氧化溶蚀作用增强页岩水相自吸返排能力实验研究

摘要

页岩气藏具有毛管力高、黏土矿物含量高、初始饱和度低、孔隙结构复杂等特征,外来水相极易在毛管力的作用下进入并滞留储层,从而诱发严重水相圈闭损害.水平井分段压裂作为页岩气藏增产改造的主要技术手段,单井入液量大,返排率低,大量压裂液的进入并滞留严重影响页岩气的解吸-扩散-渗流能力.页岩中有机质、黄铁矿等组分易与氧化剂发生氧化反应，且氧化过程会产生H+，氧化反应的同时也伴随着无机矿物的酸溶反应。页岩中组分的氧化溶蚀使得页岩微观孔隙结构发生变化，从而影响页岩水相自吸及返排效果。本文以川东志留系龙马溪组页岩为研究对象，对同一块页岩岩样依次开展自吸流体为模拟地层水(3% KCl溶液)和氧化液(20%H2O2+3% KCl溶液)的自吸实验，利用单位面积自吸量、自吸后岩样渗透率损害率等参数分析氧化溶蚀作用前后自吸能力的变化。研究表明，页岩中黄铁矿、有机质等组分易与氧化液发生氧化溶蚀反应，反应过程中溶液温度升高，同时伴随着Fe3+的产生。岩样自吸氧化液后声波时差变大，岩样微观孔隙结构发生变化，主要表现为孔隙体积增大。自吸氧化液过程中，氧化液在毛管力作用下进入岩样并与岩样发生氧化溶蚀反应，其单位面积自吸量比自吸流体为模拟地层水岩样的单位面积自吸量更大。由于岩样中部分组分被氧化或是溶蚀，岩样孔隙体积增加，最终水相自吸量增大。0.25 MPa返排压差下2次返排的返排率差距最大，利用毛管力公式进行计算可知，页岩氧化溶蚀主要导致微米级孔隙体积增大。氧化溶蚀作用有利于改善页岩微观孔隙结构，有助于页岩水相返排及渗透率恢复。研究页岩氧化溶蚀作用有利于为页岩气藏水相圈闭损害缓解提供理论指导。