CN110514524B - 一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，属于非常规油气勘探领域，其特征在于，包括以下步骤：a、选取全直径岩心；b、沿轴向钻孔；c、将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼；d、向不锈钢泵液管与密封胶套环空加压；e、同时对岩心施加垂向压力和围压；f、向不锈钢泵液管内注入液体，开启跟踪泵监测泵注压力；g、确定是否结束实验或变更实验参数；h、取出岩心；i、变更垂向压力或围压；j、多次上提不锈钢泵液管后，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量；k、通过气体流量比值评价岩心水化强度。本发明能深入认识页岩气储层水化特性，丰富页岩储层增产改造理论，利于页岩储层增产。
Description
技术领域
本发明涉及到非常规油气勘探领域，尤其涉及一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法。
背景技术
水力压裂技术是开采页岩气的关键技术，压裂裂缝网络的复杂程度是页岩储层增产改造效果的重要指标之一。认识页岩气储层水化特性，理清页岩气储层与常规砂岩储层的本质区别，包括但不限于岩石力学基本物性、不同地质条件下的矿物组分、储层岩心孔隙-裂缝结构、层理缝发育状况、储层岩心水化作用特征等，是改善页岩气开发理论及技术的重要前提。
目前国内外针对页岩储层水岩作用，即水化特性的相关室内实验均采用小直径岩柱，直径2.5cm，进行多向或单向渗吸实验，但由于小直径岩柱与液体接触面积较小，岩柱吸入液量有限且很快到达岩柱边界，无法进行长时间水化实验，较难充分认识页岩储层岩心水化特性，且现有实验方法尚未考虑岩柱与液体接触面积的变化以及上覆岩层及构造应力对水化强度及规律的影响；层理缝发育是页岩储层的重要特点，但缺乏针对页岩层理对岩心水化强度影响的研究，导致现有页岩储层岩心水化特性的相关室内实验难以深入。
公开号为CN 104007049A，公开日为2014年08月27日的中国专利文献公开了一种泥页岩的微观孔隙分类方法，其特征在于，包括以下步骤：根据基本形态，镜下观察孔隙大小，分为微孔与微裂缝；根据成因分类，将微孔分为有机质孔、原生晶间孔和次生溶孔；根据微孔周围基质成分及与颗粒的位置关系对微孔进行细化分类；根据成因分类，镜下观察孔隙特征，将微裂缝分为层理缝、构造缝、溶蚀缝、成岩收缩缝和超压缝。
该专利文献公开的泥页岩的微观孔隙分类方法，通过分析研究泥页岩孔隙特征，建立一种基于“形态-成因-成分”综合分类方案，遵循三级分类原则的泥页岩微观储集空间分类方法，为泥页岩储层储集空间研究提供一套有效的表征方案，便于进一步展示不同孔隙类型与储集性能之间的关系，适于非常规油气勘探与开发中应用。但是，由于未考虑岩柱与液体接触面积的变化以及上覆岩层及构造应力对水化强度及规律的影响；不能深入认识页岩气储层水化特性，理清页岩气储层与常规砂岩储层的本质区别，因而不能丰富页岩储层增产改造理论，不利于页岩储层增产。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，本发明采用全直径页岩岩心进行内外双重夹持方式密封与加压，考虑上覆岩层及构造应力并模拟层理缝与液体的直接接触进行室内实验评价水化特性，能够深入认识页岩气储层水化特性，理清页岩气储层与常规砂岩储层的本质区别，从而丰富页岩储层增产改造理论，利于页岩储层增产。
本发明通过下述技术方案实现：
一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、选取长度大于10cm的全直径岩心并磨平岩心端面；
b、采用风冷或液氮冷却方式对全直径岩心沿轴向钻孔，孔眼直径为 2.5cm，钻孔深度距离岩心底部的距离大于3cm；清扫孔眼内岩屑残渣并使孔眼壁面光滑清洁；
c、将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，根据不锈钢泵液管刻度确认不锈钢泵液管与孔眼底部的距离并计算固液接触面积是否符合实验方案要求；
d、缓慢向不锈钢泵液管与密封胶套环空加压使得密封胶套与孔眼壁面紧密贴合，根据密封胶套材料性能确定环空压力；
e、根据实验方案同时对岩心施加垂向压力和围压，稳压20分钟；
f、以排量小于10ml/min的速度缓慢向不锈钢泵液管内注入液体，根据不锈钢泵液管与孔眼底部形成的接触空间体积及不锈钢泵液管汇内体积计算泵注液体并评估是否符合实验方案要求，开启跟踪泵监测泵注压力；
g、根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验或变更实验参数；
