一种现场页岩气井水岩反应强度的判别方法

1.本发明涉及石油地质勘探技术领域，具体涉及一种现场页岩气井水岩反应强度的判别方法。


背景技术：

2.页岩储层致密，需要借助水力压裂技术创造人工缝网，提高页岩气的渗流能力，实现页岩气的勘探和开发。在压裂过程中，压裂液必然与页岩储层岩石接触，势必会发生复杂的水岩反应作用，导致页岩其井压裂返排液地化性质发生变化。水岩反应越强，代表压裂液与储层岩石之间的接触面积越大，离子交换作用越强，进而揭示压裂效果的优劣。因此，通过页岩气井压裂返排液的地化性质可间接反映出水岩反应强度，进而指导页岩气的开发。
3.页岩气井的压裂返排液地化性质特征的变化原因主要存在水岩反应作用和储层孔隙水的混入。明确水岩反应作用的强弱，也有利于认识页岩气井压裂返排液中孔隙水的占比，对指导现场返排措施施工与压裂返排液处理具有重要意义。目前，判断水岩反应强弱的方法主要是定性方法，主要来源于实验室内实验手段(包含温度、压力及流体性质等)，难以达到现场定量表征井间水岩反应强弱之差。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的问题提供一种可以定量表征井间水岩反应强弱的现场页岩气井水岩反应强度的判别方法。
5.本发明采用的技术方案是：
6.一种现场页岩气井水岩反应强度的判别方法，包括以下步骤：
7.步骤1：采集压裂后页岩气水平井的压裂返排液，测试压裂返排液及生产水样本地球化学参数特征；
8.步骤2：根据参考离子，得到压裂液离子浓度与生产水离子浓度之间的直线关系；
9.步骤3：将步骤1得到的化学特征参数投点于步骤2得到的直线关系形成的图版上；在直线上面的水岩反应的离子来源，在直线下面的为返排过程的沉降作用；
10.步骤4：计算水岩反应强度系数i；
[0011][0012]
其中：cr为水岩反应后增加的离子浓度，c
*
为压裂返排液中标准离子浓度；
[0013]cr
根据压裂返排液中标准离子浓度减去理想状态下标准离子浓度c0得到；
[0014]
步骤5：根据计算得到的水岩反应强度系数，判断水岩反应强度，水岩反应强度系数的值越大，水岩反应强度越强。
[0015]
进一步的，所述步骤4中压裂返排液中标准离子浓度，根据偏离直线关系之上的离子类型计算得到；理想状态下标准离子浓度根据直线关系计算得到。
[0016]
进一步的，其特征在于，所述参考离子为氯离子。
[0017]
进一步的，所述化学参数特征包括以下离子浓度：
[0018]
ca
2+
、mg
2+
、k
+
、na
+
、mn
2+
、sr
2+
、ba
2+
、cl
+
、br-、f-、so
42-。
[0019]
本发明的有益效果是：
[0020]
本发明方法通过现场压裂返排液地化性质分析，依据压裂返排液返排特征，定量现场表征井间水岩反应强弱之差。方法简单，适用于现场进行计算判别。
附图说明
[0021]
图1为本发明实施例中压裂返排液离子浓度(ca
2+
)与混合模型位置分布图。
[0022]
图2为本发明实施例中压裂返排液离子浓度(mg
2+
)与混合模型位置分布图。
[0023]
图3为本发明实施例中压裂返排液离子浓度(sr
2-)与混合模型位置分布图。
[0024]
图4为本发明实施例中压裂返排液离子浓度(ba
2+
)与混合模型位置分布图。
[0025]
图5为本发明实施例中压裂返排液离子浓度(mn
2+
)与混合模型位置分布图。
[0026]
图6为本发明实施例中氯离子和δ
18
o比值的交叉图。
[0027]
图7为本发明实施例中两个井中水岩反应强度与回流时间的关系曲线图。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0029]
一种现场页岩气井水岩反应强度的判别方法，包括以下步骤：
[0030]
步骤1：采集压裂后页岩气水平井的压裂返排液，测试压裂返排液及生产水样本地球化学参数特征；
[0031]
首先采集压裂液，再从开井开始连续采集页岩气井压裂返排液40～50天，每天早上9:00采集一次；选取生产1年的邻井采集生产水样本，作为地层水地化信息的参考依据。地球化学参数特征主要包括以下阴阳离子浓度：
[0032]
ca
2+
、mg
2+
、k
+
、na
+
、mn
2+
、sr
2+
、ba
2+
、cl
+
、br-、f-、so
42-。
[0033]
步骤2：根据参考离子，得到压裂液离子浓度与生产水离子浓度之间的直线关系；由于氯离子在压裂及返排过程中性质相对稳定，可作为保守离子，判断其他离子的吸收与释放。建立压裂液与地层水之间的均匀混合模型，即压裂液离子浓度与生产水(地层水)离子浓度之间的直线关系。
[0034]
步骤3：将步骤1得到的化学特征参数投点于步骤2得到的直线关系形成的图版上；在直线上面的水岩反应的离子来源，在直线下面的为返排过程的沉降作用；
[0035]
