CN111006989B - 一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，该方法通过开展应力敏感、速敏实验，明确页岩水相圈闭损害实验的岩心预处理围压及渗透率测量、返排实验的驱替压差；通过开展孔隙水矿化度测定及压裂液返排液测试实验，确定模拟地层水矿化度；通过对比开展不同回压下的渗透率测量实验，明确水相圈闭损害评价过程中的渗透率测量所需施加的回压。本发明旨在避免应力敏感损害、水敏损害、盐敏损害、速敏损害、气体滑脱效应对页岩水相圈闭损害评价实验结果的干扰，保证了页岩水相圈闭损害评价结果的准确性。

Description

一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法

技术领域

本发明涉及非常规油气储层水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，尤其是一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法。

背景技术

页岩气藏压裂液用量多，返排难度大，大量压裂液滞留极易诱发严重的水相圈闭损害，制约气井产能。客观、准确评价水相圈闭损害，对于优化压裂工艺和准确分析页岩气井生产动态具有重要意义。然而，现有水相圈闭损害评价主要针对评价实验本身，即页岩损害前后的渗透率变化，忽视了水相圈闭损害评价实验参数的设置对评价结果的影响，主要表现为：

一、实验参数的确定缺乏依据，缺乏一套系统的实验参数获取流程。开展页岩水相圈闭损害评价实验时，涉及到实验流体矿化度、岩心预处理围压、压差、回压等实验参数。然而，在现有水相圈闭损害评价方法中，没有专门针对上述实验参数的获取方案。

二、实验过程中易发生其它类型敏感性损害，影响水相圈闭损害评价结果准确性。页岩微裂缝发育，实验过程中由于有效应力改变极易诱发应力敏感损害；页岩黏土矿物含量高，实验过程中的流体流速过大易造成速敏损害，矿化度与地层水矿化度不配伍易导致水敏或盐敏损害。上述几类敏感性损害降低了水相圈闭损害评价实验结果的准确性，且极易放大水相圈闭损害程度。

三、气体滑脱效应增加了岩心绝对渗透率获取所需的实验工作量。页岩渗透率低，气体滑脱效应使得岩样气测渗透率测量结果大于其绝对渗透率，通过现有的变孔隙压力线性回归的方法不仅使得渗透率测量工作量大，也在一定程度上增大了绝对渗透率测量误差。

发明内容

针对上述问题，本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，该方法旨在避免应力敏感损害、水敏损害、盐敏损害、速敏损害、气体滑脱效应对页岩水相圈闭损害评价实验结果的干扰，保证了页岩水相圈闭损害评价结果的准确性。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，包括以下步骤:

S1选取同一区块、平行层理钻取的多个页岩岩心，再将多个岩心分别烘干，干燥密封冷却后立即测量岩心的质量、长度、直径，然后干燥密封保存备用；

S2、选取岩心进行人工造缝，开展应力敏感实验，测量岩心在有效应力依次递增和递减过程的气测渗透率，计算应力敏感引发的渗透率损害率，当渗透率损害率不超过5％时，所对应的有效应力即为水相圈闭损害实验的岩心预处理围压，其中有效应力分别为3MPa、7MPa、10MPa、15MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa；

S3、开展页岩可溶盐分析、压裂液返排液测试实验，并分别计算得到页岩地层水矿化度，将两种方法计算结果平均值作为模拟地层水矿化度，根据模拟地层水矿化度配制等浓度KCl溶液作为模拟地层水的实验流体；

S4、将岩心饱和步骤S3中配制的模拟地层水48h后，并根据步骤S2中确定的岩心预处理围压进行预处理，再测量流压梯度递增条件下的岩心液测渗透率，计算速敏引发的渗透率损害率D_k，当渗透率损害率达5％时，所对应的流压梯度即为临界流压梯度；

S5、根据步骤S2中确定的岩心预处理围压对岩心进行预处理，并开展不同回压下渗透率测量实验，分别在一系列不高于步骤S4中确定的临界流压梯度的气体驱替压差条件下测量岩心渗透率，当回压分别为0MPa、0.25MPa、0.5MPa、0.75MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.0MPa的其中一个回压条件下的渗透率变化率不超过5％时，该回压即为水相圈闭损害实验的岩心回压设定值。

