CN114429255A - 一种湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，属于石油天然气勘探开发领域。该方法首先通过实验获得待评价压裂液在岩心上的侵入深度、待评价压裂液作用前后通过岩心的气体流量以及待评价压裂液作用前后岩心端面裂缝累计长度，然后利用所述侵入深度、气体流量、裂缝累计长度获得待评价压裂液的促缝指数，并根据待评价压裂液的促缝指数评价其促缝能力。本发明通过对比页岩岩心与压裂液作用前后的裂缝的条数，作用的深度等参数得到促缝指数，利用促缝指数对页岩岩心压裂液促缝效果进行量化评价。本发明方法操作流程简便，分别考虑了岩心端面裂缝的面密度变化以及压裂液的作用深度，为现场压裂液方案的设计提供室内实验数据基础。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气勘探开发领域，具体涉及一种湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，用于石油与天然气致密储层岩心分析中的页岩压裂液促缝指数及其评价。
背景技术
随着北美页岩气资源的成功开发，我国借鉴北美页岩气成功开发的经验，在海相页岩气开发上取得了显著成效。在海相页岩气藏成功开发的基础上，湖相页岩的研究越来越受到重视，目前已在元坝、涪陵、建南等地的勘探中获得了工业气流，部分井试获高产气流，但在目前技术经济条件下，难以实现经济有效开发。
与海相页岩相比，湖相页岩具有黏土矿物含量高、石英等硅质脆性矿物含量低等特点，脆性较差，压裂裂缝复杂程度较低，水敏伤害大，裂缝导流能力递减快，压裂改造效果不理想。因此压裂过程中利用高粘土含量湖相页岩基质吸水能力强，不同矿物水化膨胀能力差异大的特点，在湖相页岩基质内部不同矿物颗粒边缘促使微裂缝萌生和发展，进而促使大型压裂后形成复杂裂缝，提高压裂改造效果。
目前页岩压裂常用的滑溜水体系主要包括低粘、中粘和高粘，粉剂、乳剂，酸性和氧化性滑溜水等，主要由减阻剂、防膨剂、表面活性剂和清水组成，不同滑溜水体系对湖相页岩的水化促缝能力不同。促缝能力强的压裂液既有利于压裂时产生复杂缝网，降低压裂施工压力，又可以提前释放页岩基质水化膨胀潜力，降低对压裂后裂缝导流能力的伤害，从而显著提高气井产量。因此提出湖相页岩压裂液促缝指数来评价不同压裂液对湖相页岩的促缝能力，优选合适性能的压裂液体系，对于中高黏土含量塑性湖相页岩压裂设计与应用具有重要意义
中国专利公开文献CN108645596B公开了一种用于评价流体对岩石造缝能力的实验方法，其包括以下步骤：分别测试干燥岩心与润湿的脆性系数、波速-应力敏感性系数、声发射事件数和天然裂隙密度大小，然后通过对上述参数的相对变化量数值大小进行无量纲化，建立不同流体对岩石的造缝能力指数数学模型，计算并比较其大小。该方法可以快速获得不同流体对岩石的造缝能力指数，同时也可以评价同一流体对不同岩样的造缝能力指数，可方便地指导水力压裂施工优选压裂液，以促使压裂过程中人工复杂缝网的形成。但是其方法的计算步骤过于繁琐，且未考虑流体进入岩石的难易程度，不适用于评价不同压裂液对湖相页岩的促缝能力。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，通过对湖相页岩储层水力压裂中的压裂液促进裂缝效果建立量化评价方法，有效评价压裂液对湖相页岩的促缝能力，进而优选性能合适的压裂液体系，为后续湖相页岩储层的现场压裂液优选和压裂设计方案优化奠定基础。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，所述方法首先通过实验获得待评价压裂液在岩心上的侵入深度、待评价压裂液作用前后通过岩心的气体流量以及待评价压裂液作用前后岩心端面裂缝累计长度，然后利用所述侵入深度、气体流量、裂缝累计长度获得待评价压裂液的促缝指数，并根据待评价压裂液的促缝指数评价其促缝能力。
本发明的进一步改进在于，所述方法包括：
步骤1、获取目标区域的参数，所述参数包括原地应力、温度、地层水矿化度；
步骤2、钻取岩心，并将岩心烘干；
步骤3、将岩心加工成岩心柱；
步骤4、利用待评价压裂液和岩心柱进行实验获得实验数据，并利用实验数据获得待评价压裂液的促缝指数。
