物理环境，才能从根本上对封堵剂的性能进行最佳效果评价，从而对封堵剂效果的改进与提升提供最有价值的数据反馈。同时，对于页岩微裂缝的模拟也需要对页岩低渗物理环境的建立，而本文制备的泥饼完全能够满足其要求。到目前为止，还没有一套模拟低渗透率物理环境的泥饼的制备方法。
发明内容
针对现今没有一种还原真实页岩低渗透率物理环境的有效方法，提出了一种利用泥饼来模拟页岩真实低渗透率物理环境的方法，该方法不仅简单高效，同时成本低，试验重复性强。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种模拟页岩地层低渗透率的泥饼，由下列重量份数的原料制备而成：钙膨润土13-19份、重晶石120-170份、毫微重晶石90-115份、1250目碳酸钙30-50份、2200目碳酸钙5-15份、聚丙烯酰胺1-4份、聚丙烯酸钠5-15份和水180-220份。
进一步的，由下列重量份数的原料制备而成：钙膨润土16份、重晶石150份、毫微重晶石100份、1250目碳酸钙40份、2200目碳酸钙10份、聚丙烯酰胺2份、聚丙烯酸钠10份和水200份。
进一步的，所述重晶石密度为4.15g/cm3，所述毫微重晶石为4.4g/cm3。
本发明的第二目的是提供一种模拟页岩地层低渗透率泥饼的制备方法，先量取200份自来水于仪器内，在600r/min转速的电动低速搅拌器搅拌的条件下加入16份钙膨润土，搅拌2h，使钙膨润土在水中充分分散；随后按照顺序先加入150份重晶石，在8000r/min的高速搅拌器下搅拌30min，然后再加入100份毫微重晶石，转速不变搅拌30min；再加入40份的1250目碳酸钙和10份的2200目碳酸钙，在10000r/min转速条件下高速搅拌30min；最后再加入2份聚丙烯酰胺和10份聚丙烯酸钠，在12000r/min的转速条件下高速搅拌1h后，将制备的泥浆倒入高温高压滤失仪器中，在压力3.5Mpa、常温的条件下滤失30min即制得模拟页岩地层低渗透环境的泥饼。
本发明的第三目的是一种泥饼渗透率的评价方法，步骤包括：
(1)向以上泥饼成型但还未凝固的高温高压滤失仪中用玻璃棒引流加入蒸馏水至滤失仪上部刻度线，在室温下和压力3.5Mpa条件下，分别测定泥饼在仪器中注水条件下10min、20min、30min的滤失量，记为V1，V2，V3；
(2)测30min后的泥饼厚度，记为h，然后根据公式计算泥饼渗透率K；
泥饼渗透率K计算公式：由达西渗滤公式(1)、钻井中固相和液相体积关系(2)(3)可得公式(4)，
Vm＝Vf+Vc＝Vf+Ahmc (2)
由(4)可得：
式中：hmc-泥饼厚度，cm；Vm-钻井液总体积，cm3；
Vf-滤液体积，cm3；Vc-泥饼体积，cm3；
R-比例常数；μ-滤液流体黏度，mPa.s；
t-渗滤时间，s；Δp-渗滤压力，kg·cm-2；
-每秒平均流量，cm3·s-1A-渗滤压力面积，cm2；
k-泥饼渗透率μm2；
将(5)式换为实验室常用单位代入：同时将k(μm2)换为103k(mD)；h(cm)换为0.1h(mm)；
得到：
其中Vf，滤失量，cm3；k，泥饼渗透率，mD；
μ，滤液粘度，mPa·s；h，泥饼厚度，mm；
其中高温高压的失水条件为：A＝25.3cm2；Δp＝35kg·cm-2；t＝1800s；μ＝0.89mPa·s；
(3)通过计算泥饼的评价厚度、清水滤矢量、平均渗透率，对比页岩地层岩芯的真实渗透率评价泥饼的渗透率。
通过测得的实验数据可知，通过该方法制备的泥饼的平均厚度在2.5-2.9mm，测得的清水滤矢量在2.7-2.9mm，平均渗透率在2.272×10-4mD。通过对比页岩地层岩芯的真实渗透率可知，通过本文制得的泥饼的渗透率达到了页岩渗透率数量级，说明制备的泥饼能够有效模拟页岩低渗透率的物理环境。
根据上述制备方法所用组分：钙膨润土、重晶石、毫微重晶石、1250目碳酸钙、2200目碳酸钙、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠全都是市面上常见销售药品，在选购的时候要严格按照国家或者行业标准。具体见表1.
