CN114674640A - 一种评价压裂液对致密气藏基质伤害的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种评价压裂液对致密气藏基质伤害的实验方法，该方法包括：建立岩心初始含水饱和度；利用气体驱替法，结合压裂液滤饼、压裂液滤液、未完全破胶的压裂液破胶液等对岩心渗透率的伤害，获得压裂液对致密气藏基质的总伤害率、压裂液滤饼伤害率、压裂液固相伤害率、压裂液破胶不彻底伤害率、水锁伤害率、水敏伤害率；利用扫描电镜显微镜观察压裂液固相残渣对岩心表面的微观伤害，综合分析压裂液对致密气藏基质的水敏伤害、水锁伤害、压裂液滤饼伤害、压裂液固相伤害率、压裂液破胶不彻底伤害。该方法量化了各个因素的损害程度，有利于揭示压裂液伤害性的主控因素，对优化压裂液性能进而提高致密气藏产量具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于石油开采中的水力压裂领域，尤其涉及一种评价压裂液对致密气藏基质伤害的实验方法。
背景技术
压裂液需要具有良好的悬砂性、耐温抗剪切性、经济性，而水基压裂液是水力压裂最常用的工作液之一。然而，作为水基压裂液之一的胍胶压裂液中存在的大分子有机物残渣，对储层基质的伤害率通常较大。同时水基压裂液中水相的引入也易对致密气藏造成水锁和水敏伤害。此外，在低温致密气藏的压裂中，水基压裂液还容易存在压裂液破胶不彻底的问题。目前现有的行业标准SY/T5107-2016《水基压裂液性能评价方法》在评价压裂液伤害性时存在不足，包括：未建立岩心的初始含水饱和度，而是建立束缚水饱和度；采用压裂液滤液作为驱替溶液，未考虑压裂液存在破胶不彻底的问题；未考虑压裂液的滤饼伤害；未区别水基压裂液的水敏和水锁伤害等。
现需要对压裂液伤害性的评价方法进行改进，建立一种评价压裂液对致密气藏基质伤害的实验方法，明确压裂液对致密气藏储层的伤害机理，揭示压裂液伤害性的主控因素，从而有效指导压裂液性能的优化方向，提高致密气藏的产量。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种评价压裂液对致密气藏基质伤害的实验方法。该方法综合考虑了压裂液的水锁伤害、水敏伤害、压裂液滤饼伤害、压裂液固相伤害、压裂液破胶不彻底伤害等方面，结合扫描电镜微观分析方法，量化了各个因素的损害程度，有利于揭示压裂液伤害性的主控因素，对优化压裂液性能进而提高致密气藏产量具有重要意义。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种评价压裂液对致密气藏基质伤害的实验方法，包括以下步骤：
S1：在同一块全直径致密砂岩岩心中，取长为5cm，直径为2.5cm的三块标准岩心A、B和C，将其在低温60℃下烘干，采用超低渗透率仪测量所述岩心A的渗透率KA0、所述岩心B的渗透率KB0、所述岩心C的渗透率KC0；通过测井曲线获得目标储层的原始含水饱和度；
S2:将所述岩心B在高温烧结炉中加热处理，消除所述岩心B中的敏感性矿物；加热处理温度为550℃左右，升温速率为2℃-5℃/min；
S3：将所述岩心A、B和C放置于模拟地层水环境，在高压真空环境下，对所述岩心A、B和C进行饱和；采用氮气对所述岩心A、B和C进行驱替，采用称重法建立所述岩心A、B和C的初始含水饱和度，并正向气测所述岩心A的初始渗透率KA1、所述岩心B的初始渗透率KB1、所述岩心C的初始渗透率KC1；
S4：将所述岩心A放入高温高压驱替装置的岩心夹持器A中，在所述岩心A的反向端口贴上压裂液滤饼，并在反向端口注入未完全破胶的压裂液破胶液；将所述岩心B放入高温高压驱替装置的岩心夹持器B中，在所述岩心B的反向端口贴上压裂液滤饼，并在反向端口注入未完全破胶的压裂液破胶液；将所述岩心C放入高温高压驱替装置的岩心夹持器C中，在所述岩心C的反向端口贴上压裂液滤饼，并在反向端口注入压裂液滤液；
S5：待未完全破胶的压裂液破胶液或压裂液滤液侵入岩心后，使用恒温箱模拟储层温度，进一步加热所述岩心A、B和C，加热时间为2h；
