CN112112622B - 一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，包括步骤：根据页岩储层段岩石制备岩样并干燥至恒重；获取岩样的物性指数；获取岩样的脆性指数；获取岩样的亲水指数；拟合黏土矿物含量和亲水指数曲线，确定黏土矿物含量临界值；通过岩样的物性指数、脆性指数、亲水指数，确定岩样水化作用综合指数；以岩样黏土矿物含量和岩样水化作用综合指数建立二维坐标系以及四区域优化图版，根据优化图版优化气井闷井时间。该方法建立了页岩气井焖井时间优化图版，矿场工程师可以通过图版快速优化焖井时间，节约了矿场长时间生产测试试验的成本。

Description

一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法

技术领域

本发明涉及石油天然气工程领域，尤其涉及一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法。

背景技术

采用水平井大规模体积压裂是高效开发页岩气的关键技术，区别于常规砂岩，由于在地质特征和压裂工艺等方面的差异，页岩气井体积压后表现出特殊的返排特征：低返排率高产能和焖井后产水量降低产气量增加、返排率差异大等。页岩黏土矿物发生水化作用诱导微裂缝，提高页岩储层流动能力，对页岩储层的持续改造作用是以上特殊返排特征的重要原因，大量矿场资料统计显示，焖井有利于提高页岩气井单井产能。页岩水化作用能力是分析与优化页岩气井焖井时间的重要指标，然而由于页岩发育多尺度微观孔隙和多组分矿物，使得页岩与压裂液相互作用机理是否复杂，页岩水化作用能力难以定量表征。目前矿场页岩气井焖井时间优化大多数依靠工程师经验来确定，无统一标准，影响这页岩气高效开发。目前针对页岩气井焖井时间确定方法主要分为矿产生产资料统计法和理论模型计算法，主要代表性研究如下：

(1)杜洋等(杜洋,雷炜,李莉,等.页岩气井压裂后焖排模式[J].岩性油气藏,2019,31(3):146-151)采用实验的方法通过对比渗吸前后岩心物性、孔隙结构特征及电子显微镜下微观结构等参数的变化规律，得出页岩焖井有利于改善页岩物性和增加渗流通道，其焖井时间参Cl^-离子渗析平衡时间。然而影响页岩盐离子渗析扩散规律因素众多，不同页岩气井差异较大，需要专井专治，无法对其他井提供可靠的参考。

(2)韩慧芬等(韩慧芬,杨斌,彭钧亮,等.压裂后焖井期间页岩吸水起裂扩展研究[J].天然气工业,2019,39(1):74-80.)通过岩石三轴及单轴岩石抗压力学实验和，结合微裂缝起裂模型，获得裂缝起裂阈值压力，探讨了志留统龙马溪组页岩气井的合理焖井时间，该方法通过理论与实验相结合的手段确定了合理焖井时间，但理论模型简化因素较多，并不能反应真实页岩储层条件下微裂缝起裂规律。

然而影响页岩气井焖井因素众多，且关系复杂，包括页岩储层物性参数、矿物成分、微观孔隙结构、以及页岩气井在焖井过程中压裂液与岩石的相互作用等。如何综合考虑这些因素，并对页岩气井焖井时间进行优化，是现场工程师面临的直接难题。因此，有必要对页岩气井体积压裂后焖井时间进行优化，指导页岩气高效开发，为页岩气井返排制度优化提供依据。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，包括以下步骤：

步骤S100:根据页岩储层段岩石制备岩样，并将岩样干燥至恒重；

步骤S200:测量所述岩样的孔隙度和渗透率，根据孔隙度和渗透率获取所述岩样的物性指数R_f；

步骤S300:测量所述岩样矿物中石英、碳酸盐岩和黏土的含量，根据矿物成分获取所述岩样的脆性指数R_b；

步骤S400:进行岩样渗吸实验测试，获取岩样的亲水指数；

步骤S500:对岩样黏土矿物含量和岩样亲水指数做相关性分析和线性拟合，其中黏土矿物含量与亲水指数正相关拟合曲线记为y＝ax+b，黏土矿物含量与亲水指数负相关拟合曲线记为y＝cx+d，取正相关拟合曲线与负相关拟合曲线的交点为黏土矿物含量临界值；

