本發(fā)明涉及非常規(guī)致密砂巖油氣勘探和開發(fā)過程中壓裂液損害的評價實驗方法，屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

致密砂巖氣其在全球分布范圍廣、儲量巨大，對其進(jìn)行勘探開發(fā)的工藝技術(shù)與用于常規(guī)油氣資源的技術(shù)存在密切聯(lián)系，大部分用于常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的工藝技術(shù)也同樣可適用于致密砂巖氣系統(tǒng)，所以經(jīng)常也將致密砂巖氣稱之為“非常規(guī)中的常規(guī)能源”。其中2010年我國致密砂巖大氣田共產(chǎn)氣222.5×10⁸m³，占當(dāng)年全國產(chǎn)氣量的23.5％。可見，中國致密砂巖大氣田總儲量和年總產(chǎn)量已分別約占全國天然氣儲量和產(chǎn)量的三分之一和四分之一。隨著日益增長的能源需求，致密砂巖氣對我國油氣能源的儲備和供應(yīng)的意義更加重要。

我國定義致密砂巖氣為覆壓基質(zhì)條件滲透率≤0.1×10^-3μm²的砂巖氣層，單井一般無自然產(chǎn)能，或自然產(chǎn)能低于工業(yè)氣流下線，但在一定經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)措施下，可以獲得工業(yè)天然氣產(chǎn)能。通常情況下，這些措施包括壓裂、水平井、多分支井等。實踐證明，壓裂改造己成為降低單井施工成本，提高油氣田整體開發(fā)效益的重要技術(shù)措施之一。

壓裂過程中，液體被泵入井中的速度快于液體在地層中的擴(kuò)散，使地層壓力升高，由壓裂液內(nèi)部壓力產(chǎn)生的張性環(huán)狀應(yīng)力導(dǎo)致了在井筒中沿軸向破裂地層。因為大多數(shù)井是垂直的并且最小應(yīng)力是最小水平應(yīng)力，初始的撕裂導(dǎo)致了在地層中形成一條垂直的、平面的裂紋。破裂與早期的裂縫增長暴露出了新的地層面積，液體慮失入地層的速率開始增加。此時，若泵入速率維持在高于液體濾失速率，那么新的造縫將繼續(xù)擴(kuò)展與增長。這種增長又使得地層暴露出更多的面積。壓裂改造不僅可以解除儲層污染，減少地層傷害，還可以在井筒一定范圍內(nèi)產(chǎn)生大量的人工水力裂縫，這些人工水力裂縫在地層中延伸、擴(kuò)展，相應(yīng)擴(kuò)大了井筒，暴露了更多的產(chǎn)層，可使氣井產(chǎn)能大幅度提高。

然而致密砂巖氣儲層具有儲層致密、納-微孔喉、低初始含水飽和度、敏感性礦物富集、裂縫發(fā)育等特點。水力壓裂過程中，極易發(fā)生速敏、水敏、鹽敏、水鎖以及殘渣殘膠附著等傷害。而我國現(xiàn)行石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358-2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》中提出了工作液損害評價方法，該方法使用選擇的實驗流體測定巖樣初始液體滲透率，一般為模擬地層水。在設(shè)定的實驗條件下，將工作液注入巖心。工作液注入巖心的方向、注入倍數(shù)以及巖樣與工作液接觸時間依據(jù)工作液的性質(zhì)決定。最后使用選擇的實驗流體測定工作液注入后巖心的滲透率。以工作液注入前后巖樣滲透率差與初始滲透率比值作為工作液評價指數(shù)。

但針對致密砂巖氣儲層壓裂液損害評價，現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)存在不合理之處：1)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要參考油藏評價方法，以液相作為驅(qū)替介質(zhì)。但液相在致密砂巖氣儲層中滲流粘滯阻力大，導(dǎo)致實驗壓差大、耗時長、數(shù)據(jù)不可靠等，同時液相評價也不符合致密砂巖氣地層滲流特征；2)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用工作液驅(qū)替巖心。而實際壓裂過程中，通過快速地將壓裂液泵入井筒內(nèi)，使得壓裂液泵入速度快于壓裂液在地層中的濾失速度，壓裂液內(nèi)部壓力產(chǎn)生的張性環(huán)狀應(yīng)力導(dǎo)致井筒中沿軸向撕裂地層，并持續(xù)的泵入壓裂液使新的造縫繼續(xù)擴(kuò)展與增長。壓裂液撕裂地層過程中，地層可能會受到壓裂液的復(fù)合型傷害，包括速敏、鹽/水敏、水鎖、聚合物堵塞和不配伍沉淀等傷害。

