CN112362538B - 获取表面活性剂穿透岩石深度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及获取入井流体穿透储层深度方法技术领域，是一种获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，其使用真实的储层岩心，完全模拟储层条件；通过室内物理模拟实验数据，获得可靠的单位孔隙体积的穿透距离；结合现场施工或者压裂模拟软件数据得到的滤失深度，即可得到表面活性剂的穿透深度。本发明所述获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，实现致密储层表面活性剂穿透距离的定量测量，也适用于砂岩储层等储层的表面活性剂穿透距离的定量测量，为所述储层表面活性剂的选型和优化提供方法基础，从而显著提高致密等储层助排剂的研发速度，为我国致密油气高效开发提供技术支撑。

Description

获取表面活性剂穿透岩石深度的方法
技术领域
本发明涉及获取入井流体穿透储层深度方法技术领域，是一种获取表面活性剂穿透岩石深度的方法。
背景技术
近年来，我国致密油气开发迅猛发展，已成为保障天然气供应、减缓对外依存的核心战略。大规模水力压裂是国内外致密砂储层提高单井产量和开发效益的储层改造关键技术。然而，致密储层低孔、低渗，毛细管力作用较强，导致大量入井流体无法完全返排出储层，造成严重的水锁伤害。
理论上，多空介质的毛细管压可用来表示液体从多孔介质中流出的难以程度，拉普拉斯方程能够非常直接的给出毛细管压的计算方法：
Figure BDA0002824579560000011
σ是入井流体和气的表面张力；θ是岩石/入井流体接触角，r是渗流通道的孔吼半径。储层中孔吼半径r越小，毛细管压力上升越快，越容易产生水锁伤害，因此，在常规储层中水锁伤害可能较小，在致密储层中将极为严重，必须加以重视。
为了帮助致密储层中入井流体返排，常常需要在压裂液中添加表面活性剂(常称为助排剂)，改变储层润湿性(提高θ)，降低表界面张力(降低σ)，以提高返排。但是由于储层的吸附作用，加入的表面活性剂能否到达裂缝和储层深处，仍然是个疑问。急需定量的方法评价表面活性剂的穿透深度及有效距离，以便优选适合表面活性剂，达到储层裂缝深处和末端，解决致密储层液锁的问题。
国内外文献中，目前对于定量测试压裂液中表面活性剂的穿透距离的方法研究仍然较少。申请号为201510681409.9的中国专利文献提供了一种减少驱油用表面活性剂在含粘土石英砂上吸附的方法，旨在实现深穿透。该发明中评价表面活性剂被岩心吸附强弱的方式通过表面活性剂溶液与岩心粉末按照3:1混合，在一定温度下吸附24小时，测试溶液的表界面张力变化。该方法只能够反映表面活性剂是否被吸附，无法估算表面活性剂能够在储层中走多远。因此，如何定量快速的测试储层条件下压裂液中表面活性剂的穿透深度，是致密油气气储层改造急需解决的技术难题。
发明内容
本发明提供了一种获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决目前难以定量获取致密储层条件下的压裂液中表面活性剂的穿透深度的问题。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，包括下述步骤：
(1)将岩心加工成测试用的标准岩柱，测量标准岩柱的长度和孔隙度，以计算标准岩柱的孔隙体积；
(2)将标准岩柱装入岩心流动设备中，然后将表面活性剂溶液注入标准岩柱中，使用表面活性剂溶液驱替数个孔隙体积，采集每个孔隙体积对应的流出液；
(3)测试每个孔隙体积对应流出液的表面张力，直到表面张力稳定，此时的孔隙体积数即是用于计算表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离的孔隙体积数值，然后计算表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离；
(4)根据储层的滤失深度，结合步骤(3)得到的表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离，计算表面活性剂溶液在储层条件下的穿透深度。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离的计算公式如下：
表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离＝标准岩柱的长度/孔隙体积数，
这里的孔隙体积数指的是步骤(3)中表面张力稳定时的孔隙体积数；表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离的单位为m/m，标准岩柱的长度的单位为m，孔隙体积数的单位为m。
上述表面活性剂溶液在储层条件下的穿透深度的计算公式如下：
L＝C*F，
L为表面活性剂溶液在储层条件下的穿透深度，m；
C为表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离，m/m；
F为入井流体的滤失深度，m。
上述所述储层储层为砂岩储层或碳酸岩储层或页岩储层或者煤岩储层。
上述步骤(2)的测试条件为0℃至150℃，压力为0MPa至70MPa。
