CN112685920B - 一种基于超高温加热的页岩储层渗透率改善评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于超高温加热的页岩储层渗透率改善评价方法，属于油气田开发领域；本发明通过超高温来实现对页岩地层黏土矿物成分的改变，从而改变其结构，有利于打开页岩气的流动和集附通道，从而提高页岩气井的产量；其技术方案是：首先对超高温（1200℃）处理前后的页岩储层岩心进行岩心渗透率的测定、X射线衍射测试、电镜扫描实验、水敏性评价实验；接着进行页岩储层岩心克氏渗透率之间的评价、加热前后页岩储层岩心孔喉半径评价、页岩储层岩心水敏指数评价；最后综合评价系数，带入储层渗透率改善评价方法。与现有技术相比，本发明具有评价体系有效性强，多重评价，说服性强，可推广性强。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发领域，特别涉及一种基于超高温加热的页岩储层渗透率改善评价方法。
背景技术
随着上世纪末美国页岩气革命取得的巨大成功，促使我国页岩气的勘探和开发工作也越来越迫切。虽然在页岩气井的开采初期，产气量能达到我们的预期产量，但在开采一年左右，产气量就会急剧的减少，因此也加大了开发大难度和开采的成本。如何有效的持续的高产，成为了目前页岩开采的一大研究热点。在研究中发现，陶土的矿物成分与地层页岩的矿物组成大致相同，本发明借鉴制陶的工艺技术，通过超高温来实现对页岩地层黏土矿物成分的改变，从而改变其结构，有利于打开页岩气的流动和集附通道，从而提高页岩气井的产量。
《名陶矿物原料特征研究》中对陶土矿物原料进行X射线衍射实验分析了其组分，结果显示陶土原料的主要成分为石英和黏土矿物以及少量的赤铁矿和云母石、蒙脱石。《黏土矿物高温热变及孔隙结构的影响》中对陶土进行高温热处理后发现，黏土矿物的主要成分在高温煅烧下转变成了非晶质的偏高岭石，石英和莫来石。使得矿物组分的性质在高温煅烧后发生了反转。《保靖地区龙马溪组高成熟海相页岩吸附气量及其影响因素》中对页岩的黏土矿物进行X射线衍射实验、热成熟度分析、气体吸附实验，发现页岩的矿物组分中主要为黏土矿物和石英以及较少量的方解石和金属矿物。在此基础上还研究页岩的吸附气量与压力的关系，得出随压力增加吸附气量增加，并且吸附气量与黏土矿物之间呈现负相关性。《页岩气在矿物孔隙中的微观吸附机理差异性研究》中对页岩气在矿物孔隙中的微观吸附机理差异性研究中发现页岩气附集的矿物组分主要为黏土矿物中的伊利石和石英。《页岩气吸附作用影响因素研究》中对高温高压下页岩气的吸附曲线进行拟合，得出页岩的吸附量与温度之间呈现负相关性，随温度的升高而减小。《页岩气井出砂机理分析与中心管防沉砂装置的设计》中对页岩开采过程中的出砂机理进行分析，在经过X射线衍射实验后，表明对于泥页岩矿物成分以黏土矿物和石英为主，但作为胶结物的黏土矿物，胶结性能和胶结强度低的特点，将会引起固体颗粒的沉积。
明确陶土的黏土矿物组分及基本的性质，确定高温条件下陶土的水敏性，以此对比地层页岩黏土矿物的组分和结构，以及高温加热地层后的黏土矿物的性质转变情况和结构转变情况，分析页岩对气体的吸附能力和流通能力，从而实现对页岩的开采过程的改进和创新。
发明内容
本发明目的是：为了解决现今页岩气开采中后期产量急剧递减，地层页岩黏土矿物渗流通道吸附能力强、流通能力较弱等问题。本发明通过借鉴陶土的矿物在高温下组分发生改变，黏土的性质发生转变的原理。将此原理运用于页岩地层中黏土矿化物的性质和结构的转变，使得页岩地层中气体的富集和流通通道打开，地层的气体将会通过高温加热后的孔隙结构中采出，从而增强页岩气藏的开发效率和采出量。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于超高温加热的页岩储层渗透率改善评价方法，该方法包括下列步骤：
S100、获取相同层位的页岩储层岩心，对页岩储层岩心烘干后通过气测测出页岩储层岩心的克氏渗透率值K1；
S200、对气测后的页岩储层岩心进行X射线衍射实验和电镜扫描实验，分析页岩储层岩心的矿物组分和孔隙结构；
S300、将测试后的页岩储层岩心进行水敏性评价实验；
S400、通过电阻炉对页岩储层岩心进行1200℃加热；
