【摘 要】
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目前,水力压裂技术被广泛运用于页岩气藏储层改造,通过向地下泵注大量的压裂液使储层岩石起裂,并形成缝网以便天然气流入井筒。由于受到地质条件、缝网结构、压力变化和压裂液组成等因素的影响,压裂液在储层中的运移往往非常复杂。如果不能准确地了解压裂液在地下的运移过程,就无法对压裂工艺进行优化,也无法预测气藏采收率。因此,研究压裂液在复杂缝网系统中的运移规律对开发页岩气藏具有重要的技术意义。本论文针对水力压裂
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目前,水力压裂技术被广泛运用于页岩气藏储层改造,通过向地下泵注大量的压裂液使储层岩石起裂,并形成缝网以便天然气流入井筒。由于受到地质条件、缝网结构、压力变化和压裂液组成等因素的影响,压裂液在储层中的运移往往非常复杂。如果不能准确地了解压裂液在地下的运移过程,就无法对压裂工艺进行优化,也无法预测气藏采收率。因此,研究压裂液在复杂缝网系统中的运移规律对开发页岩气藏具有重要的技术意义。本论文针对水力压裂后复杂缝网系统中压裂液运移规律不清的问题,开展了以下研究工作:支撑裂缝导流能力影响因素研究、不同形态缝网中压裂液渗吸侵入特征和机理研究、压裂液返排规律和影响因素研究,并且建立了评价压裂液运移的微观可视化实验方法和多场耦合两相数学模型,阐明了压裂液在复杂缝网中渗吸侵入和返排的机理。本论文的主要内容和认识如下:(1)选取储层岩样进行人工造缝来测试水力压裂后裂缝的导流能力,对支撑剂铺置浓度、铺置方法、粒径以及压裂液粘度对裂缝导流能力的影响进行了研究:铺置大粒径的支撑剂更容易在裂缝中产生导流优势,增加支撑剂铺置浓度能使岩心的等效裂缝宽度和孔隙空间增大,通过对支撑剂铺置方式的优化,降低支撑剂的混合面积,都可以提高改善裂缝的导流能力;当储层围压发生升降变化时,支撑裂缝导流能力受到的损害是不可逆的。(2)利用微观可视化玻璃模型技术,模拟了水力压裂后页岩储层中相互交错的裂缝网络,考虑了主裂缝、分支缝和天然裂缝的四种组合,从微观尺度上定性定量地去研究压裂液的运移过程,揭示了其运移规律及渗吸机理:分支缝能促使压裂液渗吸侵入储层深处,天然裂缝可以作为水力压裂裂缝的延伸点,使压裂液更加高效地进入孔隙;在不同形态裂缝网络中,高浓度压裂液的渗吸侵入程度普遍低于低浓度压裂液;明确了压裂液在渗吸侵入过程中主要受注入压力、毛细管力、粘滞力,和气体压力,在此过程中,驱动力以注入压力和毛细管力为主,阻力以粘滞力为主。(3)通过制作含有储层真实缝网结构的微观玻璃模型,开展了页岩气藏压裂液返排显微可视化实验,研究了浓度、驱替压力对模型中压裂液返排的影响,揭示了压裂液的滞留和返排机理:随着压裂液浓度的降低和气驱压力的增加,压裂液最终返排率上升;返排过程中压裂液的滞留受孔缝微观结构、阻力作用等多因素共同影响,微观模型中的压裂液滞留可分为四种:粘滞滞留、贾敏效应引起的滞留、气体堵塞效应引起的滞留和盲端滞留;粘滞力和毛细管力是压裂液返排的两个重要阻力;微观模型中的压裂液最终返排率随着毛细管数Ca的增加而线性提高。(4)在实验研究的基础上,充分考虑储层中所涉及的复杂机理,建立起页岩气藏多场耦合两相数学模型,针对影响压裂液返排的因素进行了分析,并结合生产数据探究了压裂液返排率对页岩气井产能的影响,结果表明:随着储层中水力裂缝导流能力和基质渗透率的增大,压裂液浓度降低,返排压差提高,气井的累计返排液量会得到不同程度的提升;随着压裂液返排率的升高,研究区块气井的累计产气量呈现增加的趋势。本论文结合室内实验与数值模拟,研究了压裂液在复杂缝网中的运移过程,揭示了压裂液渗吸侵入和返排的机理。研究成果可为页岩储层的压裂改造优化提供理论依据。
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