CN116519568B - 一种超高温非常规储层裂缝***损伤的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气田开发领域，特别涉及一种超高温非常规储层裂缝***损伤的评价方法；本发明通过对非常规储层岩心开展孔渗测试、静态压缩实验、动态弹性波传播实验和电镜扫描实验，分析了在物理模拟储层条件下，压裂前后岩心的孔渗变化率、裂缝扩展度以及裂缝连通性变化率，并通过对比压裂前后的电镜照片使得裂缝***的改变具现化，最终计算出岩心裂缝***损伤评价系数，该系数将物理模拟实验结果与储层生产数据相结合，根据评价结果可以指导现场更加有效地开采。与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）评价系数直观，评价体系便捷有效；（2）评价体系兼顾了影响裂缝***的多重因素，使评价结果更加可靠；（3）评价方法易于推广。

Description

一种超高温非常规储层裂缝***损伤的评价方法

技术领域

本发明属于油气田开发领域，特别涉及一种超高温非常规储层裂缝***损伤的评价方法。

背景技术

压裂是一种石油和天然气开采技术，旨在增加井口附近地层的渗透性以便更有效地从储层中获取石油或天然气。目前，压裂技术已经广泛应用于美国、加拿大、中国、阿根廷等地的非常规储层开采中，由于压裂后可将高压流体注入岩石中以创建裂缝并增加其渗透性，因此该技术可应用到石油和天然气生产、地热能开发和水资源管理等领域。但在压裂过程中，由于岩石表面受到高压液体和砂粒的冲击和摩擦力的作用，导致裂缝和微小裂纹的形成，这些裂缝和裂纹可能会扩展到岩石内部，从而导致储层内部的破裂和损伤，因此裂缝损伤是影响压裂效果和产量的一个重要因素。一方面，在进行压裂过程中，高压液体注入储层中，会对储层岩石造成压力、应力和破碎等不可逆损伤；另一方面，压裂过程中注入的水和化学品可能会与储层中的油气发生化学反应，形成堵塞物，降低储层的油气流动性。综上所述，通过计算非常规储层地质环境下，经压裂作用后岩石样品的孔隙度、渗透率、表观形态、裂缝扩展度、裂缝连通性的变化，能够评价储层裂缝***的综合损伤，从而指导储层开发过程中生产制度的调整以及压裂工艺的改进。

发明内容

本发明的目的是针对非常规储层地质环境下的压裂开采，在物理模拟储层超高温的条件下，通过开展孔渗测试、静态压缩实验、动态弹性波传播实验和电镜扫描实验，对压裂前后储层的孔隙度、渗透率、裂缝扩展度、裂缝连通性以及裂缝表观形态的变化进行全面评估，以了解压裂技术对储层的影响。实验通过获取岩样压裂前后渗透率、孔隙度的变化，计算其孔渗变化率，用以评估储层微观层面的变化；其次，由弹性模量和抗压强度等岩石力学参数可以计算其压裂前后储层裂缝扩展度的变化；再通过测试动力粘度、岩石微粒间作用力等导流参数，计算其压裂前后储层裂缝连通性的变化，结合压裂前后电镜扫描图，综合、全面、准确地评估储层的裂缝***损伤情况，评价结果能够真实反映出压裂技术对储层的影响，具有很高的科学性和实用性。依据本发明可以制定出更加适配现场的合理开采方案，并且动态调整压裂方式，确保储层的稳定性和开采可持续性。

为实现上述目的，本发明提供了一种超高温非常规储层裂缝***损伤的评价方法，该方法包括下列步骤：

S100、获取非常规储层岩心，通过真空高温炉加热岩心到1400℃，并设置孔渗联测仪内压为80MPa，在模拟地层环境下进行孔渗测试，获取水力压裂前，岩心的孔隙度Φ₁和渗透率K₁，随后进行电镜扫描，获取水力压裂前岩心裂缝表观形态的电镜图片；

S200、在1400℃、80MPa条件下开展静态压缩实验，获取水力压裂前，模拟地层环境下在内摩擦角Δθ₁下岩心的单轴抗压强度T_p1，以及岩心负载的弹性变量G₁、应变张量H₁和弹性模量E₁；