S500、测量出1200℃加热后的页岩储层岩心的克氏渗透率值K2，计算1200℃加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率评价系数M，并进行页岩储层岩心克氏渗透率评价；
式中，K1为烘干后页岩储层岩心的克氏渗透率值，单位为mD；K2为1200℃加热后的页岩储层岩心的克氏渗透率值，单位为mD；
S600、对1200℃加热后的页岩储层岩心进行X射线衍射实验和电镜扫描实验，得出1200℃加热后页岩储层岩心的矿物组分和孔隙结构，分析1200℃加热前后页岩储层矿物组分的转变和页岩储层岩心孔隙结构的改变，计算1200℃加热前后的页岩储层岩心孔隙结构评价系数G，并进行页岩储层岩心孔隙结构评价；
式中，d1为加热前的页岩储层岩样孔喉半径，单位μm；d2为加热后的页岩储层岩样孔喉半径，单位μm；
S700、再次进行水敏性评价实验，通过水敏指数定义关系式计算1200℃加热前后页岩储层岩心的水敏指数数值IW，进一步计算1200℃加热前后的页岩储层岩心水敏指数评价系数I，并进行页岩储层岩心水敏指数评价；具体为测定出矿化度不同的流体下的页岩储层岩心渗透率的数值，再通过水敏指数定义关系式计算出对应的水敏指数数值，水敏指数定义关系式如下：
式中，IW为水敏指数，无量纲量；KW为去离子的渗透率，单位10-3mD；KL为地层水渗透率或标准盐水渗透率，单位10-3mD；
将计算出的水敏指数值代入计算1200℃加热前后的页岩储层岩心水敏指数评价系数I：
式中，I为1200℃加热前后的页岩储层岩心水敏指数评价系数，无量纲量；IW1为页岩储层岩心加热前的水敏指数，无量纲量；IW2为页岩储层岩心加热后的水敏指数，无量纲量；
S800、基于1200℃加热前后的页岩储层岩心矿物组分和孔隙结构的改变，计算1200℃加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率评价系数、水敏指数评价系数以及孔隙结构评价系数，将这些系数参数代入页岩储层渗透率改善评价方法，计算页岩储层渗透率改善评价体系系数A，依据计算结果，进行页岩储层渗透率改善评价；
A＝0.2I+0.5M+0.3G
式中，I为1200℃加热前后的页岩储层岩心水敏指数评价系数，无量纲量；M为1200℃加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率评价系数，无量纲量；G为1200℃加热前后的页岩储层岩心孔隙结构评价系数，无量纲量；
当A≤-1时，1200℃加热对储层渗透率损伤严重；当-1＜A＜0时，1200℃加热对储层渗透率有轻微损伤；当A＝0时，1200℃加热对储层渗透率无改善；当0＜A＜1时，1200℃加热对储层渗透率改善效果弱；当A≥1，1200℃加热对储层渗透率改善效果好。
进一步所述的一种基于超高温加热的页岩储层渗透率改善评价方法，其特征在于：所述页岩储层岩心克氏渗透率评价具体为，当M>0时，页岩储层岩心克氏渗透率改善；当M＝0时，页岩储层岩心克氏渗透率无影响；当M<0时，页岩储层岩心克氏渗透率无改善；所述页岩储层岩心孔隙结构评价具体为，当G≤-0.5时，页岩储层岩样孔隙结构重度损伤；当-0.5＜G＜0时，页岩储层岩样孔隙结构轻度损伤；当G＝0时，页岩储层岩样孔隙结构无变化；当0＜G＜0.5时，页岩储层岩样孔隙结构改善较好；当G≥0.5时，页岩储层岩样孔隙结构改善效果极好；所述页岩储层岩心水敏指数评价具体为，当I＜0时，页岩储层岩心水敏性更强；当0＜I＜0.5时，页岩储层岩心水敏性减弱；当I＞0.5时，页岩储层岩心无水敏性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)评价体系简捷有效；(2)经过多重评价，使结果更具说服性；(3)可推广性强。
附图说明
在附图中：
图1是本方法技术路线图。
图2是超高温加热前页岩储层岩心S59的X射线衍射图。
图3是超高温加热前页岩储层岩心S60的X射线衍射图。
图4是超高温加热前页岩储层岩心S59的电镜扫描图。
图5是超高温加热前页岩储层岩心S60的电镜扫描图。
图6是超高温加热后页岩储层岩心S59的X射线衍射图。
图7是超高温加热后页岩储层岩心S60的X射线衍射图。
图8是超高温加热后页岩储层岩心S59的电镜扫描图。
图9是超高温加热后页岩储层岩心S60的电镜扫描图。
具体实施方式
