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压裂技术在非常规能源中的应用

发布时间:2021-03-14人气:

  Huron页岩是较早发现的页岩气藏之一。与所有页岩气藏一样,开发是一个难题。页岩的地层物性与常规生产天然气的砂岩、灰岩和砂泥岩不同。所以油气藏中的烃类(天然气)开发也比较特殊。

  页岩的重要特性是极低的渗透率(μm),因此,页岩气藏天然气主要的储存和运移通道来自一系列的天然裂缝网络。所以对页岩天然裂缝网络的压裂是研究目的。

  压裂作用页岩具有极低的渗透率和孔隙度,因而生产天然气就需要存在天然裂缝网络。在Huron页岩地区,压裂就是为了沟通天然裂缝网络,创造天然气的运移通道(解析媒介)。

  几个不同的方法可以对Huron页岩进行增产。比如氮气压裂或者使用不同质量分数的泡沫压裂等。这两种主要的压裂方法又可以演绎出许多压裂方式,比如改变排量、泡沫质量分数、砂量和氮气量。

  因此,进行压裂设计时要做几方面工作,要知道深度、作业位置、地层厚度和伽马测井解释结果。

  天然气的存储天然气以吸附气的状态储存在岩石孔隙中或者天然裂缝网络当中。页岩与常规油气藏不同,它的孔隙度和渗透率都极低。这种特性将页岩归入非常规油气藏当中。常规气藏的天然气储存在孔隙度和渗透率都较高的孔隙中,生产时能从远处运移到井筒中。

  泡沫压裂在压裂液中加入起泡剂,并且与氮气一起泵入。泡沫是气体在水中乳化,使用表面张力来悬浮和携带支撑剂。

  使用泡沫和氮气压裂的原因对Huron页岩使用泡沫和氮气压裂的两个主要原因是:地层压力较低以及页岩对液体的敏感性。这两个方法都使用氮气,这是为了增加地层能量,有助于压裂液的返排。这些液体能够对地层集聚和产生足够的净压力,从而使地层破裂。

  地层敏感性页岩对清水的敏感性来自粘土。重要的问题是绿泥石遇水膨胀。使用高质量分数的泡沫可以降低粘土引起的问题。在压裂中也添加其它添加剂以降低粘土引起的其它问题。

  压裂液主要考虑压裂液的配伍性,再考虑压裂液的携砂能力。Huron页岩含有大量的水敏性粘土矿物,所以基液要与粘土配伍。基液通常使用2%的氯化钾溶液或其它相似的添加剂。然后再看压裂的携砂能力。有些只是用泡沫,并依靠泡沫的表面张力就能携带支撑剂。有些会提高液体的粘度,保证其施工时的携砂能力。

  胍胶瓜胶用来提高携砂能力,被广泛使用。基于胍胶的冻胶容易得到、价格便宜,在压裂领域中久经考验。但有个缺点就是会在地层中留下残渣,对生产造成问题。残渣会积聚并且堵塞孔隙吼道(“滤饼”),使得天然气无法“逃出”地层。

  粘弹性表面活性剂作为压裂使用的交联剂“初登舞台”。添加剂的分子疏水端相连,能够显著增大液体粘度。这些分子链能够重叠并交织在一块形成凝胶。它有一个优点就是不需要使用破胶剂。粘弹性表面活性剂会在地层水和烃中分解。它们很容易操作,因为你不需要使用众多的添加剂,你只要运转这一种化合物。但有一个缺点就是需要很大的剂量,开支大。

  在选择支撑剂时,主要考虑地层闭合压力和支撑剂嵌入情况。这两种情况都会造成地层渗透率的下降,因为支撑剂会压碎在一块,制造对地层有害的微粒,或者裂缝宽度减小。20/40目的白色石英砂是常使用的支撑剂。这种支撑剂的特性符合Huron地层的要求。支撑剂的圆度和球度也要适宜,因为棱角和不规则边缘可能被压碎,并嵌入地层,制造的裂缝孔隙度也较低。

  “尾追”支撑剂支撑剂的回流也是个问题,可以使用微可变形的石英砂。这种柔韧的的支撑剂放置在砂子尾部(尾追),使用的浓度是10-15%。它能锁住前面的支撑剂,就像“垫子”一样。使用尾追柔韧的砂子,使得前面的支撑剂尽可能少的受到地层(挤)压力,并减少微粒的产生。这样能帮助维持裂缝渗透率和裂缝宽度,以及气井产能。

  低密度支撑剂这些支撑剂的密度接近,跟水一样。低密度的支撑剂可以很好的悬浮在液体中。支撑剂的悬浮性越好,它们就越容易运移到(井筒)裂缝的远端,而且不会出砂。更多的支撑剂将被带入地层。因为密度低,所以每磅支撑剂的体积就比较高,相比较常规支撑剂,补偿了一定费用。

  氮气氮气作为压裂液也是Huron页岩增产的常用措施。使用氮气的原因是Huron页岩具有水敏性。将氮气或气体(gas)作为压裂液,可以根除所有由清水引起的问题。但这个方法的问题是不能使用支撑剂维持裂缝开启。因为Huron页岩压裂的目的是沟通天然裂缝,有些地方不使用支撑剂也收到良好的效果。其它一些天然裂缝发育较高的地方就需要使用泡沫和支撑剂压裂才能收到预期效果。

  1、天然裂缝中的气体通常是游离气,当裂缝与稳定的流动通道连通时,气体是可以流动的。

  2、在孔隙中的天然气难以流动,因为水分子通常比页岩孔隙要大。这样天然气的生产速度比较缓慢,虽然天然气的扩散机制看似是可行的,天然气如何穿过水的包裹仍然是个迷。

  3、天然气还可能吸附在岩石矿物表面,通过水驱过裂缝或者稍大的孔隙来释放压力。这些介质内的天然气量取决于页岩的特征(和含水饱和度),以及采气阶段(游离气先开发,解析气后开发)和天然气开采的持续时间。要使得页岩气具有开采经济价值,需要广泛的裂缝增产来开启、沟通和稳定的天然裂缝系统。

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