分别考虑每种离子浓度与参考离子之间的变化关系，最终计算水岩反应强度系数时，只需要确定其中一种离子即可。
[0036]
步骤4：计算水岩反应强度系数i；
[0037][0038]
其中：cr为水岩反应后增加的离子浓度，
[0039]c*
为压裂返排液中标准离子浓度；选取偏离模型之上的某一离子，作为水岩反应强度计算的标准离子类型，记录其浓度值。理想状态下标准离子浓度即选取的参考离子cl-，理想状态下标准离子浓度，可以根据直线混合模型得到。
[0040]cr
根据压裂返排液中标准离子浓度减去理想状态下标准离子浓度c0得到；
[0041]
步骤5：根据计算得到的水岩反应强度系数，判断水岩反应强度，水岩反应强度系数的值越大，水岩反应强度越强。
[0042]
本发明实施例以四川盆地渝西地区的两口井z202h1和z203为例，两口井的压裂采用了相同的压裂液配方体系，因此在压裂前收集了500ml压裂液，测量其地球化学性质作为参考。页岩气水平井在压裂和浸泡一段时间后回流。每天22:30在现场收集500ml用于实验分析的压裂返排液，密封在塑料瓶中，并带回实验室。z202h1和z203井分别取样108天和38天。在前15天进行连续采样，然后在第二天进行采样。采样时，应移除关井后的第一次，然后进行正常采样。共收集了82个实验分析样本，包括压裂液样本。采集的压裂返排液样品的化学成分和稳定同位素比值分析必须在3天内完成，以避免co
32-和hco
3-之间的相互转换。为了更好的分析压裂返排液中是否存在地层水，收集了研究区域内380天后邻井的生产水。
[0043]
离子浓度的测试方法采用现有的已知方法进行。
[0044]
压裂液和生产水380天的稳定同位素组成比、离子浓度和总盐度，如表1所示。采集的压裂液和压裂返排液样品在离子测试前需要通过0.45μm滤膜过滤，然后将过滤后的样品分为三等份，分别用于阳离子测试、阴离子测试和稳定同位素比值测试。
[0045]
表1.压裂液和地层水稳定同位素比值、离子组成和总盐度的统计数据
[0046][0047]
为了准确计算压裂返排液压裂返排液中压裂液压裂液的含量，有必要知道水岩反应后哪些离子增加或减少。氯化物可以被视为原位地层水冲洗压裂液的保守示踪剂。在压裂和返排过程中，如果不考虑水岩反应，压裂返排液中只有两个组分地层水和压裂液。随着回流时间的增加，总盐度和稳定同位素比值将越来越大，表明地层含水量越来越高，压裂返排液最终演化为地层水。人们认为，生产一年后的生产水可近似视为地层水。因此，压裂和返排过程中的流体可视为压裂液和地层水的混合过程。离子主要来自地层水和水岩反应的混合。可以建立压裂液和地层水地球化学性质之间的均匀混合模型，作为水岩反应过程中离子吸收或释放的基础。
[0048]
由于氯离子相对稳定，基本上不参与回流过程中的化学反应。可以通过不同离子浓度和cl-之间的变化关系来确定来源。如图1～5所示，直线为压裂液和生产水之间的连接线，可以将其视为压裂液和地层水之间的均匀混合。稳定同位素主要指示水源，其他水源基本上可以忽略。从图6可以看出，压裂返排液分布在混合模型附近，这说明氯离子在压裂返排过程中相对稳定。
[0049]
从图1和图2可以看出，z202h1井压裂返排液中的ca
2+
和mg
2+
浓度迅速增加，总体分布位置在混合模型上方，这反映了压裂返排过程中不仅存在地层水的混合，而且存在水-岩反应的额外补充。从图3和图4可以看出ba
2+
和sr
2+
的浓度也有增加的趋势，但压裂返排液的特征分布在混合模型下方，这表明存在明显的其他物理和化学效应来减少它。如重晶石和天青石沉淀。从图5可以看出，微量离子mn
2+
和cl-的交叉结果表明，压裂返排液的离子浓度演化特征分布在混合模型附近，表明这些离子主要沿地层水方向演化，没有额外的来源或其他来源。在回流过程中，不仅存在地层水的混合，还存在水岩反应以生成其他离子。
[0050]
可以看出水岩反应会导致ca和mg离子的增加。可以选择钙或镁离子浓度的变化规律来分析水岩反应强度。
[0051]
以ca离子为例
[0052][0053]
其中c
ca
为压裂返排液中ca
2+
的浓度，为通过模型计算的ca
2+
浓度。
[0054]
根据均匀模型(即附图中的直线关系)，可以表示为：
[0055][0056]
式中：c
cl
为氯在压裂返排液中的浓度，k和b是常数。
[0057]
通过上述方程可以得到z202h1和z203井水岩反应强度系数i。从图7中可以看出回流的前四天，z202h1的i值相对较小，然后增加到最大值67.85％。随着回流时间增加31天，压裂返排液中地层水含量逐渐增加，水岩反应强度降低，i最终稳定在18％左右。在z203中，由于添加了丙酮去除堵塞，i值显示为负值。i的最大值为82.21％，最终稳定在25％左右，远大于z202h1。
[0058]
本发明通过现场压裂返排液地化性质分析，依据压裂返排液返排特征，判别现场页岩气井水岩反应强度。可以容易的实现现场定量表征井间水岩反应强弱之差。