所述步骤2的操作包括：
在湖相页岩基质上的同一位置钻取多个岩心；
将岩心进行烘干。
所述步骤4的操作包括：
(41)测量岩心柱的直径D；
(42)将岩心柱安装在密闭容器中进行驱替，在一定条件下测得通过岩心柱的初始气体流量Q1；
(43)记录岩心柱的自吸端面上所有裂缝的长度，并计算得到初始裂缝累计长度L1；
(44)、在保持地层温度和围压下，采用待评价压裂液对岩心柱进行自吸实验；
(45)、记录自吸实验后岩心柱的自吸端面上所有裂缝的长度，并计算得到自吸后裂缝累计长度L2；
(46)、记录岩心柱上的压裂液侵入最深处的侵入深度d，然后将岩心柱安装在密闭容器中进行驱替，在一定条件下测得通过岩心柱的自吸后气体流量Q2；
(47)计算获得待评价压裂液的促缝指数。
本发明的进一步改进在于，所述步骤(42)、(46)中的所述密闭容器为岩心夹持器。
本发明的进一步改进在于，所述步骤(42)、(46)中的所述一定条件是指利用岩心夹持器对岩心柱施加设定的围压，同时在岩心夹持器的出口端施加设定的回压。
本发明的进一步改进在于，所述步骤(42)中在一定条件下测得通过岩心柱的初始气体流量Q1的操作包括：待通过岩心柱的气体的流量稳定后，测得岩心夹持器的出口端在单位时间内的气体流量，即初始气体流量Q1。
所述步骤(46)中在一定条件下测得通过岩心柱的自吸后气体流量Q2的操作包括：待通过岩心柱的气体的流量稳定后，测得岩心夹持器的出口端在单位时间内的气体流量，即自吸后气体流量Q2。
本发明的进一步改进在于，所述步骤(47)的操作包括：
利用下式计算获得促缝指数α：
其中，Dfs为岩心端面裂缝的面密度。
本发明的进一步改进在于，在所述步骤4后还包括：
步骤5、将蒸馏水、地层水分别作为待评价压裂液，分别重复步骤4得到蒸馏水的促缝指数αmax、地层水的促缝指数αmin；
步骤6、利用下式对步骤4得到的待评价压裂液的促缝指数进行归一化处理得到归一化后的促缝指数α’：
步骤7、利用归一化后的促缝指数对待评价压裂液的促缝能力进行评价。
本发明的进一步改进在于，所述步骤7的操作包括：
如果0<α’<0.3，则判定该待评价压裂液的促缝能力弱；
如果0.3≤α’<0.6，则判定该待评价压裂液的促缝能力中等；
如果0.6≤α’<1，则判定该待评价压裂液的促缝能力强。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一种湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，所述方法首先通过实验获得待评价压裂液在岩心上的侵入深度、待评价压裂液作用前后通过岩心的气体流量以及待评价压裂液作用前后岩心端面裂缝累计长度，然后利用所述侵入深度、气体流量、裂缝累计长度获得待评价压裂液的促缝指数，并根据待评价压裂液的促缝指数评价其促缝能力。
(1)对注入地层的压裂液促缝效果形成量化指标。本发明通过对比页岩岩心与压裂液作用前后的裂缝的条数，作用的深度等参数得到促缝指数，利用促缝指数对页岩岩心压裂液促缝效果进行量化评价。
(2)根据促缝能力能快速高效地筛选压裂液。在室内进行页岩岩心促缝压裂液的优选，获得页岩储层压裂过程中使用的压裂效果最佳的工作液。
(3)本发明方法操作流程简便，分别考虑了岩心端面裂缝的面密度变化以及压裂液的作用深度，为现场压裂液方案的设计提供室内实验数据基础。
附图说明
图1本发明方法的步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明提供了一种湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，主要通过对比相同时间内压裂液的侵入深度、压裂液作用前后通过岩心的气体流量以及压裂液作用前后岩心端面裂缝累计长度增值，计算得到压裂液对基质岩心的促缝指数，综合评价压裂液进入页岩的难易程度及压裂液的促缝能力，并利用蒸馏水和地层水对应的促缝指数对压裂液促缝指数进行归一化处理，进而根据促缝指数对压裂液促缝能力进行分级，可直观评价压裂液的促缝能力。
该方法可用于优选合适性能的压裂液体系，对于中高黏土含量塑性湖相页岩压裂设计与应用具有重要意义，适用于湖相页岩气藏。