S300、在1400℃、80MPa条件下开展动态弹性波传播实验，通过剪切试验机，获取水力压裂前，模拟地层环境下的岩心内部的动力粘度V_f1、固定震荡周期内岩心的质量因子η_f1和单位体积岩石微粒间作用力f_int1；

S400、对岩心进行大尺度三轴定向水力压裂，使岩心发生不可逆塑性变形，改变岩心内部裂缝***的构造和联结方式；

S500、在1400℃、80MPa条件下再次开展孔渗测试和电镜扫描，获取水力压裂后、模拟地层环境下的岩心的孔隙度Φ₂和渗透率K₂以及岩心裂缝的表观形态电镜图片，并计算岩心的孔渗变化率K_(Φ)：

式中，K_(Φ)为岩心的孔渗变化率，无量纲量；K₁为水力压裂前岩心的渗透率，单位为mD；K₂为水力压裂后岩心的渗透率，单位为mD；Φ₁为水力压裂前岩心的孔隙度，单位为％；Φ₂为水力压裂后岩心的孔隙度，单位为％；

S600、在1400℃、80MPa条件下再次开展静态压缩实验，获取水力压裂后，模拟地层环境下在内摩擦角Δθ₂下岩心的单轴抗压强度T_p2，以及岩心负载的弹性变量G₂、应变张量H₂和弹性模量E₂，并计算岩心的裂缝扩展度Δγ：

式中，Δγ为裂缝扩展度，无量纲量；E₁为水力压裂前岩心负载的弹性模量，单位为GPa；E₂为水力压裂后岩心负载的弹性模量，单位为GPa；G₁为水力压裂前岩心负载的弹性变量，无量纲量；G₂为水力压裂后岩心负载的弹性变量，无量纲量；H₁为水力压裂前岩心负载的应变张量，无量纲量；H₂为水力压裂后岩心负载的应变张量，无量纲量；T_p1为水力压裂前岩心的单轴抗压强度，单位为MPa；T_p2为水力压裂后岩心的单轴抗压强度，单位为MPa；Δθ₁为水力压裂前内摩擦角，单位为°；Δθ₂为水力压裂后内摩擦角，单位为°；

S700、在1400℃、80MPa条件下再次开展动态弹性波传播实验，获取水力压裂后，模拟地层环境下岩心内部的动力粘度V_f2、固定震荡周期内岩心的质量因子η_f2和单位体积岩石微粒间作用力f_int2，并计算岩心的裂缝连通性变化率Δε；

式中，Δε为裂缝连通性变化率，无量纲量；V_f1为水力压裂前岩心内部的动力粘度，单位为mPa·s；V_f2为水力压裂后岩心内部的动力粘度，单位为mPa·s；η_f1为水力压裂前岩心的质量因子，无量纲量；η_f2为水力压裂后岩心的质量因子，无量纲量；K为渗透率，单位为mD；f_int1为水力压裂前单位体积岩石微粒间作用力，MPa；f_int2为水力压裂后单位体积岩石微粒间作用力，MPa；K₁为水力压裂前岩心的渗透率，单位为mD；K₂为水力压裂后岩心的渗透率，单位为mD；

S800、根据获取的实验系数，由公式计算出岩心裂缝***损伤评价系数δ；

δ＝[0.4(1-K_(Φ))+0.3Δγ+0.3Δε]

式中，δ为裂缝***损伤评价系数，无量纲量；K_(Φ)为岩心的孔渗变化率，无量纲量；Δγ为裂缝扩展度，无量纲量；Δε为裂缝连通性变化率，无量纲量。

S900、根据δ计算结果进行岩心裂缝***损伤评价，依照不同的评价结果，在生产过程中选择不同的压裂方式进行开采，指导并优化压裂工艺，岩心裂缝***损伤评价具体为：当-1＜δ＜0时，压裂后储层裂缝***的稳定性和储集能力降低；当δ＝0，压裂后储层裂缝***的稳定性和储集能力未受影响；当0＜δ＜2，压裂后储层裂缝***的稳定性和储集能力小幅提升；当δ≥2时，压裂后储层裂缝***的稳定性和储集能力大幅提升。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)评价系数直观，评价体系便捷有效；(2)评价体系兼顾了影响裂缝***的多重因素，使评价结果更加可靠；(3)评价方法易于推广。