进一步的技术方案是，所述步骤S1中的烘干温度为60℃，烘干时间为72h。

进一步的技术方案是，所述步骤S2中的应力敏感引发的渗透率损害率计算公式如下：

式中：D_S为应力敏感引发的渗透率损害率，％；K_s(i)为当前有效应力下的渗透率，mD；K_s(i-1)为前一个有效应力测试点对应的渗透率，mD。

进一步的技术方案是，所述步骤S3中孔隙水矿化度的计算公式如下：

式中：C₀、C_浸泡分别为页岩浸泡前、后实验流体矿化度，mg/L；V_浸泡为实验流体体积，mL；m、ρ、

分别为岩心质量、密度、孔隙度，g、g/cm³、无量纲；S_wi为初始含水饱和度，无量纲。

进一步的技术方案是，所述步骤S4中速敏引发的渗透率损害率计算公式如下：

式中：D_k为速敏引发的渗透率损害率，％；K_k(i)为当前流压梯度下的渗透率，mD；K_k(i-1)为前一个流压梯度测试点对应的渗透率，mD。

进一步的技术方案是，所述步骤S5中渗透率变化率计算公式如下：

式中：D_b为渗透率变化率，％；

为当前回压下，各驱替压力对应渗透率的平均值，mD；K_bmin为当前回压下，各驱替压力对应渗透率的最小值，mD。

本发明具有以下有益效果：

(1)通过开展应力敏感实验，明确了岩心预处理所需围压，避免了应力敏感损害对水相圈闭损害评价结果的影响。

(2)通过开展速敏实验，确定了页岩水相圈闭损害评价过程中的渗透率测量及返排实验等的设定压差，避免了速敏损害对水相圈闭损害评价结果的影响。

(3)基于孔隙水矿化度测定及压裂液返排液矿化度测试实验，通过这两种方法确定了地层水矿化度平均值作为模拟地层水矿化度，使得实验流体矿化度的设定有根。而通过开展矿化度升高、降低过程的岩样液测渗透率实验，对实验流体矿化度设定的合理性进行验证，确定了合理的模拟地层水矿化度，进而避免了水敏、盐敏损害对水相圈闭损害评价结果的影响。

(4)通过对比开展多个回压下的渗透率测量实验，明确了可消除气体滑脱效应的渗透率测量回压，使得室内渗透率测量结果更加准确，同时减轻了实验工作量。

附图说明

图1为岩心气测渗透率随有效应力变化关系曲线；

图2为岩心液测渗透率随流压梯度变化关系曲线；

图3为流体矿化度降低过程岩心液测渗透率变化关系曲线；

图4为流体矿化度升高过程岩心液测渗透率变化关系曲线；

图5为不同回压下岩心渗透率随实验压差变化的关系曲线。

具体实施方式

下面结合实施和附图对本发明做更进一步的说明。

本发明的一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，包括以下步骤：

S1、选取渝东南MLX组页岩岩心5块，编号分别为L1～L5，选取岩心L1～L4进行人工造缝；并制备10～20目颗粒状页岩约20g；

S2、清除岩心表面杂质后置于60℃恒温烘箱，72h后取出，然后干燥密封冷却后测量柱状岩样的质量、长度、直径，干燥密封保存；

S3、测量岩心L1饱和水前后在有效应力依次递增和递减过程(有效应力分别为3MPa、7MPa、10MPa、15MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa)的气测渗透率(图1)，并根据以下公式计算应力敏感引发的渗透率损害率；

式中：D_S为应力敏感引发的渗透率损害率，％；K_s(i)为当前有效应力下的渗透率，mD；K_s(i-1)为前一个有效应力测试点对应的渗透率，mD；

实验结果表明当有效应力大于10MPa时，岩心渗透率变化为4.8％(小于5％)，故选取10MPa为页岩水相圈闭损害实验的岩心预处理围压，并根据裂缝变形的时间效应确定预处理时间为4h；

S4、开展页岩可溶盐分析、压裂液返排液测试实验，并分别根据以下公式计算页岩地层水矿化度；

式中：C₀、C_浸泡分别为页岩浸泡前、后实验流体矿化度，mg/L；V_浸泡为实验流体体积，mL；m、ρ、

分别为岩心质量、密度、孔隙度，g、g/cm³、无量纲；S_wi为初始含水饱和度，无量纲；

测量不同时间段的压裂液返排液矿化度，计算两种方法测得页岩地层水矿化度平均值约为5.5×104mg/L；配制5.5％KCl溶液作为模拟地层水的实验流体；

为验证上述实验流体矿化度选择的合理性，将岩心L3和L4饱和模拟地层水48h后，分别开展矿化度升高、降低的岩心渗透率测量实验，矿化度升高或降低过程的渗透率均快速降低(图2和图3)；因此，5.5％KCl溶液的模拟地层水矿化度合理；

S5、将岩心L2饱和5.5％KCl溶液48h后放入岩心夹持器，对岩心在10MPa围压下处理4h后，测量不同流压梯度下的岩心液测渗透率(图4)，并根据下式计算岩心渗透率损害率；