黏土矿物含量临界值计算式为：

式中M为黏土矿物含量临界值，％；a，b，c，d为拟合系数，无因次；

步骤S600:通过岩样的物性指数、脆性指数、亲水指数，确定岩样水化作用综合指数，岩样水化作用综合指数计算式为：

R_h＝R_wR_fR_b

式中：R_h为岩样水化作用综合指数；R_w为岩样亲水指数；R_f为岩样物性指数；R_b为岩样脆性指数。

步骤S700:以岩样黏土矿物含量和岩样水化作用综合指数建立二维坐标系，以黏土矿物含量临界值和岩样平均水化作用综合指数为边界划分区间，建立四区域优化图版，根据四区域优化图版确定页岩气井闷井时间。

进一步地，所述物性指数R_f表达式为：

式中，R_f为岩样的物性指数；k为岩样的渗透率；

为岩样的孔隙度。

进一步地，所述根据矿物成分获取所述岩样的脆性指数R_b包括：

测量所述岩样的石英、碳酸盐岩和黏土的质量百分含量，脆性指数R_b计算式为：

式中：R_b为页岩脆性指数；m_q为岩样的石英矿物质量百分含量；m_c为岩样中的黏土矿物质量百分含量；m_b为岩样的碳酸盐岩矿物质量百分含量。

进一步地，所述进行岩样渗吸实验测试，获取岩样的亲水指数包括：

通过渗吸实验测试岩样的渗吸体积Q，并通过渗吸体积Q计算亲水指数，亲水指数计算式为：

式中：R_w为页岩亲水指数；Q为渗吸体积；A为渗吸面积；L为岩心长度；

为岩样孔隙度。

进一步地，所述平均水化作用综合指数＝0.5*最大水化作用综合指数。

进一步地，所述步骤将岩样干燥至恒重中采用烘箱进行干燥。

进一步地，采用氦孔隙度自动测定仪进行孔隙度测试，采用超低渗透率测定仪进行渗透率测试，采用X射线衍射仪进行矿物测试。

进一步地，所述岩样渗吸实验测试包括：

步骤S410:根据地层应力和地层温度确定页岩渗吸实验加载围压和实验温度；

步骤S420:进行页岩岩样渗吸实验，通过岩样渗吸前后的液面位置差确定在该时间段的渗吸体积。

进一步地，所述步骤根据四区域优化图版确定气井闷井时间包括：黏土矿物含量越低，焖井时间越长；水化作用综合指数越低，焖井时间越长。

另一方面，本发明提供了一种在非暂态计算机可读介质中实施的计算机程序产品，所述计算机程序产品被适配用于执行上述的页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法。

本发明提供了一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，该方法具有以下有益技术效果：

(1)本发明提出了新的页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，该方法利用水化作用综合指数可以综合考虑页岩储层物性、矿物成分以及储层围压与温度下页岩水相渗吸作用等多种因素对页岩气井焖井时间的影响，其测试方法简单可行。

(2)本发明对页岩水化作用能力进行了定量表征，并建立了页岩气井焖井时间优化图版，矿场工程师可以通过图版快速的对页岩气井焖井时间进行优化，大大提高了效率，同时节约了矿场长时间生产测试试验的成本。

附图说明

图1为本发明页岩渗吸测试实验装置示意图。

图2为本发明页岩岩样黏土矿物含量与亲水指数相关性图。

图3为本发明页岩气井焖井时间的优化图版。

图中的附图标记分别表示为：

计量管1；密封液体2；自吸液体3；吸管4；岩心5；岩心夹持器6；加热箱7；保温套8；围压泵9，；圆柱形垫块10；岩心夹持器出口阀11。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

在本发明中提出了一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤S100:据页岩储层段岩石制备岩样，并将岩样干燥至恒重。

将页岩储层段的岩石制成直径为2.5cm，长度为5cm的标准岩样，根据岩样端面尺寸计算岩样的渗吸面积为A，岩样长度为实验测量长度L，将标准岩样放置100℃烘箱内干燥至恒重。

步骤S200:测量所述岩样的孔隙度和渗透率，根据孔隙度和渗透率获取所述岩样的物性指数R_f。

利用氦孔隙度自动测定仪和超低渗透率测定仪分别测试步骤S100中所述干燥后岩样的孔隙度

和渗透率k；并计算影响页岩孔隙流动能力的物性指数R_f，计算表达式如下：

式中：R_f为页岩物性指数，μm²；k为岩样的渗透率，μm²；

为岩样的孔隙度，％。

步骤S300:测量所述岩样的矿物成分，根据矿物成分获取所述岩样的脆性指数I_B。

利用X射线衍射仪测试步骤S200岩样的矿物成分，其中石英、碳酸盐岩和黏土的含量分别标记为m_q、m_b、m_c；并计算表征页岩初始微裂缝发育程度的脆性指数R_b：

