杨海:以细微之小见天地之大
井下作业公司研发中心研究人员杨海,近段时间一直致力完善页岩内部盐结晶类型及机制研究的相关实验方案,这是推进“深层页岩水力裂缝长导能力防衰强化技术及防盐结晶压裂液体系研究”项目顺利开展的基础性、前瞻性实验。第5次担任川庆钻探公司科研项目课题长的他,再一次从微观视野探索页岩储层的“常非之别”。
2015年8月,杨海博士毕业后来到井下作业公司。第一次深入川南页岩气压裂现场实践压裂工艺技术的他,打开了从微观机制辐射工程效应的科研新视野。
45天的现场实践,让杨海意识到科学的压后返排方案是保障页岩气压裂效果的关键。当时现场所采用的压后返排方案,基本参照砂岩等常规储层“高返排率”套路,但是国内外实际经验均显示关井措施有助于提升海相页岩储层产气量,呈现出完全相反的“高产量对应的返排率通常较低”的现实规律。但问起具体缘由,大家都说不明白,杨海决定刨根问底。
2016年,通过分析实验数据和现场数据发现“每个现场都能找到最优返排率,使气相渗透率达到最大化”。杨海决定打破常规,将工程视野聚焦到页岩内部微观结构,以期完成突破。他带领团队自主研发了国内外第1套水化作用强度定量评价装置,制定并完善了试验标准方法,为研究页岩水化作用的非常规现象奠定了基础。
采用SEM定点扫描和CT扫描技术,岩石内部的微观视野为杨海打开了新世界,在直径25mm岩心内部,页岩矿物组构和微观结构特性被细腻呈现,水与页岩的相互作用变得缓慢而具象,因水化作用所导致的膨胀性损伤、溶蚀性损伤直观可见。在天然裂缝欠发育的页岩内部,因水的存在,可以继续胀开产生出新的微细裂缝,甚至溶蚀部分页岩内部空间,进一步提高了页岩的渗流能力,这样让杨海顺理提出了海相页岩水化促缝增渗效应。
2017年,基于“水化作用强度定量评价实验”,杨海成功揭示了海相页岩水化作用微观机理,并连续发表了《Experiments on shale reservoirs plugs hydration》《Hydration improves Longmaxi fractures》等研究论文,均被SCI收录。随着论文发表,川庆钻探公司成为国内首个开展并公开发表海相页岩水化作用机理研究并提出创新技术的工程技术服务公司。同时,在这项应用基础上,井下作业公司围绕页岩气压裂—试气一体化服务,形成了完全区别于常规油气的“控压、控速、适时关井”全新返排策略,所著论文《页岩气储层压后返排特征及意义》获评中国石油大学学报(自然科学版)第九届优秀论文。目前,该返排策略已在川南页岩气井应用200余井次,累增天然气6.81亿方,产生经济效益超8000万元。
2020年,经过5年抽丝剥茧的专研,杨海带领的团队形成了“海相页岩水化作用机理及其促缝增渗机制”科研成果,并获得了川庆钻探公司首个基础研究一等奖。该项科研成果被国内外20余家科研机构院士、专家引用近百次。国内院士专家组评价:“成果取得了突破性进展,研究水平处于世界前列。”
2023年,杨海博士揭榜挂帅担任“深层页岩水力裂缝长导能力防衰强化技术及防盐结晶压裂液体系研究”课题长。这将延续他以微观实验研究为工程技术服务的专长,借助扫描电镜和透射电镜再次看见页岩内部,从而科学揭示肉眼不可抵达的页岩内部盐结晶类型及机制,为页岩气压裂进一步拓展精细化的防盐策略。