下面结合实施方式和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供了一种基于超高温加热的页岩储层渗透率改善评价方法，图1为本方法的技术路线图，该方法包括下列步骤：
第一，获取相同层位的页岩储层岩心S59和S60，对页岩储层岩心烘干后通过气测出页岩储层岩心的克氏渗透率值K1；
表1
| 岩心序号 | 克氏渗透率K<sub>1</sub>(mD) |
| S59 | 0.0084 |
| S60 | 0.0092 |
第二，对气测后的页岩储层岩心进行X射线衍射衍射实验和电镜扫描实验，根据实验所测得出超高温加热前页岩储层岩心X射线衍射图，即图2、图3和超高温加热前页岩储层岩心电镜扫描图，即图4、图5，从而得出页岩储层岩心矿物组分表和孔隙结构表如下：
表2
| 岩样 | 粘土总量 | 方钠石 | 石英 | 钾长石 | 斜长石 | 方解石 | 白云石 | 透辉石 | 黄铁矿 |
| S59 | 27.1 | 0.0 | 64.5 | 0.0 | 0.0 | 8.3 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| S60 | 48.8 | 0.0 | 22.6 | 0.0 | 18.5 | 10.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
表3
第三，将测试后的页岩储层岩心进行水敏性评价实验；所述页岩储层岩心水敏性评价实验为，配置与地层水矿化度相同的盐水，将配置好的盐水分别流经超高温处理前后的页岩储层岩心，并测定出页岩储层岩心流经地层水矿化度相同的盐水下的渗透率值；再用矿化度为地层水的一半的盐水分别流过高温处理前后的页岩黏土黏土矿物，测定出页岩储层岩心流经地层水的一半的盐水下的渗透率值，最后用蒸馏水通过，分别测定出这三种矿化度不同的流体下的页岩储层岩心渗透率的数值，再通过水敏指数定义关系式计算出对于的水敏指数数值，通过计算出的数值大小，根据水敏性强度评价标准表来判断水敏性强弱，水敏指数定义关系式如下：
式中，IW为水敏指数，无量刚量；KW为去离子(蒸馏水)的渗透率，10-3mD；KL为地层水渗透率或标准盐水渗透率，10-3mD；
由所选取的两块岩样S59、S60分别测定出地层水渗透率或标准盐水渗透率和去离子(蒸馏水)的渗透率，测量结果如下表所示：
表4
| 岩样 | 地层水渗透率(mD) | 去离子的渗透率(mD) | 水敏指数I<sub>W1</sub> |
| S59 | 0.0080 | 0.0073 | 0.0875 |
| S60 | 0.0085 | 0.0081 | 0.0496 |
第四，通过电阻炉对页岩储层岩岩心进行超高温(1200℃)加热；
第五，测量出超高温加热后的页岩储层岩心的克氏渗透率值K2，计算超高温加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率之间的评价系数；
表5
| 岩心序号 | 克氏渗透率K<sub>2</sub>(mD) |
| S59 | 0.013 |
| S60 | 0.018 |
根据超高温加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率值，通过计算页岩储层岩心克氏渗透率之间的评价系数M，
表6
| 岩心序号 | 克氏渗透率评价系数M(mD) |
| S59 | 0.547 |
| S60 | 0.956 |
两块页岩储层岩心经过计算超高温加热处理后克氏渗透率评价系数M，可知S59的克氏渗透率评价系数M＞0，页岩储层岩心渗透率有所改善。
第六，对超高温加热后的页岩储层岩心进行X射线衍射衍射实验和电镜扫描实验，根据实验所测得出得超高温加热后页岩储层岩心X射线衍射图，即图6、图7和超高温加热后页岩储层岩心电镜扫描图，即图8、图9，得出超高温加热后页岩储层岩心的矿物组分和孔隙结构，分析超高温加热前后页岩储层矿物组分的转变和页岩储层岩心孔隙结构的改变情况，并进行页岩储层渗透率改善评价；通过选取的两块页岩储层岩心进行试验，得到以下结果：
表7
| 岩样 | 粘土总量 | 方钠石 | 石英 | 钾长石 | 斜长石 | 方解石 | 白云石 | 透辉石 | 黄铁矿 |