壓裂液損害評價是致密砂巖氣合理開發(fā)與儲層保護(hù)的技術(shù)基礎(chǔ)，也是油氣田開發(fā)這個系統(tǒng)工程中很重要的一個環(huán)節(jié)。然而，當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的評價方法不能完全適用于致密砂巖氣的開發(fā)需要，形成針對致密儲層的壓裂液損害評價方法對致密砂巖氣儲層保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)開發(fā)具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種致密砂巖氣儲層壓裂液損害評價實驗新方法，該方法采用高速離心機(jī)建立儲層原始含水飽和度；通過對壓裂液加壓，使高壓壓裂液瞬間反向侵入巖心來模擬實際壓裂過程中壓裂液的瞬間撕裂地層；采用氮氣作為測試滲透率的介質(zhì)，根據(jù)氣測滲透率變化率判斷壓裂液損害程度。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

致密砂巖氣儲層壓裂液損害實驗評價方法，包括如下步驟：

S1、沿井底壓裂方向取巖心，巖心直徑為1英寸或1.5英寸，長度不小于直徑的1.5倍；取出巖心進(jìn)行切割，保持巖樣端面與柱面平整，巖心井底壓裂方向的反方向為實驗測試的正方向；巖心進(jìn)行清洗處理，去除殘留的油漬和鹽漬；對清洗后的巖心烘干處理后，稱巖心干重G₀；

S2、巖心放入真空-高壓飽和裝置，真空室抽真空不小于12h，保持真空壓力小于-0.09MPa，將脫氣后的模擬地層水放入真空室內(nèi)浸沒巖心，并繼續(xù)抽真空不小于2h，再采用加壓裝置對飽和巖心維持高壓不小于12h，飽和壓力不小于25MPa；加壓飽和使模擬地層水進(jìn)入連通不好的孔隙空間和未發(fā)生自發(fā)吸入的孔隙為止；

S3、采用高速離心機(jī)離心巖心建立儲層原始含水飽和度，離心轉(zhuǎn)速為恒速10000r/min，離心過程中每10min調(diào)換巖心方向再離心，保證流體分布均勻；每次離心后稱巖心重量G_j，通過巖心干重G₀、離心前巖心初始重量G_w和每次離心后巖心稱重G_j，計算巖心含水飽和度S_wj，計算公式為：

S_wj＝(G_j-G₀)/(G_w-G₀)×100％；

直至計算出離心后巖心含水飽和度S_wj達(dá)到儲層原始含水飽和度S_wi；若缺乏致密砂巖氣儲層原始含水飽和度資料，采用含水飽和度30％為儲層原始含水飽和度S_wi；達(dá)到目標(biāo)含水飽和度后，使用氮氣正向驅(qū)替巖心，測試在儲層原始含水飽和度S_wi下的氣體滲透率K_g1；

S4、利用高壓加壓裝置對中間容器內(nèi)的壓裂液進(jìn)行加壓，當(dāng)中間容器內(nèi)壓力達(dá)到裂縫內(nèi)凈壓力P_net，裂縫凈壓力使裂縫張開與延伸。打開利用高壓加壓裝置開關(guān)，使高壓壓裂液瞬間反向侵入巖心；壓裂液使裂縫延伸的凈壓力根據(jù)現(xiàn)場施工參數(shù)計算，公式如下：

P_net＝P_f+δ_c

其中，P_net：裂縫內(nèi)的凈壓力，MPa；P_f：裂縫內(nèi)的壓力，MPa；δc：裂縫閉合壓力，MPa。

S5、壓裂液侵入巖心后，密閉放置在巖心夾持器內(nèi)，使用恒溫箱模擬儲層溫度加熱破膠壓裂液；再利用離心法反排破膠后的壓裂液，離心后的含水飽和度達(dá)到儲層原始含水飽和度S_wj；

S6、采用高速離心機(jī)離心反排破膠后壓裂液，巖心離心方向為正向，離心轉(zhuǎn)速為恒速10000r/min；直至離心后巖心含水飽和度S_wj達(dá)到儲層原始含水飽和度S_wi，氮氣正向驅(qū)替巖心測試在儲層原始含水飽和度S_wi下的氣體滲透率K_g2；