h、结束实验时首先关闭跟踪泵并停止注液，然后缓慢卸载垂向压力及围压至常压；取出岩心，关闭电源，结束实验；
i、通过变更垂向压力或围压，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价外部压力环境对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
j、通过多次上提不锈钢泵液管后，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价固液接触面积对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
k、通过全直径岩心实验后与实验前的气体流量比值评价岩心水化强度，比值越大，则该岩心层理缝水化强度越大。
所述步骤d中，环空压力为0.8-1MPa。
所述步骤e中，同时对岩心施加垂向压力和围压是指施加60MPa的垂向应力和10MPa的围压。
所述步骤g中，根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验是指当泵注总液量连续12小时增量小于0.1ml时实验结束。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，“a、选取长度大于10cm的全直径岩心并磨平岩心端面； b、采用风冷或液氮冷却方式对全直径岩心沿轴向钻孔，孔眼直径为2.5cm，钻孔深度距离岩心底部的距离大于3cm；清扫孔眼内岩屑残渣并使孔眼壁面光滑清洁；c、将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，根据不锈钢泵液管刻度确认不锈钢泵液管与孔眼底部的距离并计算固液接触面积是否符合实验方案要求；d、缓慢向不锈钢泵液管与密封胶套环空加压使得密封胶套与孔眼壁面紧密贴合，根据密封胶套材料性能确定环空压力；e、根据实验方案同时对岩心施加垂向压力和围压，稳压20分钟；f、以排量小于 10ml/min的速度缓慢向不锈钢泵液管内注入液体，根据不锈钢泵液管与孔眼底部形成的接触空间体积及不锈钢泵液管汇内体积计算泵注液体并评估是否符合实验方案要求，开启跟踪泵监测泵注压力；g、根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验或变更实验参数；h、结束实验时首先关闭跟踪泵并停止注液，然后缓慢卸载垂向压力及围压至常压；取出岩心，关闭电源，结束实验；i、通过变更垂向压力或围压，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价外部压力环境对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；j、通过多次上提不锈钢泵液管后，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价固液接触面积对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；k、通过全直径岩心实验后与实验前的气体流量比值评价岩心水化强度，比值越大，则该岩心层理缝水化强度越大”，作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，通过采用大直径岩心，评价不同应力环境、液体类型以及层理缝发育情况条件下页岩储层岩心水化规律及强度，优化层理缝发育条件下页岩储层液体体系、泵注方式以及返排策略，为进一步认识页岩气储层水化特性，理清页岩气储层与常规砂岩储层的本质区别，从而丰富页岩储层增产改造理论，利于页岩储层增产。
2、本发明，通过轴向加压模拟上覆岩石应力，并施加周向应力模拟构造应力，采用内外双重夹持方式密封，能够用以研究页岩储层层理缝水化特性及固液接触面积对水化规律的影响方式及程度。
3、本发明，采用内外双重夹持方式密封全直径页岩岩心并模拟上覆及构造应力同步加压，能够实现不同上覆岩层构造应力对全直径岩心层理缝水化作用方式影响实验及实现全直径页岩岩心层理缝水化强度评价。
4、本发明，将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，采用可移动内置含密封胶套的不锈钢泵液管，能够有效实现岩心内部与液体接触面积的改变。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明全直径页岩储层岩心层理缝水化强度评价实验流程图。
具体实施方式
实施例1
一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，包括以下步骤：
a、选取长度为12cm的全直径岩心并磨平岩心端面；
