CN113447516B - 一种水化泥页岩热破碎的实验研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气田开发领域，一种水化泥页岩热破碎的实验研究方法，包括，按照需求对泥页岩岩样进行加工；对泥页岩水化处理，在此过程中可使用不同溶液进行浸泡，以获取不同溶液水化对热破碎的影响；或使用不同水化时间，以获取水化程度对热破碎的影响；对水化处理后的泥页岩提前进行施压，当应力施加完成后对样品进行热处理，一直加热至岩样发生热破碎，可使用不同加热速率进行加热，以获取不同加热速率对热破碎的影响；样品碎片与数据的采集，可将样品放置在加热腔中，以便更好地收集岩石热破碎后产生的碎片，可通过裂缝形态、粉末数量粒度、碎片零散程度或表面微观观测方法对碎片进行处理。本方法为地下干馏技术提供实验方法。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发领域，一种水化泥页岩热破碎的实验研究方法。
背景技术
页岩气清洁且储量巨大，是十分理想的优质能源。页岩气不同于普通油气储层，页岩气的生储盖为同一地层，这使页岩气开采与常规油气开采产生较大差异。
页岩气储层同样为盖层，储层岩石较为致密，所以在页岩气开采前通常需要进行水力压裂改善储层的运移能力，便于页岩气的开采。水力压裂的返排率较低，大量压裂液滞留在储层中，部分页岩气井进行闷井作业，将压裂液故意滞留在储层中，利用页岩的水化膨胀效应扩展裂纹，增强压裂效果。因此页岩气储层岩石一般处于水化状态。
页岩气储层同样为生油层，储层岩石中存在较多为发育成熟的油母质，为了将页岩气储层开发完全，常使用干馏技术将油母质转化为天然气开采出来。干馏技术分为两种，较为常见的是地上干馏，是将页岩气储层岩石开采到地上，让给通过干馏炉炼化储层岩石，这种方法开采地下页岩储层岩石费事费力，伤害储层，且在干馏过程中会产生废气，影响空气质量。而另一种干馏方法为地下干馏，地下干馏技术是对原位储层岩石进行加热，油母质裂解后成油气后进行开采，无需将岩石开采至地上，且较为环保，相对比较理想。但由于技术受限，应用较少，未来应大力发展地下干馏技术。
与地上干馏技术不同，地下干馏技术需把控地下储层岩石状态，通过第二段内容可知，储层岩石通常处于水化状态，目前对页岩加热实验研究中，通常进行的是干燥状态研究，适用于地上干馏，并不适用于地下干馏技术，而水化后页岩热处理后会更容易发生热破碎现象，因此水化泥页岩热破碎实验研究对地下干馏技术发展具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种水化泥页岩热破碎的实验研究方法，为地下干馏技术提供实验方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种水化泥页岩热破碎的实验研究方法，包括如下步骤，
步骤1、按照需求对泥页岩岩样进行加工；
步骤2、对泥页岩水化处理，在此过程中可使用不同溶液进行浸泡，以获取不同溶液水化对热破碎的影响；或使用不同水化时间，以获取水化程度对热破碎的影响；
步骤3、对水化处理后的泥页岩提前进行施压，当应力施加完成后对样品进行热处理，一直加热至岩样发生热破碎，可使用不同加热速率进行加热，以获取不同加热速率对热破碎的影响；
步骤4、样品碎片与数据的采集，可将样品放置在加热腔中，以便更好地收集岩石热破碎后产生的碎片，可通过裂缝形态、粉末数量粒度、碎片零散程度或表面微观观测方法对碎片进行处理。
作为优选的，在步骤3中，采用循环加热、火焰加热或微波加热的方式对样品进行加热，以获取加热方法对热破碎的影响。
作为优选的，在步骤1中，在需要模拟地层压力情况，则需按照施压实验要求的标准样式进行实验；若不需要施压也可将样品加工成直径25mm，高25mm的圆柱体进行实验。
作为优选的，在步骤2中，水化溶液种类使用水，或使用被研究地层水力压裂时使用的压裂液，用来模拟地下岩石情况；水化时间则是反应泥页岩水化程度的参量，通过改变水化时间对不同水化程度的泥页岩进行热破碎实验分析，或将岩石样品按照地层岩石的水化程度进行水化。
作为优选的，在步骤3中，加热方法可选用与地下干馏相同的加热方法，或使用电加热法处理样品，若地下干馏技术选择使用燃烧法进行加热，实验可使用火焰加热法处理样品；通过改变加热速度可获得加热速度对该水化泥页岩样品热破碎的影响规律，或使用地下干馏技术的加热速率进行加热。
作为优选的，在步骤4中，通过不同条件下泥页岩破碎后的形态，判断地下干馏时发生热破碎后的储层状态；通过微观观测分析不同条件下的热破碎主要机理。
使用本发明的有益效果是：
通过该方法可获得众多信息：
1、通过本发明可以获得不同岩样及不同形态岩石的热破碎规律。
2、通过本发明可以获得泥页岩在不同溶液及不同水化程度下岩石热破碎规律。
3、通过本发明可获得泥页岩在不同加热方式及加热速率下岩石热破碎规律。
4、通过本发明可获得影响热破碎岩石碎片形态的影响因素。
通过该实验方法获得的信息可详细描述水化泥页岩热处理性质，上述信息对地下干馏技术中的储层岩石状态及其重要，该发明中提供的实验方法可为地下干馏技术提供理论基础。
附图说明
图1为本发明水化泥页岩热破碎的实验研究方法的流程图。