S7、根據(jù)K_g1、K_g2計算巖心反排壓裂液后的滲透率變化率R_d，評價壓裂液損害程度。

在步驟S3中，采用離心法建立儲層原始含水飽和度，能避免常規(guī)的氣驅(qū)水在建立含水飽和度過程中，巖心內(nèi)水份揮發(fā)的問題，不會導(dǎo)致鹽析堵塞孔隙、滲透率損害加大；在儲層原始含水飽和度條件下，采用氮氣正向驅(qū)替測試高壓壓裂液瞬間進(jìn)入巖心前后滲透率變化，避免了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用液測評價會導(dǎo)致實驗壓差大、耗時長、數(shù)據(jù)不可靠的問題；并且在儲層原始含水飽和度條件下，氣測滲透率接近儲層原始條件滲流特征。

進(jìn)一步的，所述步驟S5中，壓裂液破膠溫度為儲層溫度，儲層溫度小于等于100℃時，以儲層實際溫度作為破膠溫度進(jìn)行破膠；儲層溫度大于100℃時，以95℃破膠溫度進(jìn)行破膠；破膠時間按配方提供時間或施工工藝設(shè)計要求時間進(jìn)行；采用高速離心機(jī)離心反排破膠后壓裂液，巖心反向驅(qū)替方向指向離心中心，離心轉(zhuǎn)速為恒速10000r/min。

進(jìn)一步的，在步驟S7中，評價壓裂液損害程度計算公式如下：

R_d＝(K_g1-K_g2)/K_g1×100％；

巖心損害程度評價標(biāo)準(zhǔn)為：

本發(fā)明提供的致密砂巖氣儲層壓裂液損害實驗評價方法，有益之處在于：

(1)該方法采用氮氣測試壓裂液注入前后滲透率特征，具有實驗測試壓力小、周期短，數(shù)據(jù)穩(wěn)定等優(yōu)點；同時，氮氣測試滲透率評價壓裂液損害程度符合致密砂巖氣儲層滲流特征；

(2)本發(fā)明采用離心法建立儲層原始含水飽和度，并且在原始含水飽和度條件下測試巖心滲透率。避免了常規(guī)氣驅(qū)建立含水飽和度容易鹽析結(jié)晶堵塞孔喉，增大損害評價結(jié)果；在儲層含有原始飽和度條件下的巖心氣相滲透率不同于單一氣相或液相滲透率，含油原始飽和度條件下的巖心氣相滲透率更加貼近儲層原始條件；

(3)該方法充分模擬高壓壓裂液瞬間撕裂地層，使得儲層壓裂過程中各種損害在室內(nèi)評價過程中體現(xiàn)出來，實現(xiàn)更為精確地評價壓裂液損害程度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實驗流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例的抽空-高壓飽和裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的滲透率測試儀裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例的高壓驅(qū)替及破膠裝置。

圖中：11-高壓加壓裝置，12-高壓壓力表，13-開關(guān)一，14-真空泵，15-壓力表一，16-開關(guān)二，17-中間容器一，18-開關(guān)三，19-加壓釜體；

21-氮氣瓶，22-減壓閥，23-巖心夾持器，24-圍壓泵一，25-壓力表二，26-液膜圖像采集器，27-液膜；

31-壓裂液加壓裝置，32-圍壓泵二，33-中間容器二，34-壓力表三，35-開關(guān)四，36-巖心夾持器二，37-恒溫箱。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖中的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。

下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。

下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

實施例：

如圖1所示，以克拉蘇氣田致密砂巖巖心為例，根據(jù)試井資料，儲層原始含水飽和度為27％。選取兩塊巖性、物性相近的致密砂巖巖心，用本發(fā)明的方法進(jìn)行壓裂液損害實驗評價。

實驗對象A7號干巖心氣測滲透率為0.00644mD，A22號干巖心氣測滲透率為0.00319mD，該地區(qū)地層水礦化度為193900mg/L，儲層溫度為192℃。評價實驗采用胍膠壓裂液，胍膠濃度為0.45％。壓裂液破膠溫度為95℃，破膠時間8h，破膠后粘度為2.8mpa·s。

實施步驟S1，沿井底壓裂方向取心，取心直徑為1英寸，長度大于直徑的1.5倍；取出巖心進(jìn)行切割，保持巖樣端面與柱面平整；采用甲醇等試劑進(jìn)行洗油洗鹽處理；

