页岩气储层压后返排评估研究

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1、中图分类号：TE37单位代码：11414学号：2013312058题目页岩气储层压后返排评估研究学科专业油气田开发工程研究方向油气田开发理论与系统工程博士生林魂指导教师张士诚教授二○一七年五月ResearchonPost-FracFlowbackofShaleGasReservoirsDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,BeijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorof

2、EngineeringByLinHun（OilandGasDevelopmentEngineering）DissertationSupervisorProf.ZhangShichengMay,2017摘要摘要随着全球常规油气资源的可采储量逐年衰减，页岩气作为一种潜力巨大的新型非常规天然气资源逐渐进入石油工业界的视野。我国页岩气资源储量巨大，对于亟待解决能源缺口逐年增大、合理调整能源结构、促进节能减排等难题的中国来说，能否实现页岩气资源的高效经济工业化生产具有重大战略意义。目前，水平井分级多簇压裂技术是开发页岩气资

3、源的最有效手段。与常规油气藏压裂相比，页岩储层压裂后压裂液返排率极低，导致大量压裂液滞留地层。因此，深入开展研究页岩储层压裂液的运移与滞留控制机理，有助于对页岩气清水压裂增产改造技术提出更深刻的认识和见解。本文针对四川盆地页岩，首先开展了孔渗参数、矿物成分、润湿性及微观孔隙结构等基础实验，深入分析评价了页岩储层物性，为后续研究奠定了基础。其次，采用最新的核磁共振技术，首次直接测量页岩自发渗吸过程中不同时刻含水饱和度沿岩心轴向分布及前缘位置。通过与砂岩自发渗吸的含水饱和度曲线形态进行对比，分析了页岩自发渗吸的特征和

4、规律。在此基础上，系统研究了粘土含量、自吸液矿化度、表面活性剂、层理方向等不同因素对页岩自发渗吸过程的影响。然后，采用高温高压驱替——核磁共振扫描一体化实验装置，从未吸水端氦气驱替自吸结束的页岩，以模拟页岩压后返排过程。通过对驱替过程中获得的核磁共振数据进行分析，深入认识了页岩储层压裂液滞留控制机理，进而系统探索了粘土含量、自吸液矿化度、表面活性剂、层理方向等不同因素对返排驱替过程的影响。最后，建立了符合页岩返排过程特征的数值模型。结合实验结果，通过调整模型的毛细管力曲线，对含水饱和度曲线进行拟合，得到了一条包含

5、了毛细管力和化学渗透压综合作用的毛细管力曲线，提高了返排模型的结果精度。基于建立的数值返排模型，从数模角度研究了页岩储层压后压裂液侵入地层及返排的特征，分析了注入压力、基质渗透率、吸附解吸附对返排的影响。本文采用实验测试和数值模拟研究相结合的方法，探索研究了页岩压后返排率极低的现象，解释了压裂液大量滞留地层的原因。研究成果为优化页岩气水力压裂技术的施工方案和增产效果评价提供理论依据。关键词：页岩气；压后返排；核磁共振；数值模拟-II-ABSTRACTResearchonPost-FracFlowbackonSha

6、leGasReservoirsABSTRACTWiththerecoverablereserveofconventionalhydrocarbondecreasingprogressivelyallovertheworld,shalegashasemergedasapotentiallysignificantsourceofnewandunconventionalnaturalgasreserves.ShalegashashugereservesinChina.Thegoalthatmakestheproduct

7、ionofshalegaseffectiveandeconomicisstrategicallymeaningfultoChina,whichaimstosolvetheenergygap,optimizetheenergystructureandpromoteemissionreduction.Atpresent,studieshaveproventhatmultistagehydraulicfracturinginhorizontalwellsisthemosteffectivetechnologyforex

8、ploitingshalereservoirs.Comparedwithhydraulicfracturinginconventionalreservoirs,hydraulicfracturinginshalereservoirsischaracterizedbythelowflowbackefficiencyoffracturingfluid,resultingint