項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目

主要完成人：張烈輝、熊鈺、賈春生、唐洪明、郭晶晶、趙玉龍等

致密氣藏具有孔喉半徑小、高毛管力、黏土礦物豐富等特征，原生水飽和度高、同時(shí)鉆完井等過(guò)程中各種濾失水也會(huì)導(dǎo)致近井地帶高含水飽和度，這些水極大地阻礙了致密氣的流動(dòng)。本項(xiàng)目針對(duì)降低致密氣藏含水的干化劑研制、干化反應(yīng)相態(tài)、微觀(guān)孔喉表征及儲(chǔ)層微觀(guān)條件下的干化滲流、干化產(chǎn)能及干化下微尺度數(shù)值模擬等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展研究。

研究取得了如下創(chuàng)新性成果：

（1）發(fā)明了適用于致密儲(chǔ)層的干化劑配方以及干化劑與地層水反應(yīng)的抗鹽配方，揭示了干化反應(yīng)延遲作用機(jī)理，形成了干化劑在致密儲(chǔ)層微納米孔隙中注入方法的基礎(chǔ)理論，創(chuàng)建了干化劑-致密氣-地層水三相反應(yīng)相態(tài)預(yù)測(cè)理論與技術(shù)。

（2）構(gòu)建了利用核磁共振和激光雕刻孔隙結(jié)構(gòu)模型聯(lián)合表征干化效果的評(píng)價(jià)方法，定性定量評(píng)價(jià)了干化劑對(duì)不同產(chǎn)狀束縛水的干化效果。

（3）創(chuàng)新了乙醇-水混合流體核磁信號(hào)分離技術(shù)，形成了致密砂巖干化滲流實(shí)驗(yàn)方法，揭示了干化作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響程度，優(yōu)選了干化劑注入工藝參數(shù)。

（4）建立了致密砂巖氣藏耦合干化效應(yīng)的產(chǎn)能評(píng)價(jià)及數(shù)值模擬模型，評(píng)價(jià)了干化強(qiáng)度與氣井產(chǎn)能關(guān)系、干化效應(yīng)對(duì)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響，揭示了干化效應(yīng)對(duì)微觀(guān)孔隙尺度致密氣流動(dòng)能力影響機(jī)制。

相關(guān)成果在國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表論文54篇，出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著4部（其中Elsevier出版專(zhuān)著2部），申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利18項(xiàng)（授權(quán)10項(xiàng)）、軟件著作權(quán)8件，獲全國(guó)石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)石油和化工自動(dòng)化行業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，四川省人民政府自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，四川省人民政府科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

科普介紹：

致密氣是我國(guó)天然氣勘探開(kāi)發(fā)的重要領(lǐng)域，但面臨著資源品質(zhì)趨于劣質(zhì)化、有效開(kāi)發(fā)及提高采收率技術(shù)有待提升、開(kāi)發(fā)成本較高等問(wèn)題。目前致密氣藏開(kāi)發(fā)主要采用水平井多段壓裂或縫網(wǎng)壓裂方式投產(chǎn)，但該技術(shù)對(duì)濾失水和原生水水鎖造成的天然氣流動(dòng)通道阻礙只能通過(guò)氣井生產(chǎn)過(guò)程的氣流自身清潔作用來(lái)緩解，地層高含水飽和度造成的井筒產(chǎn)水主要靠化學(xué)泡沫劑排水，但產(chǎn)水對(duì)致密氣氣藏深井而言往往會(huì)導(dǎo)致氣井低產(chǎn)、直至無(wú)產(chǎn)。

針對(duì)致密儲(chǔ)層原始含水飽和度高和壓裂等井筒作業(yè)后侵入地層的濾失水導(dǎo)致的高含水飽和度阻礙天然氣流動(dòng)的問(wèn)題（行業(yè)內(nèi)常常稱(chēng)為“水鎖效應(yīng)”），亟需開(kāi)展地層水“干化”降低儲(chǔ)層含水飽和度、解放天然氣流動(dòng)能力新方法和新技術(shù)的研究。特別是針對(duì)孔隙型致密氣藏的開(kāi)發(fā)來(lái)講，如何降低致密儲(chǔ)層開(kāi)采下限，較大幅度提高致密氣的采收率，是當(dāng)前較為迫切的任務(wù)。

相對(duì)于常規(guī)中高滲氣藏來(lái)講，致密氣藏的儲(chǔ)層孔喉中膠結(jié)物黏土含量較高，且這些黏土礦物以片狀、毛發(fā)狀和絲狀切割孔喉空間，使本來(lái)就很小的微納米孔喉的流動(dòng)孔隙空間進(jìn)一步減小。在地層水飽和度較高的情況下，地層水在遇到這些片狀、毛發(fā)狀和絲狀黏土礦物時(shí)，由于潤(rùn)濕和吸附作用的影響，在氣體的流動(dòng)和擾動(dòng)下，孔喉空間中會(huì)形成類(lèi)似肥皂膜式的薄膜堵塞流動(dòng)，像小孩吹肥皂沫游戲一樣，只有薄膜兩邊達(dá)到一定的壓差、薄膜才會(huì)破裂，后續(xù)的氣體才能向前流動(dòng)。眾所周知，生產(chǎn)井的大部分氣體壓力損耗是在井周?chē)欢ň嚯x范圍之內(nèi)，因此如果能夠使這個(gè)范圍內(nèi)的地層水在一定程度上被“干化”掉，將大幅度提高氣井產(chǎn)量。

