致密储层压后闷井渗吸机理与时间优化研究

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近年来,非常规油气资源产量逐年提高。其中,致密砂岩产量约占其75%以上,战略意义日益凸显。致密储层孔喉结构复杂、孔径小、物性差(φ<10%,K<0.1m D),需通过大规模水力压裂沟通微纳米孔隙。普遍发育的微纳米孔隙使储层具有极强的毛管力,对于储层内部的压裂液具有较强的渗吸作用。水力压裂技术在改造储层的过程中会向储层引入大量的压裂液,通常情况下会对储层造成伤害,影响开发效率。然而,现场的开发实践显示,压后闷井过程中,压裂液在致密储层中的渗吸作用可以起到提高采收率的效果。但目前对不同类型致密储层中渗吸作用的机理尚不明了,导致无法基于机理建立有效的渗吸效果评价模型,并进一步制定最优的闷井时间方案。针对以上问题,本文在致密储层分类的基础上,开展宏观渗吸实验,完善致密储层压裂液渗吸的基本规律及影响因素,采用分子动力学模拟,分析微观尺度下压裂液对致密储层原油的剥离效果与剥离机理,从微观机理上明确了压裂液渗吸作用对致密储层的优势。根据渗吸作用的微观机理,优选菲克定律作为为基础,建立了压后闷井过程中压裂液在毛管力和重力共同作用下自发渗吸进入致密储层的数学模型,并分析了压后闷井过程裂缝周围应力场与温度场分布特征,根据不同井口压力下压裂液渗吸距离确定最佳闷井时间,为不同类型致密储层闷井时间方案的确定奠定基础。具体研究工作与研究成果包括如下几个方面:第一,联合铸体薄片、扫描电镜的基础上,利用恒速压汞、高压压汞、CT扫描和核磁共振等多种实验,分析了研究区致密砂岩储层微观孔喉特征的基础上,考虑多因素影响渗流特征的储层复杂性,选取与物性、微观孔喉结构、渗透特征等参数合成的综合影响因子F和渗透率进行Q型聚类,将致密砂岩储层由好到差分为三类,建立了适合研究区致密砂岩储层的分类评价标准。第二,通过核磁共振实验定量表征不同尺度孔隙的渗吸能力、流体在孔隙中的运移过程,从宏观角度揭示压裂液渗吸规律;并分析了温度、裂缝、孔隙度、渗透率和矿物等因素对压裂液渗吸置换原油的影响规律,结合影响因素分析了闷井所适宜的储层条件。第三,采用分子动力学方法,从微观角度明确了压裂液在致密储层中的渗吸过程以扩散作用为主;揭示了压裂液与孔隙表面作用更强,与吸附烃发生竞争吸附作用,从而将吸附烃置换为游离烃的微观机理;进一步结合孔体积和烃密度评价压裂液,计算了原油置换率,该置换率随压力和孔径的增大而增大。第四,基于宏观实验规律和渗吸微观机理,以菲克定律为基础,建立了描述压裂液渗吸置换原油过程的数学模型。结合研究区裂缝分布特征和井口压力,确定了三类储层在不同条件下的最佳闷井时间。I类储层在压力为45MPa时,闷井时间为15天左右;II类储层在压力为50MPa时,闷井时间为20天左右;III类储层在压力为60MPa时,闷井时间为30天左右。压裂液在致密储层中渗吸规律、微观机理和预测模型的研究有助于深入认识致密储层压裂液渗吸机理,为致密油气闷井时间方案的优化提供理论依据。
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