附图说明

在附图中：

图1是本方法技术路线图。

图2是1400℃、80MPa条件下水力压裂前岩心裂缝***的电镜扫描图。

图3是1400℃、80MPa条件下水力压裂后岩心裂缝***的电镜扫描图。

具体实施方式

本发明提供了一种超高温非常规储层裂缝***损伤的评价方法，图1为本方法的技术路线图，本方法包括下列步骤：

第一，获取非常规储层的岩心并进行清洗和光滑处理，将清洗后的岩心置于真空高温炉中，将温度升至1400℃并保持1小时，以消除岩心中的气水相，使样品达到稳定状态；

第二，设置孔渗联测仪内压为80MPa，加压后使得接下来的所有实验均处于模拟地层条件(1400℃、80MPa)下，随后测量在水力压裂前，岩心的孔隙度Φ₁和渗透率K₁，测量完毕后使用ZIESS-Sigma500电子扫描显微镜对样品进行扫描，以获取水力压裂前岩心裂缝的表观形态电镜图1；

表1

孔隙度Φ1(％)	渗透率K1(mD)
		3.2	0.72

第三，在模拟地层条件下开展静态压缩实验，先将岩心放入岩石力学试验机中，施加垂直于岩心轴向的静载荷，随后根据生产资料设置与地层条件配伍的试验温度、压力速率、荷载速率和应变速率，负载15分钟后在内摩擦角Δθ₁下获取水力压裂前，岩心的单轴抗压强度T_p1，以及岩心所负载的弹性变量G₁、应变张量H₁和弹性模量E₁；

表2

第四，在模拟地层条件下开展动态弹性波传播实验，利用剪切试验机，加入现场所使用的压裂液，施加流体动力并测量岩心内部的动力粘度V_f1，随后施加横向动载荷，获取岩心在固定震荡周期内的质量因子η_f1，进而得到单位体积岩石微粒间作用力f_int1；

表3

第五，将岩心安置在岩心夹持器中，调整夹持器压力，并在压力容器内加入压裂液，以恒定的流速和压力对岩心进行大尺度三轴定向水力压裂，使岩心发生不可逆塑性变形，在避免对岩心样品造成过度损伤的条件下，改变岩心内部裂缝***的构造和联结方式；

第六，将水力压裂后的岩样，使用孔渗联测仪测量其裂缝***被损伤后的孔隙度Φ₂和渗透率K₂，再次使用ZIESS-Sigma500电子扫描显微镜对样品进行扫描，以获取水力压裂后岩心裂缝的表观形态电镜图2，由电镜图清晰可见，岩石样品裂缝开度明显增加，黏土矿物暴露在裂缝外表面，且由于岩样裂缝***损伤，可通过公式计算岩心的孔渗变化率K_(Φ)：

式中，K_(Φ)为岩心的孔渗变化率，无量纲量；K₁为水力压裂前岩心的渗透率，单位为mD；K₂为水力压裂后岩心的渗透率，单位为mD；Φ₁为水力压裂前岩心的孔隙度，单位为％；Φ₂为水力压裂后岩心的孔隙度，单位为％；

表4

孔隙度Φ2(％)	渗透率K2(mD)	岩心的孔渗变化率K(Φ)
			4.1	1.35	1.16

第七，将水力压裂后的岩心涂覆薄膜再放入岩石力学试验机中，改在同样的压力速率、荷载速率和应变速率下负载15分钟，得到水力压裂后，岩心在内摩擦角Δθ₂下岩心的单轴抗压强度T_p2，以及岩心所负载的弹性变量G₂、应变张量H₂和弹性模量E₂，并计算岩心的裂缝扩展度Δγ