如图1所示，本发明方法包括：
步骤1、获取目标区域的参数，所述参数包括原地应力、温度、地层水矿化度，可以通过查阅资料获得目标区域的这些参数；
步骤2、钻取多个岩心：选取孔渗参数相近的湖相页岩基质岩心，进行烘干、编号；
具体的，在湖相页岩基质上的同一位置钻取多个岩心，并将较长块按照标准岩心的规格分割，尽可能地保证各实验岩心处于一个层位，没有断层，物性接近。
步骤3、将每个岩心加工成一定高度的岩心柱；
步骤4、利用待评价压裂液和岩心柱进行实验获得实验数据，并利用实验数据获得待评价压裂液的促缝指数。
所述步骤4的操作包括：
(41)测量岩心柱的直径D；
(42)将岩心柱安装在密闭容器中进行驱替，在一定条件下测得通过岩心柱的气体流量Q1；
具体的，所述密闭容器采用岩心夹持器。
所述一定条件是指利用岩心夹持器对岩心柱施加设定的围压，同时在岩心夹持器的出口端施加设定的回压。
所述在一定条件下测得通过岩心柱的气体流量Q1的操作包括：待通过岩心柱的流量稳定后，测得岩心夹持器的出口端的流量，该流量即初始气体流量Q1，即单位时间内通过岩心的气体量。
其中，围压是根据目标区域的原地应力设计的，回压也是根据实际原地应力确定，回压的作用是提高压力传递效率，根据文献调研，回压设定为1MPa即可有助于页岩流量测定，但具体的回压还是应根据岩心具体条件确定。设定的回压、设定的围压的具体数值根据实际情况进行确定即可。
(43)运用CT扫描等微观手段对岩心柱的自吸端面进行观测，记录原始页岩端面所有裂缝的长度，并计算得到初始裂缝累计长度L1，即将所有裂缝的长度依次相加得到初始裂缝累计长度L1，自吸端面就是指岩心柱中靠近岩心夹持器入口端的圆形端面。
使用的微观手段包括：扫描电镜观测、薄片分析、CT扫描等多种现有的能够观测到端面裂缝的微观观测手段。
(44)、采用待评价压裂液在岩心夹持器中进行页岩岩心端面自吸实验，以岩心夹持器的入口端作为自吸端(在岩心夹持器入口端管线中注入压裂液流体，施加与回压相同的压力，压裂液从岩心柱的自吸端沿其轴线穿入到另一端，最后从岩心夹持器的出口端流出。),并在实验过程中对岩心柱施加与原地应力相同的围压,同时在出口端施加与入口端相同压力的回压。
自吸实验过程中，保持岩心夹持器内的温度为地层温度，通过岩心夹持器实现围压加载，利用反应釜实现温度恒定。具体的，将岩心柱夹持在岩心夹持器上，然后把岩心夹持器放入到反应釜中。岩心夹持器、反应釜均是现有产品，对其结构和使用方法在此不再赘述。
(45)、通过CT扫描等微观手段记录自吸后岩心柱的端面所有裂缝的长度，并计算得到自吸后裂缝累计长度L2；自吸后会生成新裂缝导致总长度增加；
(46)、自吸设定时间后，记录岩心柱上的压裂液侵入最深处的侵入深度d，具体的，岩心柱被浸润后颜色会发生变化，可使用游标卡尺等计量工具测量岩心柱上颜色发生变化的深度，找到深度中最大的即为侵入深度d。
然后将岩心柱安装在岩心夹持器中，在一定条件下(即与步骤(42)中的围压、回压相同的条件下)，待通过岩心的流量稳定后测量其通过岩心的自吸后气体流量Q2；
(47)计算获得待评价压裂液的促缝指数：
将L1、L2、D代入公式(1)，然后将Dfs、Q1、Q2、d代入公式(2)，即可得到待评价压裂液的促缝指数，促缝指数越大说明促缝效果越好；
式中：式中：α为促缝指数，无量纲；Dfs为岩心端面裂缝的面密度，单位为mm-1；L1为原始页岩端面所有裂缝累计的长度，即初始裂缝累计长度，单位为mm；L2为自吸后岩心端面所有裂缝的累计长度，即自吸后裂缝累计长度，单位为mm；Q1为通过岩心初始流量，即初始气体流量，单位为cm3/s；d为流体侵入岩心的深度，即浸入深度，单位为mm；Q2为自吸压裂液后通过岩心的气体流量，即自吸后气体流量，单位为cm3/s；D为岩心的直径，单位为mm；
为了对促缝指数进行归一化处理，本发明方法进一步包括：
步骤5、将蒸馏水、地层水(根据步骤1输入的地层水矿化度进行配置，实验条件尽可能模拟实际储层条件)分别作为待评价压裂液，利用步骤3得到岩心柱分别重复步骤4得到蒸馏水对应的促缝指数αmax、地层水对应的促缝指数αmin；步骤3中得到了多个处于同层位、物性相近的岩心，在测试待评价压裂液、蒸馏水、地层水时分别使用这些岩心柱能够保证是对相同的岩心进行测试。