表1一种模拟页岩地层低渗透率物理环境泥饼制备所需原料明细表
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明的设计思路原理简单,即能通过人工选择组分与药品来进行低渗泥饼的制备；
(2)本发明的成本低，原料来源广泛，用量少，购买途径便捷；
(3)本发明制备低渗泥饼所用仪器设备方便，操作简便易行；
(4)本发明制备的泥饼渗透率低，能有效模拟页岩低渗的物理环境，符合要求，重复性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例5中人造泥饼表面；
图2是本发明实施例5中天然页岩岩心表面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种模拟页岩地层低渗透率的泥饼，由下列重量份数的原料制备而成,每份是1克：钙膨润土16g、重晶石150g、毫微重晶石100g、1250目碳酸钙40g、2200目碳酸钙10g、聚丙烯酰胺2g、聚丙烯酸钠10g和水200g。
其中，重晶石密度为4.15g/cm3，所述毫微重晶石为4.4g/cm3。
制备方法，先量取200g自来水于仪器内，在600r/min转速的电动低速搅拌器搅拌的条件下加入16g钙膨润土，搅拌2h，使钙膨润土在水中充分分散；随后按照顺序先加入150g重晶石，在8000r/min的高速搅拌器下搅拌30min，然后再加入100g毫微重晶石，转速不变搅拌30min；再加入40g的1250目碳酸钙和10g的2200目碳酸钙，在10000r/min转速条件下高速搅拌30min；最后再加入2g聚丙烯酰胺和10g聚丙烯酸钠，在12000r/min的转速条件下高速搅拌1h后，将制备的泥浆倒入高温高压滤失仪器中，在压力3.5Mpa、常温的条件下滤失30min即制得模拟页岩地层低渗透环境的泥饼。
实施例2
一种模拟页岩地层低渗透率的泥饼，由下列重量份数的原料制备而成：钙膨润土13g、重晶石170g、毫微重晶石90g、1250目碳酸钙50g、2200目碳酸钙15g、聚丙烯酰胺1g、聚丙烯酸钠15g和水180g。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种模拟页岩地层低渗透率的泥饼，由下列重量份数的原料制备而成：钙膨润土19g、重晶石120g、毫微重晶石115g、1250目碳酸钙30g、2200目碳酸钙15g、聚丙烯酰胺4g、聚丙烯酸钠5g和水220g。
制备方法同实施例1。
实施例1-3制备的泥饼采用GGS42-2A型高温高压滤失仪来对制备的低渗泥饼进行效果评价。
表2多组清水制备泥饼渗透率的实验结果
注：表中结果均为3次实验数据平均值。
实施例4通过超低渗气体渗透率测量仪对威远地区龙马溪组页岩岩芯进行气测渗透率，实验结果如下表3：
表3岩芯渗透率
通过页岩岩心渗透率表格我们可以看出该区块的页岩岩心渗透率达到了10-4mD，渗透率极低，从而可以得知该地区页岩非常致密。
实施例5实验室制备泥饼与天然页岩岩芯对比
通过SEM环境电镜扫描制备泥饼和天然岩芯表面，由图1-2可知实验室制备的泥饼表面的最大裂缝宽度为13.28μm，而天然岩芯表面裂缝的最大宽度为10.51μm。比较可知二者的最大裂缝宽度相差不多。由于实验室制备泥饼渗透率接近天然岩芯，且裂缝宽度在同一数量级，故可认为实验室制备泥饼可用于替代天然岩芯来进行对页岩低渗透率物理环境的模拟。
实施例6封堵剂封堵效果实验
利用制备的泥饼来对封堵剂进行封堵效果评价，结果如表4：
注：滤失时间为30min，压力为3.5Mpa。