式中，Δγ为裂缝扩展度，无量纲量；E₁为水力压裂前岩心负载的弹性模量，单位为GPa；E₂为水力压裂后岩心负载的弹性模量，单位为GPa；G₁为水力压裂前岩心负载的弹性变量，无量纲量；G₂为水力压裂后岩心负载的弹性变量，无量纲量；H₁为水力压裂前岩心负载的应变张量，无量纲量；H₂为水力压裂后岩心负载的应变张量，无量纲量；T_p1为水力压裂前岩心的单轴抗压强度，单位为MPa；T_p2为水力压裂后岩心的单轴抗压强度，单位为MPa；Δθ₁为水力压裂前内摩擦角，单位为°；Δθ₂为水力压裂后内摩擦角，单位为°；

表5

第八，在模拟地层条件下，对水力压裂后的岩心再次开展动态弹性波传播实验，施加与此前相同的流体动力和横向动载荷，得到此时岩心的动力粘度V_f2、质量因子η_f2和单位体积岩石微粒间作用力f_int2，并计算岩心的裂缝连通性变化率Δε；

式中，Δε为裂缝连通性变化率，无量纲量；V_f1为水力压裂前岩心内部的动力粘度，单位为mPa·s；V_f2为水力压裂后岩心内部的动力粘度，单位为mPa·s；η_f1为水力压裂前岩心的质量因子，无量纲量；η_f2为水力压裂后岩心的质量因子，无量纲量；K为渗透率，单位为mD；f_int1为水力压裂前单位体积岩石微粒间作用力，MPa；f_int2为水力压裂后单位体积岩石微粒间作用力，MPa；K₁为水力压裂前岩心的渗透率，单位为mD；K₂为水力压裂后岩心的渗透率，单位为mD；

表6

第九，根据所得岩心的孔渗变化率K_(Φ)、裂缝扩展度Δγ和裂缝连通性Δε，计算出在高温条件下非常规储层岩心样品经过水力压裂后，裂缝***损伤评价系数δ：

δ＝[0.4(1-K_(Φ))+0.3Δγ+0.3Δε]

式中，δ为裂缝***损伤评价系数，无量纲量；K_(Φ)为岩心的孔渗变化率，无量纲量；Δγ为裂缝扩展度，无量纲量；Δε为裂缝连通性，无量纲量；

表7

岩心的孔渗变化率K(Φ)	裂缝扩展度Δγ	裂缝连通性变化率Δε	裂缝***损伤评价系数δ
				1.16	4.88	-0.02	1.39

第十，经水力压裂后，通过对比心压裂前后裂缝表观形态的电镜图2、图3可见：岩样的裂缝数量、裂缝宽度、裂缝排列方向等影响裂缝形态的参数均会发生变化，由经验-半关系式计算拟合结果可知，在超高温条件下岩石的孔渗特性、裂缝连通性以及裂缝扩展度会发生进一步改变，而评价所得到的系数δ可以对岩石所在储层的裂缝***损伤进行判定，使压裂产生的影响具象化；

表8

第十一，通过评价结果可以判断储层经过水力压裂后，裂缝***会对开采产生正向作用还是负面作用，并根据影响能力的强弱，调整压裂工艺，该评价方法可以更好地使物理模拟实验结果与储层生产数据相结合，从而指导现场更加合理地进行开采。

进一步的，所述岩心裂缝***损伤评价系数δ、岩心裂缝***损伤评价；

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)评价系数直观，评价体系便捷有效；(2)评价体系兼顾了影响裂缝***的多重因素，使评价结果更加可靠；(3)评价方法易于推广。

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 (1)

1.一种超高温非常规储层裂缝***损伤的评价方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

S100、获取非常规储层岩心，通过真空高温炉加热岩心到1400℃，并设置孔渗联测仪内压为80MPa，在模拟地层环境下进行孔渗测试，获取水力压裂前，岩心的孔隙度Φ₁和渗透率K₁，随后进行电镜扫描，获取水力压裂前岩心裂缝表观形态的电镜图片；

S200、在1400℃、80MPa条件下开展静态压缩实验，获取水力压裂前，模拟地层环境下在内摩擦角Δθ₁下岩心的单轴抗压强度T_p1，以及岩心负载的弹性变量G₁、应变张量H₁和弹性模量E₁；