“干化”面臨的主要問(wèn)題是：①如何使高礦化度地層水既能蒸發(fā)“干化”又能產(chǎn)生烴類(lèi)氣體增加返排能力，而且還能夠不析出固體鹽類(lèi)、不造成流動(dòng)通道堵塞；②如何能夠讓地下致密儲(chǔ)層中的天然氣快速流動(dòng)、快速地開(kāi)采出來(lái)；③采用什么方法對(duì)這種過(guò)程進(jìn)行模擬分析。

從理論上講，把致密儲(chǔ)層孔喉空間內(nèi)的地層水蒸發(fā)掉一部分是可行的，但是地下致密氣藏的高溫、高壓條件極大地限制了地面實(shí)驗(yàn)成果的應(yīng)用；實(shí)驗(yàn)上對(duì)致密多孔介質(zhì)內(nèi)地層水的賦存狀態(tài)、運(yùn)移方面已有相當(dāng)大的突破，但由于深地高溫高壓下進(jìn)行精細(xì)處理手段和方法等的限制，仍無(wú)法有效改變致密儲(chǔ)層因?qū)觾?nèi)可動(dòng)水和高原生水飽和度導(dǎo)致的低產(chǎn)問(wèn)題，特別是針對(duì)高含水飽和度的孔隙型儲(chǔ)集層。我們?cè)谘芯恐邪l(fā)明了高溫高壓下對(duì)該類(lèi)地層水的“干化處理劑”和防止“干化”過(guò)程中析出鹽類(lèi)損傷儲(chǔ)層流動(dòng)能力的抗鹽劑等，使部分地層水通過(guò)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為烴類(lèi)氣體、部分地層水因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量蒸發(fā)成氣相。大量微觀(guān)刻蝕模型實(shí)驗(yàn)、核磁共振測(cè)試和巖心實(shí)驗(yàn)顯示，所發(fā)明的“干化處理劑”可顯著提高氣孔率和氣體流動(dòng)能力。

由于致密天然氣儲(chǔ)存在接近納米級(jí)的孔隙、甚至納米級(jí)孔隙中，在解決高溫高壓下“干化”和抗鹽后，如何注入和反應(yīng)并進(jìn)行有效返排是另外一個(gè)主要問(wèn)題。因此，項(xiàng)目研究過(guò)程中開(kāi)展了“干化劑”微納米顆粒懸浮注入和“干化劑”流體形式注入地層的實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)，研究了金屬離子型碳族化合物在超臨界CO2的溶解特性和增溶問(wèn)題，并在相態(tài)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立了考慮干化反應(yīng)的相態(tài)預(yù)測(cè)理論方法，為注入工藝設(shè)計(jì)和返排等提供了基本理論基礎(chǔ)。在施工返排中，主要返排CO2、烴類(lèi)氣體、凝析水和少量乙醇，環(huán)保友好無(wú)毒?？紤]干化反應(yīng)的相態(tài)預(yù)測(cè)理論中，針對(duì)關(guān)鍵組分“水”給出了準(zhǔn)確的能量預(yù)測(cè)方法，該方面在“物理化學(xué)”領(lǐng)域中處于國(guó)際領(lǐng)先層次。編制的溶解度預(yù)測(cè)、含干化反應(yīng)的相態(tài)預(yù)測(cè)基本工具和實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比準(zhǔn)確性較好。

“干化”的最終目的是提高產(chǎn)量，干化過(guò)程的滲流涉及到高效返排和氣井生產(chǎn)能力評(píng)價(jià)以及合理產(chǎn)量安排等分析工作。研究工作中，以致密儲(chǔ)層微納米孔隙結(jié)構(gòu)測(cè)試表征和微觀(guān)刻蝕模型中“干化”反應(yīng)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，建立了考慮“干化”效應(yīng)影響的流動(dòng)模型和模擬分析方法，對(duì)致密儲(chǔ)層“干化”及耦合過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算和評(píng)價(jià)。從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面對(duì)注采參數(shù)進(jìn)行了研究和評(píng)價(jià)分析。

項(xiàng)目提出的地層水“干化”降低儲(chǔ)層含水飽和度、解放天然氣流動(dòng)能力的新方法新技術(shù)，為致密氣藏單井產(chǎn)量提高、采收率提高提供了新的途徑和領(lǐng)域。