步骤6、利用下式对步骤4得到的待评价压裂液的促缝指数进行归一化处理得到归一化后的促缝指数；
其中，α’是一个介于0～1之间的数，越接近1则表示压裂液促缝能力越强。
步骤7、利用归一化后的促缝指数对待评价压裂液的促缝能力进行评价，具体如下：
如果0<α’<0.3，则判定该待评价压裂液的促缝能力弱；
如果0.3≤α’<0.6，则判定该待评价压裂液的促缝能力中等；
如果0.6≤α’<1，则判定该待评价压裂液的促缝能力强。
针对不同地方的岩心，均采用上面步骤获得α’，然后根据其所处的数值范围确定促缝能力即实现了促缝能力评价，利用固定的公式进行评价能够对比出不同区域岩心的促缝能力。
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果更加清楚的解释，结合具体参数和实施例进一步详细说明本发明的发明内容、特点：
【实施例一】
步骤1、选取四川盆地侏罗系湖相页岩孔渗参数相近的基质岩心，在65℃的烘箱内烘干24h、进行编号(A-1，A-2，A-3，A-4，A-5，A-6)；
步骤2、将岩心切成高5.00cm，直径为2.50cm左右的岩心柱，测量其直径D；在岩心夹持器出口端施加1MPa的回压、围压3MPa条件下，待通过岩心柱的流量稳定后测得其气体流量(Q1)；
步骤3、对页岩端面采用CT等微观手段观测，记录原始页岩端面所有裂缝累计的长度(L1)；
步骤4、分别对A-1和A-2岩心柱采用酸性滑溜水压裂液、对A-3和A-4岩心柱采用氧化性滑溜水压裂液、对A-5和A-6岩心柱采用常规滑溜水压裂液在密闭容器中进行端面自吸时间为2h的自吸实验，并在实验过程中对岩心柱施加与原地应力相同的围压，保持容器内温度为地层温度；
步骤5、通过CT扫描等微观手段观察待评价压裂液是否可以进入页岩基质孔隙，并对比页岩端面前后变化，记录自吸后岩心端面所有裂缝的累计长度(L2)；
步骤6、在岩心柱用不同自吸流体自吸相同时间后，记录其侵入深度(d)，将其放置于岩心夹持器中，在岩心夹持器出口端施加1MPa的回压、围压3MPa条件下，待通过岩心的流量稳定后测得其气体流量(Q2)，将L1、L2、D代入公式(1)，然后将Dfs、Q1、Q2、d代入公式(2)，即可得到不同压裂液对基质岩心的促缝指数，促缝指数越大说明促缝效果越好：
式中：α为促缝指数，无量纲；Dfs为岩心端面裂缝的面密度，单位为mm-1；L1为原始页岩端面所有裂缝累计的长度，即初始裂缝累计长度，单位为mm；L2为自吸后岩心端面所有裂缝的累计长度，即自吸后裂缝累计长度，单位为mm；Q1为通过岩心初始流量，即初始气体流量，单位为cm3/s；d为流体侵入岩心的深度，即浸入深度，单位为mm；Q2为自吸压裂液后通过岩心的气体流量，即自吸后气体流量，单位为cm3/s；D为岩心的直径，单位为mm；
步骤7、按照步骤6所述方法分别计算蒸馏水和地层水所对应的促缝指数αmax和αmin；
步骤8、对促缝指数进行归一化处理；α’是一个介于0～1之间的数，越接近1则表示压裂液促缝能力越强；0<α’<0.3，促缝能力弱；0.3≤α’<0.6，促缝能力中等；0.6≤α’<1，促缝能力强。
根据本发明，通过自吸压裂液实验确定其促缝指数，基于促缝指数对不同的压裂液体系进行优选，为现场压裂方案优化设计提供室内实验数据基础，探索实现湖相页岩气压裂促缝提产的新思路。
本发明通过将页岩岩心在密闭容器中自吸不同压裂液，观察原地条件下压裂液是否可以进入页岩基质孔隙，对比自吸不同压裂液前后的页岩岩心变化，确定岩心端面裂缝的面密度以及压裂液侵入深度，根据促缝指数的大小评价不同压裂液对基质岩心的促缝效果，优选出促缝效果最佳的压裂液。本发明操作简单，能够有效地评价不同压裂液对湖相页岩的促缝能力，优选合适性能的压裂液体系，对于中高黏土含量塑性湖相页岩压裂设计与应用具有重要意义。本发明提供的压裂液促缝指数可有效评价压裂液对湖相页岩的促缝能力，进而优选性能合适的压裂液体系，对于中高黏土含量塑性湖相页岩压裂设计与应用具有重要意义。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (10)