S300、在1400℃、80MPa条件下开展动态弹性波传播实验，通过剪切试验机，获取水力压裂前，模拟地层环境下的岩心内部的动力粘度V_f1、固定震荡周期内岩心的质量因子η_f1和单位体积岩石微粒间作用力f_int1；

S400、对岩心进行大尺度三轴定向水力压裂，使岩心发生不可逆塑性变形，改变岩心内部裂缝***的构造和联结方式；

S500、在1400℃、80MPa条件下再次开展孔渗测试和电镜扫描，获取水力压裂后、模拟地层环境下的岩心的孔隙度Φ₂和渗透率K₂以及岩心裂缝的表观形态电镜图片，并计算岩心的孔渗变化率K_(Φ)：

式中，K_(Φ)为岩心的孔渗变化率，无量纲量；K₁为水力压裂前岩心的渗透率，单位为mD；K₂为水力压裂后岩心的渗透率，单位为mD；Φ₁为水力压裂前岩心的孔隙度，单位为％；Φ₂为水力压裂后岩心的孔隙度，单位为％；

S600、在1400℃、80MPa条件下再次开展静态压缩实验，获取水力压裂后，模拟地层环境下在内摩擦角Δθ₂下岩心的单轴抗压强度T_p2，以及岩心负载的弹性变量G₂、应变张量H₂和弹性模量E₂，并计算岩心的裂缝扩展度Δγ：

式中，Δγ为裂缝扩展度，无量纲量；E₁为水力压裂前岩心负载的弹性模量，单位为GPa；E₂为水力压裂后岩心负载的弹性模量，单位为GPa；G₁为水力压裂前岩心负载的弹性变量，无量纲量；G₂为水力压裂后岩心负载的弹性变量，无量纲量；H₁为水力压裂前岩心负载的应变张量，无量纲量；H₂为水力压裂后岩心负载的应变张量，无量纲量；T_p1为水力压裂前岩心的单轴抗压强度，单位为MPa；T_p2为水力压裂后岩心的单轴抗压强度，单位为MPa；Δθ₁为水力压裂前内摩擦角，单位为°；Δθ₂为水力压裂后内摩擦角，单位为°；

S700、在1400℃、80MPa条件下再次开展动态弹性波传播实验，获取水力压裂后，模拟地层环境下岩心内部的动力粘度V_f2、固定震荡周期内岩心的质量因子η_f2和单位体积岩石微粒间作用力f_int2，并计算岩心的裂缝连通性变化率Δε；

式中，Δε为裂缝连通性变化率，无量纲量；V_f1为水力压裂前岩心内部的动力粘度，单位为mPa·s；V_f2为水力压裂后岩心内部的动力粘度，单位为mPa·s；η_f1为水力压裂前岩心的质量因子，无量纲量；η_f2为水力压裂后岩心的质量因子，无量纲量；K为渗透率，单位为mD；f_int1为水力压裂前单位体积岩石微粒间作用力，MPa；f_int2为水力压裂后单位体积岩石微粒间作用力，MPa；K₁为水力压裂前岩心的渗透率，单位为mD；K₂为水力压裂后岩心的渗透率，单位为mD；

S800、根据获取的实验系数，由公式计算出岩心裂缝***损伤评价系数δ；

δ＝[0.4(1-K_(Φ))+0.3Δγ+0.3Δε]

式中，δ为裂缝***损伤评价系数，无量纲量；K_(Φ)为岩心的孔渗变化率，无量纲量；Δγ为裂缝扩展度，无量纲量；Δε为裂缝连通性变化率，无量纲量；

S900、根据δ计算结果进行岩心裂缝***损伤评价，依照不同的评价结果，在生产过程中选择不同的压裂方式进行开采，指导并优化压裂工艺，岩心裂缝***损伤评价具体为：当-1＜δ＜0时，压裂后储层裂缝***的稳定性和储集能力降低；当δ＝0，压裂后储层裂缝***的稳定性和储集能力未受影响；当0＜δ＜2，压裂后储层裂缝***的稳定性和储集能力小幅提升；当δ≥2时，压裂后储层裂缝***的稳定性和储集能力大幅提升。