式中：R_b为页岩脆性指数，无因次；m_q为岩样的石英矿物质量百分含量，％；m_c为岩样中的黏土矿物质量百分含量，％；m_b为岩样的碳酸盐岩矿物质量百分含量，％。

步骤S400:进行岩样渗吸实验测试，获取岩样的亲水指数R_w。

页岩渗吸作用实验测试装置主要由计量管1，密封液体2，自吸液体3，吸管4，岩心5，岩心夹持器6，加热箱7，保温套8，围压泵9，圆柱形垫块10，岩心夹持器出口阀11组成。其中，岩心5放置在岩心夹持器6中，一个端面与流体接触，另一端面接触圆柱形垫块10，实验时通过围压泵9向岩心5加载围压，通过加热箱7给岩心5加热，并通过保温套8保持恒温；圆柱形垫块10与岩心5接触面设有导流槽，圆形垫块10中心处有供流体流动的孔眼10-1，流体可经该孔眼流到岩心夹持器出口阀11。实验设备应力控制精度0.01MPa，应力保持时间大于24h。

通过开展页岩储层围压与温度条件下页岩水化作用实验，确定亲水指数R_w，评价渗吸能力，包括以下步骤：

根据地层应力和地层温度确定页岩渗吸实验加载条件，确定实验加载围压以及实验温度。

将孔隙度和渗透率测试后的岩样装入岩心夹持器中，并利用围压泵给岩样加载初始围压5MPa；

利用加热器将岩心及岩心夹持器加热至确定的实验温度；并利用围压泵加载确定的围压；

将自吸液体压裂液通过吸管吸入到计量管，液面到达0刻度线左右后关闭吸管，并用油作为密封液体。记录初始液面位置，实验2d后，记录面位置，两次液面位置差即为页岩在该时间段的渗吸体积Q。

计算岩样亲水指数，其值越大，水相渗吸能力越强，表达式如下：

式中：R_w为页岩亲水指数，无因次；Q为渗吸体积，cm³；A为渗吸面积，cm²；L为岩心长度，cm；

为岩样实验前孔隙度，％。

步骤S500:对岩样黏土矿物含量和岩样亲水指数做相关性分析和线性拟合，其中黏土矿物含量与亲水指数正相关拟合曲线记为y＝ax+b，黏土矿物含量与亲水指数负相关拟合曲线记为y＝cx+d，取正相关拟合曲线与负相关拟合曲线的交点为黏土矿物含量临界值；

黏土矿物含量临界值计算式为：

式中M为黏土矿物含量临界值，％；a，b，c，d为拟合系数，无因次

步骤S600:通过岩样的物性指数、脆性指数、亲水指数，确定岩样水化作用综合指数，岩样水化作用综合指数计算式为：

R_h＝R_fR_bR_w

式中：R_h为岩样水化作用综合指数；R_f为岩样物性指数；R_b为岩样脆性指数；R_w为岩样亲水指数。

步骤S700:以岩样黏土矿物含量和岩样水化作用综合指数建立二维坐标系，以黏土矿物含量临界值和岩样平均水化作用综合指数为边界划分区间，建立四区域优化图版，根据四区域优化图版确定页岩气井闷井时间。

例如可以以岩样黏土矿物含量为横坐标，水化作用综合指数为纵坐标，根据岩样黏土矿物含量临界值和岩样平均水化综合指数划分为四个象限Q1、Q2、Q3、Q4，根据各页岩气井岩样的水化作用综合指数和黏土矿物含量，确定各页岩气井所在象限。

不同象限焖井时间优化方法如下：以Q4象限页岩气井为例，Q4象限中页岩气井所在储层黏土含量低于黏土含量临界值，表明页岩水化作用没有抑制作用，可以延长焖井时间，充分利用水化作用对页岩储层持续改造作用；同时Q4象限的页岩气井水化作用能力低于其他象限，因此，在4个象限中焖井时间最长。以此类推，可以得出采用图版优化页岩气井焖井时间结果为：Q2<Q1<Q3<Q4。