b、采用风冷对全直径岩心沿轴向钻孔，孔眼直径为2.5cm，钻孔深度距离岩心底部的距离为5cm；清扫孔眼内岩屑残渣并使孔眼壁面光滑清洁；
c、将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，根据不锈钢泵液管刻度确认不锈钢泵液管与孔眼底部的距离并计算固液接触面积是否符合实验方案要求；
d、缓慢向不锈钢泵液管与密封胶套环空加压使得密封胶套与孔眼壁面紧密贴合，根据密封胶套材料性能确定环空压力，环空压力为0.8MPa；
e、根据实验方案同时对岩心施加垂向压力和围压，稳压20分钟；
f、以排量为8ml/min的速度缓慢向不锈钢泵液管内注入液体，根据不锈钢泵液管与孔眼底部形成的接触空间体积及不锈钢泵液管汇内体积计算泵注液体并评估是否符合实验方案要求，开启跟踪泵监测泵注压力；
g、根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验或变更实验参数；
h、结束实验时首先关闭跟踪泵并停止注液，然后缓慢卸载垂向压力及围压至常压；取出岩心，关闭电源，结束实验；
i、通过变更垂向压力或围压，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价外部压力环境对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
j、通过多次上提不锈钢泵液管后，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价固液接触面积对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
k、通过全直径岩心实验后与实验前的气体流量比值评价岩心水化强度，比值越大，则该岩心层理缝水化强度越大。
“a、选取长度大于10cm的全直径岩心并磨平岩心端面；b、采用风冷或液氮冷却方式对全直径岩心沿轴向钻孔，孔眼直径为2.5cm，钻孔深度距离岩心底部的距离大于3cm；清扫孔眼内岩屑残渣并使孔眼壁面光滑清洁；c、将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，根据不锈钢泵液管刻度确认不锈钢泵液管与孔眼底部的距离并计算固液接触面积是否符合实验方案要求；d、缓慢向不锈钢泵液管与密封胶套环空加压使得密封胶套与孔眼壁面紧密贴合，根据密封胶套材料性能确定环空压力；e、根据实验方案同时对岩心施加垂向压力和围压，稳压20分钟；f、以排量小于10ml/min 的速度缓慢向不锈钢泵液管内注入液体，根据不锈钢泵液管与孔眼底部形成的接触空间体积及不锈钢泵液管汇内体积计算泵注液体并评估是否符合实验方案要求，开启跟踪泵监测泵注压力；g、根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验或变更实验参数；h、结束实验时首先关闭跟踪泵并停止注液，然后缓慢卸载垂向压力及围压至常压；取出岩心，关闭电源，结束实验；i、通过变更垂向压力或围压，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价外部压力环境对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；j、通过多次上提不锈钢泵液管后，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价固液接触面积对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；k、通过全直径岩心实验后与实验前的气体流量比值评价岩心水化强度，比值越大，则该岩心层理缝水化强度越大”，作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，通过采用大直径岩心，评价不同应力环境、液体类型以及层理缝发育情况条件下页岩储层岩心水化规律及强度，优化层理缝发育条件下页岩储层液体体系、泵注方式以及返排策略，为进一步认识页岩气储层水化特性，理清页岩气储层与常规砂岩储层的本质区别，从而丰富页岩储层增产改造理论，利于页岩储层增产。
实施例2
一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，包括以下步骤：
a、选取长度为13cm的全直径岩心并磨平岩心端面；
b、采用风冷对全直径岩心沿轴向钻孔，孔眼直径为2.5cm，钻孔深度距离岩心底部的距离为8cm；清扫孔眼内岩屑残渣并使孔眼壁面光滑清洁；
c、将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，根据不锈钢泵液管刻度确认不锈钢泵液管与孔眼底部的距离并计算固液接触面积是否符合实验方案要求；