實施步驟S2，巖心放入抽空-高壓飽和裝置的加壓釜體19，還包括高壓加壓裝置11，高壓壓力表12，開關(guān)一13，真空泵14，壓力表一15，開關(guān)二16，中間容器一17，開關(guān)三18；如圖2所示，打開開關(guān)三18，關(guān)閉開關(guān)一13和開關(guān)二16，利用真空泵14抽真空12h以上，保持真空壓力小于-0.09Mpa。打開開關(guān)二16，將中間容器一17中脫氣后的模擬地層水放入真空室內(nèi)浸沒巖心，關(guān)閉開關(guān)三18，并繼續(xù)抽真空2h以上。關(guān)閉開關(guān)二16，采用高壓加壓裝置11對飽和巖心保持24h以上的高壓，飽和壓力大于25MPa；

實施步驟S3，采用高速離心機(jī)離心巖心建立儲層原始含水飽和度30％，離心轉(zhuǎn)速為恒速10000r/min，離心過程中每10min調(diào)換巖心方向再離心，保證流體分布均勻，直至離心后巖心含水飽和度達(dá)到儲層原始含水飽和度27％。如圖3，利用氣測滲透率儀測試巖心滲透率，滲透率測試儀裝置包括氮氣瓶21，減壓閥22，巖心夾持器23，圍壓泵一24，壓力表二25，液膜圖像采集器26，液膜27；。氮氣正向驅(qū)替巖心測試在含水飽和度27％條件下的氣體滲透率K_g1；A7和A22號巖心氣測滲透率分別為0.000441mD和0.000411mD。

實施步驟S4，利用高壓加壓裝置對中間容器內(nèi)的壓裂液進(jìn)行加壓，如圖4所示，高壓驅(qū)替及破膠裝置，包括壓裂液加壓裝置31，圍壓泵二32，中間容器二33，壓力表三34，開關(guān)四35，巖心夾持器二36，恒溫箱37。關(guān)閉開關(guān)四35，利用壓裂液加壓裝置31對中間容器二33內(nèi)壓裂液加壓，使得中間容器二33內(nèi)的壓裂液壓力達(dá)到裂縫延伸地面壓力，根據(jù)施工參數(shù)計算裂縫延伸地面壓力為13.2MPa。打開開關(guān)四35，使高壓壓裂液瞬間反向侵入巖心夾持器二36內(nèi)的巖心；

實施步驟S5，如圖4所示，壓裂液侵入后巖心后，關(guān)閉開關(guān)四35，密閉放置在巖心夾持器二36內(nèi)，使用恒溫箱37模擬加熱破膠壓裂液，壓裂液破膠溫度為95℃，破膠時間8h；

實施步驟S6，采用高速離心機(jī)離心反排破膠后壓裂液，巖心離心方向為正向(即巖心反向驅(qū)替方向指向離心中心)，離心轉(zhuǎn)速為恒速10000r/min。使巖樣含水飽和度達(dá)到地層原始含水飽和度27％，氮氣正向驅(qū)替巖心測試在含水飽和度27％條件下的氣體滲透率K_g2；A7和A22號巖心氣測滲透率分別為0.000296mD和0.000314mD。

實施步驟S7、根據(jù)K_g1、K_g2計算巖心反排壓裂液后的滲透率變化率R_d，評價壓裂液損害程度。

R_d＝(K_g1-K_g2)/K_g1×100％；

巖心損害程度評價標(biāo)準(zhǔn)為：

實驗結(jié)果見下表1，A7號巖心壓裂液滲透率損害為32.88％，損害程度中等偏弱；A22號巖心壓裂液滲透率損害為23.60％，損害程度弱；

表1壓裂液損害評價實驗結(jié)果

通過以上測試，本發(fā)明提供的壓裂液傷害的評價實驗方法符合原地儲層滲流特征；采用氮氣測試滲透率，實驗壓差小、耗時短、數(shù)據(jù)可靠；壓裂液注入壓力大，能充分模擬高壓壓裂液瞬間破裂地層；能模擬真實壓裂過程，實現(xiàn)儲層壓裂過程中各種傷害都會表現(xiàn)出來，實現(xiàn)更為精確地評價壓裂液損害程度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明并不局限于上述方式，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還能進(jìn)一步改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。