计算实例

下面以一个现场实际算例作为示例，下面根据附图和四川盆地川南地区页岩井为实例详细描述本发明的具体实施方式。具体如下：

下面根据附图和四川盆地川南地区页岩井为实例详细描述本发明的具体实施方式。具体如下：

(1)、岩样制备：取自15口页岩气井实际井下岩心，页岩气井编号为P1～P15，取心深度2500～2620m，并制成直径为2.5cm，长度为5cm的标准岩样15块，岩样编号为Y1～Y15，并放置100℃烘箱内干燥至恒重，并根据岩样端面尺寸计算岩样的渗吸面积A和测量岩样实际长度L，见表1-1；

表1-1页岩样品基本参数表

(2)、页岩物性参数测试：利用氦孔隙度自动测定仪和超低渗透率测定仪分别测试步骤(1)中所述干燥后岩样的孔隙度

和渗透率k,见表1-1。

(3)页岩矿物成分含量测试：利用X射线衍射仪测试步骤(2)岩样的矿物成分，其中石英、碳酸盐岩和黏土的含量分别标记为m_q、m_b、m_c，见表1-2。

表1-2页岩样品矿物成分测试表

(4)开展页岩储层围压与温度条件下页岩渗吸实验，测试页岩亲水能力，计算亲水指数，确定黏土含量临界值，包括以下内容：

①15口页岩气井平均地层温度85℃、平均地层压力51MPa，最大水平井主应力50MPa，最小水平主应力43MPa，垂向应力47MPa，有效应力系数为0.5。由地层温度可确定实验温度为85℃，利用公式(1)～(3)可确定实验最大水平井有效主应力24.5MPa，最小水平有效主应力17.5MPa，垂向有效应力为21.5MPa，可确定实验加载围压为21.0MPa。

②将步骤(2)中所述孔隙度和渗透率测试后的其中一块岩样Y1装入岩心夹持器6中，并利用围压泵9给岩样加载初始围压5MPa；

③利用加热器7将岩心5及岩心夹持器6加热至步骤①中确定的实验温度，并利用围压泵9加载步骤①中确定的围压；

④将自吸液体压裂液通过吸管吸入到计量管，液面到达0刻度线左右后关闭吸管，并用油作为密封液体。记录初始液面位置，实验2d后，记录液面位置，通过两次液面位置差得到岩样Y1的渗吸量Q为0.85cm³，重复步骤②～④得到表1-1其余页岩样品的渗吸量，见表1-3。

⑤根据岩样的渗吸量，利用表达式(5)计算15块页岩样品的亲水指数，计算结果见表1-2。

表1-3页岩样品渗吸量和亲水指数计算表

⑥将步骤(3)中15块岩样的黏土矿物含量和岩样的亲水指数做相关性分析和线性拟合，得到黏土矿物含量与亲水指数正相关拟合曲线为y＝0.0202x-0.0212，黏土矿物含量与亲水指数负相关拟合曲线为y＝-0.0125x+1.2803，见附图2，利用表达式(6)计算黏土矿物含量临界值约为39.8％。

(5)计算页岩水化作用综合指数，评价页岩水化作用能力，包括以下内容：

①页岩物性指数计算：根据步骤(2)中所述岩样的孔隙度

和渗透率k，利用表达式(7)计算影响页岩孔隙流动能力的物性指数R_f，见表1-4。

表1-4页岩样品水化作用综合指数计算表

②页岩脆性性指数计算：根据步骤(4)中所述岩样的矿物成分含量，利用表达式(8)计算表征页岩初始微裂缝发育程度的脆性指数R_b，见表1-4。

③利用步骤①、步骤②和步骤(4)计算的页岩物性指数、脆性指数、亲水指数，利用表达式(9)计算15块页岩样品的水化作用综合指数，见表1-4。

(6)页岩气井焖井时间优化：利用象限分析法，结合页岩样的水化作用综合指数和临界黏土含量，对页岩气井焖井时间进行优化。具体步骤如下：

以页岩样品黏土矿物含量为横坐标，水化作用综合指数为纵坐标，根据页岩井所在储层的黏土矿物含量临界值39.8％和水化作用综合指数分布范围为0～1.2*10^-4μm²，取中间值0.6*10^-4μm²，划分为四个象限Q1、Q2、Q3、Q4，根据15口页岩气井的水化作用综合指数和黏土矿物含量，确定各页岩气井所在象限，见表1-5和附图3，优化页岩气井焖井时间排序为：Q2<Q1<Q3<Q4,其中页岩气井P1，P2，P4，P6，P7，P8属于Q4象限；页岩气井P3，P5，P9，P12属于Q3象限；页岩气井P11，P14，P15属于Q1象限；页岩气井P10和P13属于Q2象限。