d、缓慢向不锈钢泵液管与密封胶套环空加压使得密封胶套与孔眼壁面紧密贴合，根据密封胶套材料性能确定环空压力，环空压力为0.9MPa；
e、根据实验方案同时对岩心施加垂向压力和围压，稳压20分钟；
f、以排量为6ml/min的速度缓慢向不锈钢泵液管内注入液体，根据不锈钢泵液管与孔眼底部形成的接触空间体积及不锈钢泵液管汇内体积计算泵注液体并评估是否符合实验方案要求，开启跟踪泵监测泵注压力；
g、根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验或变更实验参数；
h、结束实验时首先关闭跟踪泵并停止注液，然后缓慢卸载垂向压力及围压至常压；取出岩心，关闭电源，结束实验；
i、通过变更垂向压力或围压，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价外部压力环境对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
j、通过多次上提不锈钢泵液管后，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价固液接触面积对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
k、通过全直径岩心实验后与实验前的气体流量比值评价岩心水化强度，比值越大，则该岩心层理缝水化强度越大。
通过轴向加压模拟上覆岩石应力，并施加周向应力模拟构造应力，采用内外双重夹持方式密封，能够用以研究页岩储层层理缝水化特性及固液接触面积对水化规律的影响方式及程度。
实施例3
一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，包括以下步骤：
a、选取长度为15cm的全直径岩心并磨平岩心端面；
b、采用风冷对全直径岩心沿轴向钻孔，孔眼直径为2.5cm，钻孔深度距离岩心底部的距离为10cm；清扫孔眼内岩屑残渣并使孔眼壁面光滑清洁；
c、将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，根据不锈钢泵液管刻度确认不锈钢泵液管与孔眼底部的距离并计算固液接触面积是否符合实验方案要求；
d、缓慢向不锈钢泵液管与密封胶套环空加压使得密封胶套与孔眼壁面紧密贴合，根据密封胶套材料性能确定环空压力，环空压力为1MPa；
e、根据实验方案同时对岩心施加垂向压力和围压，稳压20分钟；
f、以排量为5ml/min的速度缓慢向不锈钢泵液管内注入液体，根据不锈钢泵液管与孔眼底部形成的接触空间体积及不锈钢泵液管汇内体积计算泵注液体并评估是否符合实验方案要求，开启跟踪泵监测泵注压力；
g、根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验或变更实验参数；
h、结束实验时首先关闭跟踪泵并停止注液，然后缓慢卸载垂向压力及围压至常压；取出岩心，关闭电源，结束实验；
i、通过变更垂向压力或围压，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价外部压力环境对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
j、通过多次上提不锈钢泵液管后，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价固液接触面积对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
k、通过全直径岩心实验后与实验前的气体流量比值评价岩心水化强度，比值越大，则该岩持方式密封全直径页岩岩心并模拟上覆及构造应力同步加压，能够实现心层理缝水化强度越大。
采用内外双重夹不同上覆岩层构造应力对全直径岩心层理缝水化作用方式影响实验及实现全直径页岩岩心层理缝水化强度评价。
实施例4
一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，包括以下步骤：
a、选取长度为15cm的全直径岩心并磨平岩心端面；
b、采用风冷对全直径岩心沿轴向钻孔，孔眼直径为2.5cm，钻孔深度距离岩心底部的距离为10cm；清扫孔眼内岩屑残渣并使孔眼壁面光滑清洁；
c、将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，根据不锈钢泵液管刻度确认不锈钢泵液管与孔眼底部的距离并计算固液接触面积是否符合实验方案要求；
d、缓慢向不锈钢泵液管与密封胶套环空加压使得密封胶套与孔眼壁面紧密贴合，根据密封胶套材料性能确定环空压力，环空压力为1MPa；
e、根据实验方案同时对岩心施加垂向压力和围压，稳压20分钟；