S6：采用氮气正向驱替所述岩心A和B中的压裂液破胶液，气测获得压裂液损害后的所述岩心A的气测渗透KA2和所述岩心B的气测渗透KB2；采用氮气正向驱替所述岩心C中的压裂液滤液，气测获得压裂液损害后的所述岩心C的气测渗透KC2
S7：取下岩心A、B和C反向端口贴上的压裂液滤饼，再次采用氮气正向气测获得所述岩心A的气测渗透KA3、所述岩心B的气测渗透KB3和所述岩心C的气测渗透KC3；
S8：将所述岩心A从岩心加持器A中取出，将所述岩心B从岩心加持器B中取出,将所述岩心C从岩心加持器C中取出，将取出的岩心A、B和C置于80℃的烘箱中烘干，再次采用超低渗透率仪获得岩心A的气测渗透KA4、所述岩心B的气测渗透KB4、所述岩心C的气测渗透KC4；
S9：将实验后的所述岩心A、B和C对半剖开，采用扫描电镜观察岩心截面的孔隙结构及其吸附的固相残渣。
据所述岩心A和所述岩心C，综合分析压裂液对致密气藏基质的伤害机理，包括
根据公式①计算压裂液对致密气藏基质的总伤害率ηt：
根据公式②计算压裂液滤饼对致密气藏基质的伤害率ηc：
根据公式③计算压裂液不破胶对致密气藏的伤害率ηws：
根据公式④计算压裂液固相残渣伤害对基质的伤害率ηws：
根据公式⑤计算压裂液对基质的水敏和水锁伤害率ηw：
ηw＝ηt-ηs-ηc⑤
根据所述岩心B，分析压裂液对致密气藏基质的水锁和水锁伤害，根据公式⑥计算压裂液对基质的水敏伤害率ηws：
根据公式⑦计算压裂液对基质的水锁伤害率ηwb：
ηwb＝ηw-ηws⑦
根据所述的压裂液滤饼，采用如下方法获得：
将新鲜配制好的压裂液置于高温高压静态滤失仪的密闭容器中，所述密闭容器底部垫有厚度0.2mm、直径63mm的滤纸；将压裂液加热到储层温度，采用3.5MPa的压差挤压压裂液，在底部收集压裂液滤液，所述挤压时间为36min；挤压结束后，取出所述密闭容器底部中含有滤饼的滤纸，将所述滤纸剪裁成2.5cm直径的圆形端面形状
根据所述的底部收集的压裂液滤液，作为一种评价压裂液对致密气藏基质伤害的实验方法中S4步骤中的压裂液滤液。
根据所述的未完全破胶的压裂液破胶液，分以下两种情况配置：
(1)由于储层低温等原因，压裂液本身无法彻底破胶；若压裂液破胶液粘度高于10mpa·s,则提高破胶温度，使得压裂液继续破胶，当压裂液破胶液粘度降低到5-10mpa·s之间，则用于岩心反向端口注入的未完全破胶的压裂液破胶液；若在储层温度下，压裂液破胶液的最终粘度在5-10mpa·s之间，则直接用于岩心反向端口注入的未完全破胶的压裂液破胶液；
(2)压裂液本身在储层温度下可完全破胶；在压裂液破胶过程中，当压裂液破胶液粘度在5-10mpa·s之间时，停止破胶，并用于岩心反向端口注入的未完全破胶的压裂液破胶液。
优选的，所述的压裂液类型可以是胍胶压裂液、清洁压裂液、泡沫压裂液等。
胍胶压裂液由以下物质组成：0.2～0.6wt％稠化剂、0.05～0.2wt％交联剂、1～3wt％粘度稳定剂、0.05～0.2wt％氧化破胶剂、0.02～0.05wt％杀菌剂、0.5～2wt％助排剂，其余为水。
清洁压裂液由以下物质组成：1～3wt％粘弹性表面活性剂，3～7wt％氯化钙，1～3wt％粘度稳定剂、0.02～0.05wt％杀菌剂、0.5～2wt％助排剂，其余为水。
泡沫压裂液基液由以下物质组成：0.2～0.6wt％稠化剂、0.05～0.2wt％交联剂，起泡剂0.5～2wt％，1～3wt％粘度稳定剂、0.05～0.2wt％氧化破胶剂、0.02～0.05wt％杀菌剂、0.5～2wt％助排剂
本发明采用上述技术方案，具有以下优点：
优点1：本发明综合考虑了压裂液对致密气藏基质的伤害因素，包括水敏伤害、水锁伤害、压裂液滤饼伤害、压裂液固相伤害率、压裂液破胶不彻底伤害等，可量化各个因素的损害程度，有利于揭示压裂液伤害性的主控因素，为压裂液的性能优化方向提供了思路。
优点2：本发明在设计压裂液滤饼伤害时，采用了高温高压静态滤失仪来制备滤饼。通过将岩心反向端口的滤饼贴上或取下，即可比较压裂液滤饼的伤害率。而常规方法通常采用将压裂液破胶液注入岩心后，在岩心端面形成滤饼的方法。该方法由于采用的压裂液破胶液，不易在岩心端面形成真正的滤饼，所得的滤饼伤害率结果并不准确。