表1-5页岩气井焖井时间优化表

以上通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，本实施例仅是本发明的优选实施例，并非对本发明作任何限制，也并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除。而本领域人员所进行的改动和简单变化不脱离本发明技术思想和范围，则均属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，依次包括以下步骤：

步骤S100:根据页岩储层段岩石制备岩样，并将岩样干燥至恒重；

步骤S200:测量所述岩样的孔隙度和渗透率，根据孔隙度和渗透率获取所述岩样的物性指数R_f；

步骤S300:测量所述岩样矿物中石英、碳酸盐岩和黏土的含量，根据矿物成分获取所述岩样的脆性指数R_b；

步骤S400:进行岩样渗吸实验测试，获取岩样的亲水指数R_w；

步骤S500:对岩样黏土矿物含量和岩样亲水指数做相关性分析和线性拟合，其中黏土矿物含量与亲水指数正相关拟合曲线记为y＝ax+b，黏土矿物含量与亲水指数负相关拟合曲线记为y＝cx+d，取正相关拟合曲线与负相关拟合曲线的交点为黏土矿物含量临界值；

黏土矿物含量临界值计算式为：

式中M为黏土矿物含量临界值，％；a，b，c，d为拟合系数，无因次，y表示黏土矿物含量，x表示亲水指数；

步骤S600:通过岩样的物性指数、脆性指数、亲水指数，确定岩样水化作用综合指数，岩样水化作用综合指数计算式为：

R_h＝R_fR_bR_w

式中：R_h为岩样水化作用综合指数；R_f为岩样物性指数；R_b为岩样脆性指数；R_w为岩样亲水指数；

步骤S700:以岩样黏土矿物含量和岩样水化作用综合指数建立二维坐标系，以黏土矿物含量临界值和岩样平均水化作用综合指数为边界划分区间，建立四区域优化图版，根据四区域优化图版确定气井焖井时间。

2.如权利要求1所述的一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，所述物性指数R_f表达式为：

式中，R_f为岩样的物性指数；k为岩样的渗透率；

为岩样的孔隙度。

3.如权利要求1所述的一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，所述根据矿物成分获取所述岩样的脆性指数R_b包括：

测量所述岩样的石英、碳酸盐岩和黏土的质量百分含量，脆性指数R_b计算式为：

式中：R_b为页岩脆性指数；m_q为岩样的石英矿物质量百分含量；m_c为岩样中的黏土矿物质量百分含量；m_b为岩样的碳酸盐岩矿物质量百分含量。

4.如权利要求1所述的一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，所述进行岩样渗吸实验测试，获取岩样的亲水指数包括：

通过渗吸实验测试岩样的渗吸体积Q，并通过渗吸体积Q计算亲水指数，亲水指数计算式为：

式中：R_w为页岩亲水指数；Q为渗吸体积；A为渗吸面积；L为岩心长度；

为岩样孔隙度。

5.如权利要求1所述的一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，

所述平均水化作用综合指数＝0.5*最大水化作用综合指数。

6.如权利要求1所述的一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，所述步骤将岩样干燥至恒重中采用烘箱进行干燥。

7.如权利要求1所述的一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，采用氦孔隙度自动测定仪进行孔隙度测试，采用超低渗透率测定仪进行渗透率测试，采用X射线衍射仪进行矿物测试。

8.如权利要求1所述的一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，所述岩样渗吸实验测试包括：

步骤S410:根据地层应力和地层温度确定页岩渗吸实验加载围压和实验温度；

步骤S420:进行页岩岩样渗吸实验，通过岩样渗吸前后的液面位置差确定在该时间段的渗吸体积。

9.如权利要求1所述的一种页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法，所述步骤根据四区域优化图版确定气井焖井时间，包括：黏土矿物含量越低，焖井时间越长；水化作用综合指数越低，焖井时间越长。

10.一种非暂态计算机可读介质，其中包括能够实施的计算机程序产品，所述计算机程序产品被适配用于执行权利要求1-9之一的页岩气井体积压裂后焖井时间优化方法。

Images