式中：D_k为速敏引发的渗透率损害率，％；K_k(i)为当前流压梯度下的渗透率，mD；K_k(i-1)为前一个流压梯度测试点对应的渗透率，mD；

实验结果表明当流压梯度为0.1MPa/cm时，速敏引发的渗透率损害率为80％(大于5％)，当流压梯度为0.07MPa/cm时，速敏引发的渗透率损害率为4.9％(小于5％)，因此，岩心临界流压梯度约为0.07MPa/cm，水相圈闭损害评价实验中的返排压差梯度设定值应不高于0.07MPa/cm；

S6、将岩心L5放入岩心夹持器，10MPa围压下处理4h后，通过回压阀设置回压分别为0、0.25MPa、0.5MPa、0.75MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.0MPa，在每一个回压条件下，分别在0.1～2.0MPa压差下测量岩心气测渗透率(图5)，并根据下式计算每一个回压条件下的渗透率变化率；

式中：D_b为某一回压条件下的渗透率变化率，％；

为当前回压下，各驱替压力对应渗透率的平均值，mD；K_bmin为当前回压下，各驱替压力对应渗透率的最小值，mD。

实验结果表明当回压增至1.0MPa时，渗透率变化率为3.2％，因此选用1.0MPa作为页岩水相圈闭损害实验的回压设定值。

以上即是水相圈闭损害评价的实验参数获取方法。该方法适用于页岩，但不局限于页岩。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1选取同一区块、平行层理钻取的多个页岩岩心，再将多个岩心分别烘干，干燥密封冷却后立即测量岩心的质量、长度、直径，然后干燥密封保存备用；

S2、选取岩心进行人工造缝，开展应力敏感实验，测量岩心在有效应力依次递增和递减过程的气测渗透率，计算应力敏感引发的渗透率损害率，当渗透率损害率不超过5％时，所对应的有效应力即为水相圈闭损害实验的岩心预处理围压，其中有效应力分别为3MPa、7MPa、10MPa、15MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa；

S3、开展页岩可溶盐分析、压裂液返排液测试实验，并分别计算得到页岩地层水矿化度，将两种方法计算结果平均值作为模拟地层水矿化度，根据模拟地层水矿化度配制等浓度KCl溶液作为模拟地层水的实验流体；

S4、将岩心饱和步骤S3中配制的模拟地层水48h后，并根据步骤S2中确定的岩心预处理围压进行预处理，再测量流压梯度递增条件下的岩心液测渗透率，计算速敏引发的渗透率损害率D_k，当渗透率损害率达5％时，所对应的流压梯度即为临界流压梯度；

S5、根据步骤S2中确定的岩心预处理围压对岩心进行预处理，并开展不同回压下渗透率测量实验，分别在一系列不高于步骤S4中确定的临界流压梯度的气体驱替压差条件下测量岩心渗透率，当回压分别为0MPa、0.25MPa、0.5MPa、0.75MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.0MPa的其中一个回压条件下的渗透率变化率不超过5％时，该回压即为水相圈闭损害实验的岩心回压设定值。

2.根据权利要求1所述的一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，其特征在于，所述步骤S1中的烘干温度为60℃，烘干时间为72h。

3.根据权利要求1所述的一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，其特征在于，所述步骤S2中的应力敏感引发的渗透率损害率计算公式如下：

式中：D_S为应力敏感引发的渗透率损害率，％；K_s(i)为当前有效应力下的渗透率，mD；K_s(i-1)为前一个有效应力测试点对应的渗透率，mD。

4.根据权利要求1所述的一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，其特征在于，所述步骤S3中孔隙水矿化度的计算公式如下：

式中：C₀、C_浸泡分别为页岩浸泡前、后实验流体矿化度，mg/L；V_浸泡为实验流体体积，mL；m、ρ、

分别为岩心质量、密度、孔隙度，g、g/cm³、无量纲；S_wi为初始含水饱和度，无量纲。

5.根据权利要求1所述的一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，其特征在于，所述步骤S4中速敏引发的渗透率损害率计算公式如下：

式中：D_k为速敏引发的渗透率损害率，％；K_k(i)为当前流压梯度下的渗透率，mD；K_k(i-1)为前一个流压梯度测试点对应的渗透率，mD。

6.根据权利要求1所述的一种页岩水相圈闭损害评价的实验参数获取方法，其特征在于，所述步骤S5中渗透率变化率计算公式如下：

式中：D_b为渗透率变化率，％；

为当前回压下，各驱替压力对应渗透率的平均值，mD；K_bmin为当前回压下，各驱替压力对应渗透率的最小值，mD。

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