优点3：本发明考虑了压裂液破胶不完全时对致密气藏基质造成的伤害。通过注入粘度在5-10mpa·s的压裂液破胶液，一方面满足了液体的注入性，另一方面也有效模拟了压裂液的破胶过程。而行业标准采用压裂液的滤液注入岩心是不准确的。一方面该方法排除了压裂液形成的滤饼，一方面也未考虑压裂液的破胶性。
优点4：本发明采用高温钝化的方法，消除了岩心中敏感性矿物的影响，区别了水基压裂液注入对于气藏的水敏和水锁伤害。
附图说明
图1为本发明所述的压裂液对致密气藏的五个损害因素；
图2为本发明所述的形成压裂液滤饼的方法；
图3为本发明所述的未完全破胶的压裂液破胶液；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
本实例主要通过实验说明压裂液对致密气藏的伤害，该伤害可分为五个方面(图1)。取致密砂岩气井的一块岩心，采用超低渗透率仪测量得到孔隙度为7.6％，渗透率为0.54mD；通过气井的测井曲线可知目标储层的原始含水饱和度为27％。
将岩心用模拟地层水饱和，并通过氮气驱替和称重法建立岩心的含水饱和度，并通过正向氮气气测，获得岩心A的渗透率KA1为0.41mD；
配置压裂液1000ml，将其中500ml体积压裂液装入高温高压静态滤失仪中，在3.5MPa的压差下，在滤纸上形成圆形滤饼(图2)，并收集压裂液滤液；将剩余500ml体积压裂液在储层温度50℃下破胶，最终压裂液破胶液如图3所示。表1为压裂液随破胶时间的粘度变化。
表1压裂液在50℃下的破胶性
| 破胶时间h | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 破胶粘度mpa·s | 47 | 24 | 15 | 7 |
将所述岩心放入高温高压驱替装置的岩心夹持器A中，在岩心的反向端口贴上制备好的压裂液滤饼，并在反向端口注入未完全破胶的压裂液破胶液；待未完全破胶的压裂液破胶液或压裂液滤液侵入岩心后，使用恒温箱模拟储层温度50℃，进一步加热岩心，加热时间为2h；
采用氮气正向驱替所述岩心，气测获得压裂液损害后的岩心的气测渗透率KA2为0.09mD；将岩心反向端口贴上的压裂液滤饼取下，再次采用氮气正向气测获得岩心气测渗透KA3为0.13mD；
将岩心从岩心加持器中取出并置于80℃下烘干，再次采用超低渗透率仪获得岩心A的气测渗透KA4为0.35mD。
通过公式
计算压裂液对致密气藏基质的总伤害率η为78.0％t：
根据公式
计算压裂液滤饼对致密气藏基质的伤害率η为9.8％：
根据公式
计算压裂液固相残渣伤害对基质的伤害率ηws为35.2％：
根据公式ηw＝ηt-ηs-ηc计算压裂液对基质的水敏和水锁伤害ηws为33.0％：
将实验后岩心对半剖开，采用扫描电镜观察岩心截面的孔隙结构及其吸附的固相残渣。
Claims (6)
1.一种评价压裂液对致密气藏基质伤害的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在同一块全直径致密砂岩岩心中，取长为5cm，直径为2.5cm的三块标准岩心A、B和C，将其在低温60℃下烘干，采用超低渗透率仪测量所述岩心A的渗透率KA0、所述岩心B的渗透率KB0、所述岩心C的渗透率KC0；通过测井曲线获得目标储层的原始含水饱和度；
S2:将所述岩心B在高温烧结炉中加热处理，消除所述岩心B中的敏感性矿物；加热处理温度为550℃左右，升温速率为2℃-5℃/min；
S3：将所述岩心A、B和C放置于模拟地层水环境，在高压真空环境下，对所述岩心A、B和C进行饱和；采用氮气对所述岩心A、B和C进行驱替，采用称重法建立所述岩心A、B和C的初始含水饱和度，并正向气测得到所述岩心A的初始渗透率KA1、所述岩心B的初始渗透率KB1、所述岩心C的初始渗透率KC1；
S4：将所述岩心A放入高温高压驱替装置的岩心夹持器A中，在所述岩心A的反向端口贴上压裂液滤饼，并在反向端口注入未完全破胶的压裂液破胶液；将所述岩心B放入高温高压驱替装置的岩心夹持器B中，在所述岩心B的反向端口贴上压裂液滤饼，并在反向端口注入未完全破胶的压裂液破胶液；将所述岩心C放入高温高压驱替装置的岩心夹持器C中，在所述岩心C的反向端口贴上压裂液滤饼，并在反向端口注入压裂液滤液；
