【正文】 壓裂液返排規(guī)律研究存在的不足綜上所述，雖然在低滲油氣藏壓裂液返排規(guī)律研究上已取得了很大的進(jìn)步，但還存在以下幾方面不足 [510]：（1）以往在壓裂液返排工藝研究上，缺乏量化的操作流程，返排時(shí)的井口壓力完全依賴經(jīng)驗(yàn)。而且，往往發(fā)現(xiàn)這些問題時(shí)，施工基本完成，想進(jìn)行挽救為時(shí)已晚。到目前為止，工程現(xiàn)場(chǎng)反饋了很多問題，其中的一些問題導(dǎo)致了嚴(yán)重的后果。可見，返排在壓裂、酸化工 藝中占有非常重要的位置，如果不能及 時(shí)排完、排凈 會(huì)給地層帶來再次 傷害，返排效果的好壞直接影響措施效果。壓裂是重要的油氣井增產(chǎn)措施，而壓裂液的返排是壓裂施工中的一個(gè)主要的步驟。隨著水力壓裂技術(shù)在低滲透油氣田勘探、開發(fā)及其它工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的廣泛使用，其在理論方法、工 藝、設(shè)備及工具方面都得到了迅速的發(fā)展。實(shí)測(cè)井口壓降曲線與計(jì)算值 的比較結(jié)果表明，建立的模型能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)裂縫閉合過程和壓裂液返排過程。目前，對(duì)壓裂液返排的控制，大多采用經(jīng)驗(yàn)方法，沒有可靠的理論依據(jù)。本文 對(duì)壓 裂液的返排過程和壓后井底壓力的確定進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，旨在為壓裂液返排控制提供理論依據(jù)。最后，對(duì)返排的過程進(jìn)行了室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究，通 過巖心實(shí)驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)了返排過程中的一些特定規(guī)律。水力壓裂具有多學(xué)科性，它是與巖石力學(xué)（控制著裂縫幾何形態(tài)）、流體力學(xué)（控制著液體流動(dòng)與支撐劑的鋪置和回流）以及化學(xué)（控制著施工的材料性能，如壓 裂液）密切地聯(lián)系著的。壓裂液能否順利、及時(shí)地排出 對(duì)施工效果影響非常明顯，特別是對(duì)于低滲低壓地層，由于返排困難，殘液可能造成地層再次 傷害，影響增 產(chǎn)效果。由于 這一過程是在裂縫閉合期間進(jìn)行的，因而，適當(dāng)?shù)姆蹬懦绦蛲ǔＪ潜３至芽p良好導(dǎo)流能力的關(guān)鍵所在， 壓后油氣田的生產(chǎn)能力在很大程度上取決于裂縫導(dǎo)流能力。對(duì)于油氣層壓力低的井，返排困難 的問題十分突出；而當(dāng)油氣層壓力較高時(shí)，油氣井產(chǎn)量大時(shí)， 對(duì)于油井，過大的放噴速度會(huì)使支撐劑回流；對(duì)于氣井，過大的放噴速度會(huì)產(chǎn)生氣竄，使氣體將殘液分割在地層中不能排出，因此仍然存在排液速度控制的問題。在低滲透儲(chǔ)層中，一般都要進(jìn)行大精選資料可修改編輯型水力壓裂作業(yè)，壓后返排出現(xiàn)的這些問題就更加突出了。壓裂液在儲(chǔ)層中的返排 過程類似于油(氣)驅(qū)水過程，井口壓力大小直接關(guān)系到油(氣)驅(qū)水流動(dòng)過程中的壓力梯度，會(huì)最終影響排驅(qū)效率。油氣藏壓裂后壓裂液返排過程中雖然是油、水相流動(dòng)，但在壓裂過程中，其有效孔隙度和滲透率發(fā)生了變化，因此特 別有必要建立殘液返排的滲流模型，這樣更有利于對(duì)返排率的預(yù)測(cè)和壓裂后生產(chǎn)井的效果預(yù)測(cè)。美國中部、南部、北部和 東部，前 蘇聯(lián)的前喀爾巴阡山、克拉斯諾達(dá)爾、烏拉爾—伏爾加、西西伯利亞油區(qū)和加拿大西部的阿爾伯達(dá)省都有廣泛的分布。1999 年俄羅斯各油氣區(qū)中難以開采的石油儲(chǔ)量占剩余可采儲(chǔ)量的 40%以上。目前，全俄羅斯從低滲透儲(chǔ)集 層中采出的石油占全部采出量的 20%左右。