壓后燜井機理淺析及對FL頁巖氣開發(fā)的效果影響

劉龍

摘 要：在FL頁巖氣主體區(qū)開發(fā)過程中，壓裂后的試氣方式一直是我們研究的重點內(nèi)容。本文首先從室內(nèi)試驗入手，驗證了頁巖巖心經(jīng)滑溜水浸泡后，孔隙度、滲透率均得到提升;同時對頁巖進行自發(fā)滲析試驗，發(fā)現(xiàn)頁巖自發(fā)滲析后，能產(chǎn)生新的微裂縫，降低裂縫內(nèi)原有含水飽和度，增加氣體滲流通道。最后通過對FL頁巖氣主體區(qū)的試氣情況對比，進一步驗證了壓后燜井對頁巖氣產(chǎn)能的有效影響。

關鍵詞：頁巖氣;燜井;效果影響;巖心浸泡;自發(fā)滲吸

頁巖氣開采過程中，必須對頁巖儲層實施大規(guī)模水力壓裂，才能形成工業(yè)產(chǎn)能。頁巖儲層壓裂過程中壓裂液返排率極低，大量壓裂液滯留于儲層中，但關井一段時間后，產(chǎn)能增加，引起了業(yè)界人士的廣泛關注。出現(xiàn)這種壓裂液殘留地層卻不會污染儲層，反而使得氣井表現(xiàn)出高產(chǎn)的特點的原因成為關注的焦點。滑溜水浸泡是否能提高頁巖氣基質(zhì)的滲透性急需研究。同時針對壓后燜井在FL頁巖氣主體區(qū)的應用效果，提出合理的燜井參數(shù)，進一步提高FL頁巖氣壓后效果。

1 頁巖巖心浸泡試驗

1.1 試驗器材及方法

實驗材料包括YY1HF井巖心兩塊，降阻水500mL。其中降阻水配方：0.08% BRD-JZ3降阻劑+0.1%WDS-2A殺菌劑+0.3%WD-5L黏土穩(wěn)定劑+0.3%WD-12助排劑。

實驗方法：準備兩塊巖心（2.5cm×4cm），對其預處理后，做頁巖脈沖覆壓物性測試，包括孔隙度、滲透率、比表面積等。測試后的巖心用降阻水驅(qū)替48h，實驗測試圍壓范圍0～60MPa，模擬壓后巖心傷害過程。驅(qū)替完成后的巖心測試其物性是否發(fā)生變化，并且用電鏡掃描儀觀測其黏土形態(tài)是否發(fā)生變化，能否改善滲流通道。

1.2 試驗結(jié)果分析

對頁巖進行脈沖覆壓物理測試、氮氣吸脫附測試和電鏡掃描試驗，得出的試驗結(jié)果為：①頁巖在經(jīng)過減阻水浸泡后，巖心樣品的平均孔隙度增加了50%，滲透率增加了25%;②模擬壓后燜井狀態(tài)，在經(jīng)過減阻水浸泡后，巖心的氮氣吸附量降低33%，說明壓后適當?shù)慕萦欣谖綒庀蛴坞x氣轉(zhuǎn)化，提高氣井的初期產(chǎn)量和極限采收率;③通過電鏡掃描觀察，減阻水對巖心適當時間的浸泡，巖心內(nèi)黏土形態(tài)變化不大，僅在空隙中見到少量減阻水試劑絮狀物。

2 頁巖自發(fā)滲析試驗

頁巖樣品取自于重慶地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組地層，實驗前將樣品放在65℃恒溫條件下烘烤，直到質(zhì)量不變，樣品基本物性參數(shù)見表1。頁巖Y2孔隙度小于頁巖Y1，然而其脈沖滲透率遠大于頁巖Y1，這可能是由于頁巖Y2孔隙連通性好。

試驗結(jié)果分析：通過核磁共振技術測試頁巖自發(fā)滲吸的試驗中也發(fā)現(xiàn)，頁巖自發(fā)滲析過程中核磁T2譜變化特征相對于砂巖具有特殊性。頁巖T2譜呈孤立的雙峰特征（左峰面積遠大于右峰面積）。自發(fā)滲吸前期，T2譜增加較快，自發(fā)滲吸80min后，自吸量依然逐漸增加。其左峰的左翼隨自發(fā)滲吸時間延長逐漸重合，表明微孔隙首先被充填;其左峰的右翼振幅逐漸增加，表明其稍大孔隙中水量逐漸增加;同時左峰的右翼逐漸向右移動，表明樣品中產(chǎn)生了新孔隙。自發(fā)滲吸實驗過程中，發(fā)現(xiàn)頁巖樣品表面微裂縫逐漸增加。因此，新產(chǎn)生的孔隙主要為大量微裂縫。頁巖T2譜右峰面積基本無變化，表明大孔或裂縫在自發(fā)滲吸初期瞬間被充滿。