S5：待未完全破胶的压裂液破胶液或压裂液滤液侵入岩心后，使用恒温箱模拟储层温度，进一步加热所述岩心A、B和C，加热时间为2h；
S6：采用氮气正向驱替所述岩心A和B中的压裂液破胶液，气测获得压裂液损害后所述岩心A的气测渗透KA2和所述岩心B的气测渗透KB2；采用氮气正向驱替所述岩心C中的压裂液滤液，气测获得压裂液损害后所述岩心C的气测渗透KC2；
S7：取下岩心A、B、C反向端口贴上的压裂液滤饼，再次采用氮气正向气测获得所述岩心A的气测渗透KA3、所述岩心B的气测渗透KB3和所述岩心C的气测渗透KC3；
S8：将所述岩心A从岩心加持器A中取出，将所述岩心B从岩心加持器B中取出,将所述岩心C从岩心加持器C中取出，将取出的岩心A、B和C置于80℃的烘箱中烘干，再次采用超低渗透率仪获得岩心A的气测渗透KA4、所述岩心B的气测渗透KB4、所述岩心C的气测渗透KC4；
S9：将实验后的所述岩心A、B和C对半剖开，采用扫描电镜观察岩心截面的孔隙结构及其吸附的固相残渣。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述岩心A和所述岩心C，综合分析压裂液对致密气藏基质的伤害机理，包括
根据公式①计算压裂液对致密气藏基质的总伤害率ηt：
根据公式②计算压裂液滤饼对致密气藏基质的伤害率ηc：
根据公式③计算压裂液不破胶对致密气藏的伤害率ηws：
根据公式④计算压裂液固相残渣伤害对基质的伤害率ηws：
根据公式⑤计算压裂液对基质的水敏和水锁伤害率ηw：
ηw＝ηt-ηs-ηc ⑤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述岩心B，分析压裂液对致密气藏基质的水锁和水锁伤害，根据公式⑥计算压裂液对基质的水敏伤害率ηws：
根据公式⑦计算压裂液对基质的水锁伤害率ηwb：
ηwb＝ηw-ηws ⑦。
4.根据权利要求1所述的压裂液滤饼，其特征在于，将新鲜配制好的压裂液置于高温高压静态滤失仪的密闭容器中，所述密闭容器底部垫有厚度0.2mm、直径63mm的滤纸；将压裂液加热到储层温度，采用3.5MPa的压差挤压压裂液，在底部收集压裂液滤液，所述挤压时间为36min；挤压结束后，取出所述密闭容器底部中含有滤饼的滤纸，将所述滤纸剪裁成2.5cm直径的圆形端面形状，作为权利要求1中所述的压裂液滤饼；
所述底部收集的压裂液滤液，作为权利要求1中S4步骤中压裂液滤液。
5.根据权利要求1所述的未完全破胶的压裂液破胶液，其特征在于，分以下两种情况配制所述未完全破胶的压裂液破胶液：
第一种情况，由于储层低温等原因，压裂液本身无法彻底破胶：若压裂液破胶液粘度高于10mpa·s,则提高破胶温度，使得压裂液继续破胶，当压裂液破胶液粘度降低到5-10mpa·s之间，则用于权利要求1所述的未完全破胶的压裂液破胶液；若在储层温度下，压裂液破胶液的最终粘度在5-10mpa·s之间，则直接用于权利要求1所述的未完全破胶的压裂液破胶液；
第二种情况，压裂液本身在储层温度下可完全破胶：在压裂液破胶过程中，当压裂液破胶液粘度在5-10mpa·s之间时，停止破胶，并用于权利要求1所述的未完全破胶的压裂液破胶液。
6.根据权利要求3所述的压裂液，其特征在于，压裂液类型为胍胶压裂液、清洁压裂液、泡沫压裂液中的任意一种：
胍胶压裂液由以下物质组成：0.2～0.6wt％稠化剂、0.05～0.2wt％交联剂、1～3wt％粘度稳定剂、0.05～0.2wt％氧化破胶剂、0.02～0.05wt％杀菌剂、0.5～2wt％助排剂，其余为水；
清洁压裂液由以下物质组成：1～3wt％粘弹性表面活性剂，3～7wt％氯化钙，1～3wt％粘度稳定剂、0.02～0.05wt％杀菌剂、0.5～2wt％助排剂，其余为水；
泡沫压裂液基液由以下物质组成：0.2～0.6wt％稠化剂、0.05～0.2wt％交联剂，起泡剂0.5～2wt％，1～3wt％粘度稳定剂、0.05～0.2wt％氧化破胶剂、0.02～0.05wt％杀菌剂、0.5～2wt％助排剂。
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