1.一种湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：所述方法首先通过实验获得待评价压裂液在岩心上的侵入深度、待评价压裂液作用前后通过岩心的气体流量以及待评价压裂液作用前后岩心端面裂缝累计长度，然后利用所述侵入深度、气体流量、裂缝累计长度获得待评价压裂液的促缝指数，并根据待评价压裂液的促缝指数评价其促缝能力。
2.根据权利要求1所述的湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：所述方法包括：
步骤1、获取目标区域的参数，所述参数包括原地应力、温度、地层水矿化度；
步骤2、钻取岩心，并将岩心烘干；
步骤3、将岩心加工成岩心柱；
步骤4、利用待评价压裂液和岩心柱进行实验获得实验数据，并利用实验数据获得待评价压裂液的促缝指数。
3.根据权利要求2所述的湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：所述步骤2的操作包括：
在湖相页岩基质上的同一位置钻取多个岩心；
将岩心进行烘干。
4.根据权利要求2所述的湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：所述步骤4的操作包括：
(41)、测量岩心柱的直径D；
(42)、将岩心柱安装在密闭容器中进行驱替，在一定条件下测得通过岩心柱的初始气体流量Q1；
(43)、记录岩心柱的自吸端面上所有裂缝的长度，并计算得到初始裂缝累计长度L1；
(44)、在保持地层温度和围压下，采用待评价压裂液对岩心柱进行自吸实验；
(45)、记录自吸实验后岩心柱的自吸端面上所有裂缝的长度，并计算得到自吸后裂缝累计长度L2；
(46)、记录岩心柱上的压裂液侵入最深处的侵入深度d，然后将岩心柱安装在密闭容器中进行驱替，在一定条件下测得通过岩心柱的自吸后气体流量Q2；
(47)、计算获得待评价压裂液的促缝指数。
5.根据权利要求4所述的湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：所述步骤(42)、(46)中的所述密闭容器为岩心夹持器。
6.根据权利要求5所述的湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：所述步骤(42)、(46)中的所述一定条件是指利用岩心夹持器对岩心柱施加设定的围压，同时在岩心夹持器的出口端施加设定的回压。
7.根据权利要求6所述的湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：所述步骤(42)中在一定条件下测得通过岩心柱的初始气体流量Q1的操作包括：待通过岩心柱的气体的流量稳定后，测得岩心夹持器的出口端在单位时间内的气体流量，即初始气体流量Q1；
所述步骤(46)中在一定条件下测得通过岩心柱的自吸后气体流量Q2的操作包括：待通过岩心柱的气体的流量稳定后，测得岩心夹持器的出口端在单位时间内的气体流量，即自吸后气体流量Q2。
8.根据权利要求7所述的湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：所述步骤(47)的操作包括：
利用下式计算获得促缝指数α：
其中，Dfs为岩心端面裂缝的面密度。
9.根据权利要求8所述的湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：在所述步骤4后还包括：
步骤5、将蒸馏水、地层水分别作为待评价压裂液，分别重复步骤4得到蒸馏水的促缝指数αmax、地层水的促缝指数αmin；
步骤6、利用下式对步骤4得到的待评价压裂液的促缝指数进行归一化处理得到归一化后的促缝指数α’：
步骤7、利用归一化后的促缝指数对待评价压裂液的促缝能力进行评价。
10.根据权利要求9所述的湖相页岩压裂液促缝能力的评价方法，其特征在于：所述步骤7的操作包括：
如果0<α’<0.3，则判定该待评价压裂液的促缝能力弱；
如果0.3≤α’<0.6，则判定该待评价压裂液的促缝能力中等；
如果0.6≤α’<1，则判定该待评价压裂液的促缝能力强。
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