從上述試驗結(jié)果可以看出，頁巖自發(fā)滲吸初期，液體首先迅速填滿大孔隙或大裂縫，隨后優(yōu)先滲吸進入極微孔隙中，且逐漸將其充填滿，稍大孔隙自發(fā)滲吸量緩慢增加，且左峰的右翼逐漸向右移動，表明出現(xiàn)了新的微裂縫。微裂縫中毛管力大，能夠吸入大量壓裂液，且返排壓力往往小于該毛管力，微裂縫中大量壓裂液無法返排，導致壓裂液返排率低，大量滯留于頁巖儲層。關井一段時間后，壓裂液沿微裂縫運移，在毛管力作用下，吸水膨脹產(chǎn)生大量新的微裂縫，降低原裂縫中的含水飽和度，增加了氣體的滲流通道，導致壓裂初期頁巖儲層水鎖能夠自我解除，從而增加頁巖氣產(chǎn)能。

3 FL頁巖氣燜井效果分析

3.1 FL頁巖氣燜井效果統(tǒng)計

目前FL頁巖氣鉆塞試氣期間燜井主要分布于區(qū)塊中部，包括鉆塞前關井和鉆塞后試氣前關井兩種，從統(tǒng)計的35井次中可以看到：①鉆塞前關井氣井的壓力存在部分下降趨勢;②鉆塞后關井氣井壓力主要呈現(xiàn)上升趨勢。

3.1.1 鉆塞前關井

通過對鉆塞前關井情況的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在試氣前未關井的86口生產(chǎn)井平均無阻流量49.6萬方/天，而同區(qū)域采用鉆塞前關井的30口生產(chǎn)井平均無阻流量為56.2萬方/天，高于同區(qū)塊未關井氣井無阻流量，同時關井后鉆塞返排量也低于未關井鉆塞井（未包括鉆塞漏失井次）。

3.1.1.1 焦頁28-1HF井

焦頁28號平臺壓裂施工結(jié)束關井25天后進行鉆塞試氣，通過與鄰近相似地質(zhì)條件、施工規(guī)模氣井對比，發(fā)現(xiàn)關井后氣井無阻流量相對較高。

3.1.1.2 焦頁2-3HF井

焦頁2-3HF與同平臺焦頁2-2HF對比、施工規(guī)模相近（焦頁2-2HF砂量多），焦頁2-3HF在鉆塞期間落物打撈15天（類似燜井），測試時焦頁2-3HF獲得更高無阻流量。

3.1.2 鉆塞后關井

通過對鉆塞后關井的12口井無阻流量統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，鉆塞后關井氣井平均產(chǎn)能高于同區(qū)塊整體無阻流量;同時關井后測試返排低于未關井測試返排液量。

焦頁31-1HF井：鉆塞后關井5天氣井焦頁31-1HF與未關井鄰井焦頁30-1HF井對比、施工規(guī)模相近，關井后氣井無阻流量相對較低。

3.2 FL頁巖氣井燜井認識

初步認為頁巖氣關井（燜井）過程主要影響包括增強壓力的擴散及提高頁巖對壓裂液的吸附率，降低返排，有利于提高氣井單位壓降產(chǎn)量。壓裂液在頁巖中的存在形式主要包括重力水、結(jié)合水和束縛水三種，同時三種存在形式的多少與壓裂改造的裂縫體系相關，改造效果差的氣井重力水較多，表現(xiàn)出返排液多;縫網(wǎng)越復雜，壓裂液與儲層接觸面積越大，由于頁巖氣的黏土礦物顆粒表面常常帶有電荷，表面具有吸附水分子的能力，大于自身重力而形成結(jié)合水，不能在自身重力下運動，當氣井生產(chǎn)壓差變化時，會提高這部分水的運移;同時部分壓裂液也會在壓裂過程中進入基質(zhì)孔隙，這部分水被束縛很難返排。認為燜井有利于提高結(jié)合水吸附量。

但并非所有區(qū)塊頁巖氣井燜井都有益于產(chǎn)能。從前期燜井情況得知，在存在較大尺寸天然裂縫的氣井中采用燜井方式，并未有效提高氣井產(chǎn)能，可能與壓裂液大量濾失，頁巖自發(fā)滲析現(xiàn)象相對較少有關。

4 結(jié)論與認識

①通過巖心浸泡試驗，測得巖心樣品的平均孔隙度增加了50%，滲透率增加了25%。巖心的氮氣吸附量降低了33%，比表面積降低了40%，說明壓后適當?shù)慕莶粌H改善了天然氣滲流通道，使天然氣更容易采出，還有利于吸附氣向游離氣轉(zhuǎn)化，提高氣井初期產(chǎn)量和極限采收率;②頁巖核磁T2譜具有孤立的雙峰特征。隨自發(fā)滲吸時間增加，液體首先瞬間充滿大孔隙和裂縫，隨后液體優(yōu)先進入極微孔隙，稍大孔隙中液體隨著自發(fā)滲吸時間逐漸增加。T2譜左峰的右翼逐漸向右移動，表明頁巖自發(fā)滲吸過程中產(chǎn)生大量的微裂縫;微裂縫吸收是導致壓裂液滯留的重要原因。關井一段時間后，在毛管力的作用下，頁巖中原有微裂縫吸水擴張，并不斷形成新的微裂縫，新微裂縫大量吸水，降低原裂縫中含水飽和度，氣體滲流通道增多，從而使頁巖氣產(chǎn)能增加;③通過對FL頁巖氣主體區(qū)試氣井測試產(chǎn)量對比分析，初步認為頁巖氣關井（燜井）過程主要影響包括增強壓力的擴散及提高頁巖對壓裂液的吸附率，降低返排，有利于提高氣井單位壓降產(chǎn)量。

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