本发明所述获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，实现致密储层表面活性剂穿透距离的定量测量，也适用于砂岩储层等储层的表面活性剂穿透距离的定量测量，为所述储层表面活性剂的选型和优化提供方法基础，从而显著提高致密等储层助排剂的研发速度，为我国致密油气高效开发提供技术支撑，同时，本发明所述方法也可以用于测算油气田压裂或者酸化改造作业液体中有效成分的穿透储层深度，为施工工艺设计和机理研究提供数据支撑。
附图说明
附图1是实施例5采用0.5％非离子表面活性剂溶液驱替致密砂岩后每个孔隙体积的表面张力数。
附图2是实施例6采用0.5％阴离子表面活性剂溶液驱替致密砂岩后每个孔隙体积的表面张力数。
附图3是实施例7采用0.5％阳离子表面活性剂溶液驱替致密砂岩后每个孔隙体积的表面张力数。
附图4是实施例8所述致密砂岩储层中水、非离子、阳离子和阴离子表面活性剂穿透深度示意图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：该获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，包括下述步骤：
(1)将岩心加工成测试用的标准岩柱，测量标准岩柱的长度和孔隙度，以计算标准岩柱的孔隙体积；
(2)将标准岩柱装入岩心流动设备中，然后将表面活性剂溶液注入标准岩柱中，使用表面活性剂溶液驱替数个孔隙体积，采集每个孔隙体积对应的流出液；
(3)测试每个孔隙体积对应流出液的表面张力，直到表面张力稳定，此时的孔隙体积数即是用于计算表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离的孔隙体积数值，然后计算表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离；
(4)根据储层的滤失深度，结合步骤(3)得到的表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离，计算表面活性剂溶液在储层条件下的穿透深度。
本发明所述获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，实现致密储层表面活性剂穿透距离的定量测量，也适用于砂岩储层等储层的表面活性剂穿透距离的定量测量。
本发明所述获取表面活性剂穿透岩石深度的方法的主要技术思路：使用真实的储层岩心，完全模拟储层条件；通过室内物理模拟实验数据，获得可靠的单位孔隙体积的穿透距离；结合现场施工或者压裂模拟软件数据得到的滤失深度，即可得到穿透深度。
步骤(2)为常规岩心驱替实验的岩心驱替步骤。步骤(1)所述测试用的标准岩柱为常规岩心驱替实验中使用的标准岩柱(长度1cm，直径1cm)。
本发明步骤(2)中的流出液即为常规岩心驱替实验中的驱替液，驱替液的种类不限，既可以是滑溜水压裂液，也可以是瓜胶压裂液破胶液。
表面活性剂(助排剂)浓度范围不限。
本发明所述获取表面活性剂穿透岩石深度的方法适用的储层为砂岩储层或碳酸岩储层或页岩储层或者煤岩储层。
实施例2：作为上述实施例1的优化，表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离的计算公式如下：
表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离＝标准岩柱的长度/孔隙体积数，
这里的孔隙体积数指的是步骤(3)中表面张力稳定时的孔隙体积数；表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离的单位为m/m，标准岩柱的长度的单位为m，孔隙体积数的单位为m。
在获得所述的表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离(即单位液体长度穿透距离)时，假定岩心处处均质，吸附特性等同。
实施例3：作为上述实施例的优化，表面活性剂溶液在储层条件下的穿透深度的计算公式如下：
L＝C*F，
L为表面活性剂溶液在储层条件下的穿透深度，m；
C为表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离，m/m；
F为入井流体的滤失深度，m。
实施例4：作为上述实施例的优化，步骤(2)的测试条件为0℃至150℃，压力为0MPa至70MPa。
岩心加工、测量、孔隙度测试、岩心驱替和表面张力(界面张力)测试方法均为标准方法，可参考SY/T 5107-2016水基压裂液性能评价方法。
岩心流动设备可采用现有公知公用的岩心流动仪或岩心流动装置。
下述实施例5至8根据本发明所述获取表面活性剂穿透岩石深度的方法进行计算。
实施例5：
加工的致密砂岩岩心(即标准岩柱，直径1.0cm)长度是1.0cm，计算该岩心的孔隙体积为0.43cm3，表面活性剂溶液浓度为0.1％，表面活性剂类型是阴离子。
岩心驱替温度为60℃，围压为2MPa，用锥形瓶接每个孔隙体积驱替液(即流出液)，测试每个锥形瓶内驱替液的表面张力，保留两位有效数字。
本实施例测试结果显示，14PV(孔隙体积)后，流出液的表面张力达到最小，恢复到初始液体的表面张力28.74mN/m附近，后续表面张力稳定无变化，如附图1所示。因此，可以计算出单位液体长度穿透距离为1cm/14cm＝0.07cm/cm。