由表格数据可以看出，封堵剂Fe3O4表现出良好的封堵效果，而且封堵效果与浓度成正相关性，封堵剂加量1％就可以使渗透率降低24.43％。当加量超过5％时，渗透率降低率可以达到45％以上。当加量为9％时，泥饼封堵时测试的渗透率可以达到1.01×10-4mD，较封堵前的2.76×10-4mD下降了63.41％。表明制备的泥饼能够有效模拟页岩低渗物理环境，对封堵剂封堵效果进行准确评价。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种模拟页岩地层低渗透率的泥饼，其特征在于，由下列重量份数的原料制备而成：钙膨润土13-19份、重晶石120-170份、毫微重晶石90-115份、1250目碳酸钙30-50份、2200目碳酸钙5-15份、聚丙烯酰胺1-4份、聚丙烯酸钠5-15份和水180-220份。
2.根据权利要求1所述模拟页岩地层低渗透率的泥饼，其特征在于，由下列重量份数的原料制备而成：钙膨润土16份、重晶石150份、毫微重晶石100份、1250目碳酸钙40份、2200目碳酸钙10份、聚丙烯酰胺2份、聚丙烯酸钠10份和水200份。
3.根据权利要求2所述模拟页岩地层低渗透率的泥饼，其特征在于，所述重晶石密度为4.15g/cm3，所述毫微重晶石为4.4g/cm3。
4.一种如权利要求1-3任一项所述模拟页岩地层低渗透率泥饼的制备方法，其特征在于，先量取200份自来水于仪器内，在600r/min转速的电动低速搅拌器搅拌的条件下加入16份钙膨润土，搅拌2h，使钙膨润土在水中充分分散；随后按照顺序先加入150份重晶石，在8000r/min的高速搅拌器下搅拌30min，然后再加入100份毫微重晶石，转速不变搅拌30min；再加入40份的1250目碳酸钙和10份的2200目碳酸钙，在10000r/min转速条件下高速搅拌30min；最后再加入2份聚丙烯酰胺和10份聚丙烯酸钠，在12000r/min的转速条件下高速搅拌1h后，将制备的泥浆倒入高温高压滤失仪器中，在压力3.5Mpa、常温的条件下滤失30min即制得模拟页岩地层低渗透环境的泥饼。
5.一种如权利要求1-3任一项所述泥饼渗透率的评价方法，其特征在于，步骤包括：
(1)向以上泥饼成型但还未凝固的高温高压滤失仪中用玻璃棒引流加入蒸馏水至滤失仪上部刻度线，在室温下和压力3.5Mpa条件下，分别测定泥饼在仪器中注水条件下10min、20min、30min的滤失量，记为V1，V2，V3；
(2)测30min后的泥饼厚度，记为h，然后根据公式计算泥饼渗透率K；
泥饼渗透率K计算公式：由达西渗滤公式(1)、钻井中固相和液相体积关系(2)(3)可得公式(4)，
Vm＝Vf+Vc＝Vf+Ahmc (2)
由(4)可得：
式中：hmc-泥饼厚度，cm；Vm-钻井液总体积，cm3；
Vf-滤液体积，cm3；Vc-泥饼体积，cm3；
R-比例常数；μ-滤液流体黏度，mPa.s；
t-渗滤时间，s；Δp-渗滤压力，kg·cm-2；
-每秒平均流量，cm3·s-1A-渗滤压力面积，cm2；
k-泥饼渗透率μm2；
将(5)式换为实验室常用单位代入：同时将k(μm2)换为103k(mD)；h(cm)换为0.1h(mm)；
得到：
其中Vf，滤失量，cm3；k，泥饼渗透率，mD；
μ，滤液粘度，mPa·s；h，泥饼厚度，mm；
其中高温高压的失水条件为：A＝25.3cm2；Δp＝35kg·cm-2；t＝1800s；μ＝0.89mPa·s；
(3)通过计算泥饼的评价厚度、清水滤矢量、平均渗透率，对比页岩地层岩芯的真实渗透率评价泥饼的渗透率。
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2017
- 2017-12-29 CN CN201711480642.6A patent/CN108225878B/zh not_active Expired - Fee Related
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