f、以排量为5ml/min的速度缓慢向不锈钢泵液管内注入液体，根据不锈钢泵液管与孔眼底部形成的接触空间体积及不锈钢泵液管汇内体积计算泵注液体并评估是否符合实验方案要求，开启跟踪泵监测泵注压力；
g、根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验或变更实验参数；
h、结束实验时首先关闭跟踪泵并停止注液，然后缓慢卸载垂向压力及围压至常压；取出岩心，关闭电源，结束实验；
i、通过变更垂向压力或围压，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价外部压力环境对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
j、通过多次上提不锈钢泵液管后，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价固液接触面积对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
k、通过全直径岩心实验后与实验前的气体流量比值评价岩心水化强度，比值越大，则该岩心层理缝水化强度越大。
所述步骤e中，同时对岩心施加垂向压力和围压是指施加60MPa的垂向应力和10MPa的围压。
所述步骤g中，根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验是指当泵注总液量连续12小时增量小于0.1ml时实验结束。
通过采用大直径岩心，评价不同应力环境、液体类型以及层理缝发育情况条件下页岩储层岩心水化规律及强度，优化层理缝发育条件下页岩储层液体体系、泵注方式以及返排策略，为进一步认识页岩气储层水化特性，理清页岩气储层与常规砂岩储层的本质区别，从而丰富页岩储层增产改造理论，利于页岩储层增产。
将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，采用可移动内置含密封胶套的不锈钢泵液管，能够有效实现岩心内部与液体接触面积的改变。
Claims (4)
1.一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、选取长度大于10cm的全直径岩心并磨平岩心端面；
b、采用风冷或液氮冷却方式对全直径岩心沿轴向钻孔，孔眼直径为2.5cm，钻孔深度距离岩心底部的距离大于3cm；清扫孔眼内岩屑残渣并使孔眼壁面光滑清洁；
c、将套有密封胶套的不锈钢泵液管放入孔眼，根据不锈钢泵液管刻度确认不锈钢泵液管与孔眼底部的距离并计算固液接触面积是否符合实验方案要求；
d、缓慢向不锈钢泵液管与密封胶套环空加压使得密封胶套与孔眼壁面紧密贴合，根据密封胶套材料性能确定环空压力；
e、根据实验方案同时对岩心施加垂向压力和围压，稳压20分钟；
f、以排量小于10ml/min的速度缓慢向不锈钢泵液管内注入液体，根据不锈钢泵液管与孔眼底部形成的接触空间体积及不锈钢泵液管汇内体积计算泵注液体并评估是否符合实验方案要求，开启跟踪泵监测泵注压力；
g、根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验或变更实验参数；
h、结束实验时首先关闭跟踪泵并停止注液，然后缓慢卸载垂向压力及围压至常压；取出岩心，关闭电源，结束实验；
i、通过变更垂向压力或围压，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价外部压力环境对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
j、通过多次上提不锈钢泵液管后，单位时间内跟踪泵监测到的泵注压力变化及泵注液量，评价固液接触面积对页岩储层层理缝水化强度的影响；单位时间内泵注压力降低次数及压降值越高或单位时间内泵注液量越大，则层理缝水化强度越大，反之越小；
k、通过全直径岩心实验后与实验前的气体流量比值评价岩心水化强度，比值越大，则该岩心层理缝水化强度越大。
2.根据权利要求1所述的一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，其特征在于：所述步骤d中，环空压力为0.8-1MPa。
3.根据权利要求1所述的一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，其特征在于：所述步骤e中，同时对岩心施加垂向压力和围压是指施加60MPa的垂向应力和10MPa的围压。
4.根据权利要求1所述的一种全直径页岩储层岩心层理缝水化强度实验评价方法，其特征在于：所述步骤g中，根据泵注液量与时间的关系曲线确定是否结束实验是指当泵注总液量连续12小时增量小于0.1ml时实验结束。
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