实施例6：
加工的致密砂岩岩心长度是1.0cm(同实施例5)，计算孔隙体积为0.43cm3，表面活性剂溶液浓度为0.1％，表面活性剂类型是非离子。
岩心驱替温度为60℃，围压为2MPa，用锥形瓶接每个孔隙体积驱替液，测试其表面张力，保留两位有效数字。
本实施例测试结果显示，10PV后，流出液表面张力达到最小，恢复到初始液体的表面张力36.20mN/m附近，后续表面张力稳定无变化，如附图2所示。因此，可以计算出单位液体长度穿透距离为1cm/10cm＝0.10cm/cm。
实施例7：
加工的致密砂岩岩心长度是1.0cm(同实施例5)，计算孔隙体积为0.43cm3，表面活性剂溶液浓度为0.1％，表面活性剂类型是阳离子。
岩心驱替温度为60℃，围压为2MPa，用锥形瓶接每个孔隙体积驱替液，测试其表面张力，保留两位有效数字。
本实施例测试结果显示，21PV后，流出液表面张力达到最小，恢复到初始液体的表面张力30.42mN/m附近，后续表面张力稳定无变化，如附图3所示。因此，可以计算出单位液体长度的穿透距离为1cm/21cm＝0.05cm/cm。
可见致密砂岩储层对阳离子表面活性剂吸附较强，可能与其黏土含量较高有关，黏土带负电，易于吸附正电性化学剂。
实施例8：
实施例5至7取岩芯的致密气井压裂施工中，压裂液用量为200m3，压裂缝宽为2m，缝长为20m，假设裂缝闭合后全部滤失，可以计算出水的滤失深度为2.5m。根据实施例5至7得到的单位液体长度的穿透距离，结合实施例3的计算公式L＝C*F，可以计算出实施例5至7所述表面活性剂所到达的深度分别为：
非离子表面活性剂：2.5m*0.072cm/cm＝0.18m，
阴离子表面活性剂：2.5m*0.10cm/cm＝0.25m，
阳离子表面活性剂：2.5m*0.048cm/cm＝0.12m。
致密砂岩储层中水、非离子、阳离子和阴离子表面活性剂的穿透深度见图4。
由实施例4计算结果及图4可知，该致密砂岩储层对表面活性剂吸附严重，各类型表面活性剂均难以到达前沿，但是相对来说，该储层对阴离子表面活性剂吸附较弱，应当选择阴离子表活作为助排剂。
综上所述，本发明所述获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，实现致密储层表面活性剂穿透距离的定量测量，也适用于砂岩储层等储层的表面活性剂穿透距离的定量测量，为所述储层表面活性剂的选型和优化提供方法基础，从而显著提高致密等储层助排剂的研发速度，为我国致密油气高效开发提供技术支撑，同时，本发明所述方法也可以用于测算油气田压裂或者酸化改造作业液体中有效成分的穿透储层深度，为施工工艺设计和机理研究提供数据支撑。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (3)

1.一种获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）将岩心加工成测试用的标准岩柱，测量标准岩柱的长度和孔隙度，以计算标准岩柱的孔隙体积；
（2）将标准岩柱装入岩心流动设备中，然后将表面活性剂溶液注入标准岩柱中，使用表面活性剂溶液驱替数个孔隙体积，采集每个孔隙体积对应的流出液；
（3）测试每个孔隙体积对应流出液的表面张力，直到表面张力稳定，此时的孔隙体积数即是用于计算表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离的孔隙体积数值，然后计算表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离；
（4）根据储层的滤失深度，结合步骤（3）得到的表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离，计算表面活性剂溶液在储层条件下的穿透深度；
所述表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离的计算公式如下：
表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离=标准岩柱的长度/孔隙体积数，
这里的孔隙体积数指的是步骤（3）中表面张力稳定时的孔隙体积数，表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离的单位为m/m，标准岩柱的长度的单位为 m，孔隙体积数的单位为m；
所述表面活性剂溶液在储层条件下的穿透深度的计算公式如下：
L=C*F，
L为表面活性剂溶液在储层条件下的穿透深度，m，
C为表面活性剂溶液单位孔隙体积的穿透距离，m/m，
F为入井流体的滤失深度，m。
2.根据权利要求1所述的获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，其特征在于所述储层为砂岩储层或碳酸岩储层或页岩储层或者煤岩储层。
3.根据权利要求1或2所述的获取表面活性剂穿透岩石深度的方法，其特征在于步骤（2）的测试条件为0℃至150℃，压力为0MPa至70MPa。
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