| S59 | 2.1 | 0.0 | 97.9 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| S60 | 2.8 | 0.0 | 20.0 | 0.0 | 46.2 | 0.0 | 0.0 | 30.9 | 0.0 |
表8
由实验结果可知，经过超高温加热后页岩储层岩心的矿物组分发生了转变，页岩储层岩心的孔喉半径也相应的改变，计算加热前后页岩储层岩样孔喉半径比值G；
表9
| 岩心 | 孔喉半径比值G |
| S59 | 0.375 |
| S60 | 0.250 |
结合页岩储层岩心的孔隙结构评价标准表：
表10
| 序号 | 孔喉半径比值G | 评价效果 |
| 1 | G≤-0.5 | 孔隙结构损伤严重 |
| 2 | -0.5＜G＜0 | 孔隙结构有所损伤 |
| 3 | G＝0 | 孔隙结构无变化 |
| 4 | 0＜G＜0.5 | 孔隙结构有所改变 |
| 5 | G≥0.5 | 孔隙结构改善效果极好 |
根据计算结果结合页岩储层岩心的孔隙结构评价标准表可以看出经过超高温加热后的页岩储层岩心的孔隙结构有所改变。
第七，再通过水敏性评价实验，计算超高温加热前后页岩储层岩心的水敏指数的比值，通过页岩储层岩心水敏指数比值的变化范围，进行页岩储层渗透率改善评价；
表11
| 岩心 | 地层水渗透率(mD) | 去离子的渗透率(mD) | 水敏指数I<sub>W2</sub> |
| S59 | 0.0096 | 0.0094 | 0.0208 |
| S60 | 0.0103 | 0.0098 | 0.0485 |
将计算出的水敏指数值代入计算页岩储层岩心水敏指数评价系数I：
式中，I为水敏指评价系数，无量纲量；IW1为页岩储层岩心加热前的水敏指数，无量纲量；IW2为页岩储层岩心加热后的水敏指数，无量纲量；
此时可通过水敏指数评价系数对页岩储层的渗透率进行评价，当I＜0时，页岩储层岩心在经过超高温处理后水敏性更强，页岩储层渗透率降低；当0＜I＜0.5时，页岩储层岩心在经过超高温处理后水敏性减弱，页岩储层渗透率增加；当I＞0.5时，页岩储层岩心在经过超高温处理后无水敏性，页岩储层渗透率增加；
表12
| 岩心 | 水敏指评价系数I |
| S59 | 0.762 |
| S60 | 0.022 |
计算结果可知S59的水敏指评价系数I＞0.5，页岩储层岩心在经过超高温处理后无水敏性，页岩储层渗透率增加；S60的水敏指评价系数为0＜I＜0.5，页岩储层岩心在经过超高温处理后水敏性减弱，页岩储层渗透率增加。
第八，基于超高温加热前后的页岩储层岩心矿物组分和孔隙结构的改变，计算超高温加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率的比值及水敏指数的比值，代入储层渗透率改善评价体系，计算储层渗透率改善评价体系系数A，进行页岩储层渗透率改善评价；
A＝0.2I+0.5M+0.3G
式中，I为超高温加热前后的页岩储层岩心水敏评价系数，无量纲量；M为超高温加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率之间的评价系数，无量纲量；G为超高温加热前后的页岩储层岩心孔隙结构评价系数，无量纲量；
表13
| 序号 | 储层渗透率改善评价体系系数A | 改善评价效果 |
| 1 | A≤-1 | 储层渗透率损伤严重 |
| 2 | -1＜A＜0 | 储层渗透率有轻微损伤 |
| 3 | A＝0 | 储层渗透率无改善 |
| 4 | 0＜A＜1 | 储层渗透率轻微改善 |
| 5 | A≥1 | 储层渗透率改善效果好 |
结合页岩储层岩心S59和S60的页岩储层岩心水敏评价系数I、页岩储层岩心克氏渗透率之间的评价系数M和页岩储层岩心孔隙结构评价系数G，可得出储层渗透率改善评价体系系数A。
表14
| 岩心 | 储层渗透率改善评价体系系数A |
| S59 | 0.538 |
| S60 | 0.557 |
由计算结果可知页岩储层岩心S59和S60在经过超高温(1200℃)处理后储层渗透率有轻微改善的效果。
进一步的，所述页岩储层岩心渗透率的评价、页岩储层岩心孔隙结构的评价、页岩储层岩心水敏指数的评价。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)评价体系简捷有效；(2)经过多重评价，使结果更具说服性；(3)可推广性强。