图2为本发明水化泥页岩热破碎的实验研究方法热破碎实验后形态。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
如图1所示，本实施例提出的一种水化泥页岩热破碎的实验研究方法，包括如下步骤，
步骤1、按照需求对泥页岩岩样进行加工；
步骤2、对泥页岩水化处理，在此过程中可使用不同溶液进行浸泡，以获取不同溶液水化对热破碎的影响；或使用不同水化时间，以获取水化程度对热破碎的影响；
步骤3、对水化处理后的泥页岩提前进行施压，当应力施加完成后对样品进行热处理，一直加热至岩样发生热破碎，可使用不同加热速率进行加热，以获取不同加热速率对热破碎的影响；
步骤4、样品碎片与数据的采集，可将样品放置在加热腔中，以便更好地收集岩石热破碎后产生的碎片，可通过裂缝形态、粉末数量粒度、碎片零散程度或表面微观观测方法对碎片进行处理。
具体的，在步骤1中，样品样式并不固定，个别实验需要模拟地层压力情况，则需按照施压实验要求的标准样式进行实验，若不需要施压也可将样品加工成直径25mm，高25mm的圆柱体进行实验，圆柱体样品易于加工，且直径与高相同时更容易使样品在加热过程中端部与内部受热均匀。
在步骤2中，可控制因素有两项，分别是水化溶液种类和水化时间。水化溶液种类可使用水，也可以使用被研究地层水力压裂时使用的压裂液，用来模拟地下岩石情况。水化时间则是反应泥页岩水化程度的参量，通过改变水化时间对不同水化程度的泥页岩进行热破碎实验分析，也可将岩石样品按照地层岩石的水化程度进行水化。
在步骤3中，可控制的因素有两项，分别是加热方法以及加热速度。其中加热发生可选用与地下干馏相同的加热方法，比如地下干馏技术选择使用电加热法，则该实验也可使用电加热法处理样品；若地下干馏技术选择使用燃烧法进行加热，则实验可使用火焰加热法处理样品。通过改变加热速度可获得加热速度对该水化泥页岩样品热破碎的影响规律，也可使用地下干馏技术的加热速率进行加热。
在步骤4中，为热破碎产物的研究，主要反映上述不同条件下泥页岩破碎后的形态，判断地下干馏时发生热破碎后的储层状态；通过微观观测分析不同条件下的热破碎主要机理。
实施例1
选取样品为四川龙马溪露头泥页岩，加工为高25mm直径25mm的岩心柱三块。
实验过程：
1取6块完好岩样，表面无任何可见裂缝，测量其尺寸与重量，并编号S1-S6。
2除S1外，对样品S2-S6进行水化处理，S2浸水1h，S3浸水2h，以此类推，S6浸水5h。
3将水化样品放入加热炉中，升温速率12℃/min，参数预判实验中热破碎温度小于400℃，故热破碎实验加热4最高温度设定为500℃，当发生热破碎或达到500℃时停止加热。
5取出加热样品，自然冷却后对样品进行观测。
实验结果：
对热破碎后的样品进行观测，S1加热至500℃，岩石未发生任何肉眼可见的变化；S2加热至500℃，表面出现肉眼可见的裂缝；S3崩碎为三部分，产生极少粉末；S4崩碎成两部分，产生极少粉末；S5崩碎成三部分，产生较多粉末；而S6碎成多块，产生较多粉末，如图2。热破碎的具体参数可见表1。
表1热破碎岩石数据
通过本实验可知，水化可以降低泥页岩的热破碎时温度，且与水化程度有关，水化程度越高越容易发生热破碎。且水化程度同样会影响到热破碎岩石产状，水化程度越高，热破碎后的岩石越零散。上述结论对地下干馏技术具有指导意义。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。
Claims (1)
1.一种水化泥页岩热破碎的实验研究方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤1、按照需求对泥页岩岩样进行加工；
步骤2、对泥页岩水化处理，在此过程中使用不同溶液进行浸泡，以获取不同溶液水化对热破碎的影响；或使用不同水化时间，以获取水化程度对热破碎的影响；
步骤3、对水化处理后的泥页岩提前进行施压，当应力施加完成后对样品进行热处理，一直加热至岩样发生热破碎，使用不同加热速率进行加热，以获取不同加热速率对热破碎的影响；
步骤4、样品碎片与数据的采集，将样品放置在加热腔中，以便更好地收集岩石热破碎后产生的碎片，通过裂缝形态、粉末数量粒度、碎片零散程度或表面微观观测方法对碎片进行处理；
在步骤3中，采用循环加热、火焰加热或微波加热的方式对样品进行加热，以获取加热方法对热破碎的影响；
在步骤1中，在需要模拟地层压力情况，则需按照施压实验要求的标准样式进行实验；若不需要施压则将样品加工成直径25 mm，高25 mm的圆柱体进行实验；
在步骤2中，水化溶液种类使用水，或使用被研究地层水力压裂时使用的压裂液，用来模拟地下岩石情况；水化时间则是反应泥页岩水化程度的参量，通过改变水化时间对不同水化程度的泥页岩进行热破碎实验分析，或将岩石样品按照地层岩石的水化程度进行水化；
在步骤3中，加热方法选用与地下干馏相同的加热方法，或使用电加热法处理样品，若地下干馏技术选择使用燃烧法进行加热，实验使用火焰加热法处理样品；通过改变加热速度获得加热速度对该水化泥页岩样品热破碎的影响规律，或使用地下干馏技术的加热速率进行加热；
在步骤4中，通过不同条件下泥页岩破碎后的形态，判断地下干馏时发生热破碎后的储层状态；通过微观观测分析不同条件下的热破碎主要机理。
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