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 (2)
1.一种基于超高温加热的页岩储层渗透率改善评价方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
S100、获取相同层位的页岩储层岩心，对页岩储层岩心烘干后通过气测测出页岩储层岩心的克氏渗透率值K1；
S200、对气测后的页岩储层岩心进行X射线衍射实验和电镜扫描实验，分析页岩储层岩心的矿物组分和孔隙结构；
S300、将测试后的页岩储层岩心进行水敏性评价实验；
S400、通过电阻炉对页岩储层岩心进行1200℃加热；
S500、测量出1200℃加热后的页岩储层岩心的克氏渗透率值K2，计算1200℃加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率评价系数M，并进行页岩储层岩心克氏渗透率评价；
式中，K1为烘干后页岩储层岩心的克氏渗透率值，单位为mD；K2为1200℃加热后的页岩储层岩心的克氏渗透率值，单位为mD；
S600、对1200℃加热后的页岩储层岩心进行X射线衍射实验和电镜扫描实验，得出1200℃加热后页岩储层岩心的矿物组分和孔隙结构，分析1200℃加热前后页岩储层矿物组分的转变和页岩储层岩心孔隙结构的改变，计算1200℃加热前后的页岩储层岩心孔隙结构评价系数G，并进行页岩储层岩心孔隙结构评价；
式中，d1为加热前的页岩储层岩样孔喉半径，单位μm；d2为加热后的页岩储层岩样孔喉半径，单位μm；
S700、再次进行水敏性评价实验，通过水敏指数定义关系式计算1200℃加热前后页岩储层岩心的水敏指数数值IW，进一步计算1200℃加热前后的页岩储层岩心水敏指数评价系数I，并进行页岩储层岩心水敏指数评价；具体为测定出矿化度不同的流体下的页岩储层岩心渗透率的数值，再通过水敏指数定义关系式计算出对应的水敏指数数值，水敏指数定义关系式如下：
式中，IW为水敏指数，无量纲量；KW为去离子的渗透率，单位10-3mD；KL为地层水渗透率或标准盐水渗透率，单位10-3mD；
将计算出的水敏指数值代入计算1200℃加热前后的页岩储层岩心水敏指数评价系数I：
式中，I为1200℃加热前后的页岩储层岩心水敏指数评价系数，无量纲量；IW1为页岩储层岩心加热前的水敏指数，无量纲量；IW2为页岩储层岩心加热后的水敏指数，无量纲量；
S800、基于1200℃加热前后的页岩储层岩心矿物组分和孔隙结构的改变，计算1200℃加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率评价系数、水敏指数评价系数以及孔隙结构评价系数，将这些系数参数代入页岩储层渗透率改善评价方法，计算页岩储层渗透率改善评价体系系数A，依据计算结果，进行页岩储层渗透率改善评价；
A＝0.2I+0.5M+0.3G
式中，I为1200℃加热前后的页岩储层岩心水敏指数评价系数，无量纲量；M为1200℃加热前后的页岩储层岩心克氏渗透率评价系数，无量纲量；G为1200℃加热前后的页岩储层岩心孔隙结构评价系数，无量纲量；
当A≤-1时，1200℃加热对储层渗透率损伤严重；当-1＜A＜0时，1200℃加热对储层渗透率有轻微损伤；当A＝0时，1200℃加热对储层渗透率无改善；当0＜A＜1时，1200℃加热对储层渗透率改善效果弱；当A≥1，1200℃加热对储层渗透率改善效果好。
2.根据权利要求1所述的一种基于超高温加热的页岩储层渗透率改善评价方法，其特征在于：所述页岩储层岩心克氏渗透率评价具体为，当M>0时，页岩储层岩心克氏渗透率改善；当M＝0时，页岩储层岩心克氏渗透率无影响；当M<0时，页岩储层岩心克氏渗透率无改善；所述页岩储层岩心孔隙结构评价具体为，当G≤-0.5时，页岩储层岩样孔隙结构重度损伤；当-0.5＜G＜0时，页岩储层岩样孔隙结构轻度损伤；当G＝0时，页岩储层岩样孔隙结构无变化；当0＜G＜0.5时，页岩储层岩样孔隙结构改善较好；当G≥0.5时，页岩储层岩样孔隙结构改善效果极好；所述页岩储层岩心水敏指数评价具体为，当I＜0时，页岩储层岩心水敏性更强；当0＜I＜0.5时，页岩储层岩心水敏性减弱；当I＞0.5时，页岩储层岩心无水敏性。
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