據(jù)北美 172 個(gè)低滲透油藏統(tǒng)計(jì)，滲透率一般在幾個(gè)毫達(dá)西到幾十個(gè)毫達(dá)西。（2）儲(chǔ)層孔隙度一般偏低，變化幅度大。s。由于巖性堅(jiān)硬致密，多存在不同程度的天然裂縫系統(tǒng)，一般受區(qū)域性地應(yīng)力的控制，具有一定的方向性，對(duì)油田開發(fā) 的效果影響較大，裂 縫是油氣滲透的通道，也是注水竄流的條件，且人工裂縫又多與天然裂 縫的方向一致，因此，天然裂 縫是低滲透砂巖油田開發(fā)必須認(rèn)真對(duì)待的問題。 國內(nèi)低滲透油田儲(chǔ)量分布低滲透油田儲(chǔ)量就占我國陸上已探明未動(dòng)用總儲(chǔ)量的 60%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在近幾年探明的未 動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量中，低滲透油層儲(chǔ)量占 58%以上，而在已 經(jīng)探明的石油地質(zhì)儲(chǔ)量中，低滲透油藏的石油地質(zhì)儲(chǔ)量所占比例高達(dá) 60～70%，甚至更高。 國內(nèi)低滲透油田的主要特點(diǎn)：（1）目前發(fā)現(xiàn)的低滲透油田儲(chǔ)層以中深埋藏深度為主由各油區(qū)的低滲透儲(chǔ)層埋藏深度統(tǒng)計(jì)表明，目前發(fā)現(xiàn)的油藏以中深層為主，埋藏深度小于 1000m 約占 %，1000～2022m 約占 %，2022～3000m 約占 %，大于 3000m約占 %。目前，國內(nèi)外關(guān)于 這方面的研究處于探索階段，有許多問題 尚不清楚。低滲透介質(zhì)中的滲流規(guī)律甚為復(fù)雜，至今還沒有一個(gè)清楚的令人滿意的表達(dá)方法。然而，傳統(tǒng)的達(dá)西定律面對(duì)和高滲透油田有著諸多不同精選資料可修改編輯的低滲透油田開發(fā)計(jì)算問題，顯得不盡準(zhǔn)確，所以，研究人 員必須打破傳統(tǒng)的達(dá)西公式，尋找更合理的計(jì)算方法，來解決工程問題。Robinson 等人所做的研究突出了裂縫閉合應(yīng)力對(duì)支撐劑破碎以及裂縫閉合時(shí)間對(duì)支撐劑沉降的影響，認(rèn)為低滲透儲(chǔ)層壓 裂后通常需要較長的閉合時(shí)間。（2）獲取本地區(qū)裂縫閉合所需的時(shí)間。（4）關(guān)井、生產(chǎn)井決不能用大油嘴瞬時(shí)開井，推薦以每次 的放大量逐步放大油嘴精選資料可修改編輯開關(guān)。在此之前壓裂液己完全破膠，支撐劑己大量沉降，排液初期通過控制返排速度的辦法，盡可能減小地層閉合應(yīng)力，讓支撐劑留在裂縫內(nèi)，從而減少支撐 劑的破碎和倒流。強(qiáng)化返排減少了壓裂液在地層里的停留時(shí)間，從而減少了液體 傷害，有助于改善裂 縫導(dǎo) 流能力。 反向脫砂精選資料可修改編輯一般而言，低滲透地層水力壓裂需要大液量的壓裂液，大量的支撐劑是通過大液量的壓裂液以較小的填砂強(qiáng)度泵入地層的，這樣延長了裂縫閉合時(shí)間，此時(shí)就有必要采取“ 反向脫砂”方式，使支撐劑在井筒附近脫砂，形成橋堵，而通過尾追支撐劑的方法即能加速這一過程。他們針對(duì)不同的裂縫形態(tài)，分 別就對(duì)稱裂縫、向上延伸裂縫、向下延伸裂縫、層內(nèi)延伸裂縫、高濾失下的對(duì)稱裂縫、端部脫砂壓裂及多層 限流壓裂做了模擬研究，給出了以下推薦做法：（1）以高填砂強(qiáng)度、小液量脫砂設(shè)計(jì)，比依 賴壓后返排保持裂縫導(dǎo)流能力更可行。此時(shí) 裂縫閉合期間聚合物膠體聚積于濾失帶，很小的返排速度避免精選資料可修改編輯了裂縫過快閉合，使得膠體殘?jiān)懦龅耐瑫r(shí)，支撐 劑通過沉降或?yàn)V失的方式向下運(yùn)移，有助于減小有效縫高（即支撐縫高）。（6）在層內(nèi)裂縫延伸良好的情況下，大于地層濾失速度的返排速度有助于支撐劑向射孔孔眼方向運(yùn)移，這是有控制的返排方式的最佳應(yīng)用。Barre 和 Mukherjee 的“反向脫砂”工藝，實(shí)際上是一種快速返排加井筒脫砂方式， 這種方式至少有三點(diǎn)好處：首先，減輕了壓裂液對(duì)地層的傷害；其次，井筒脫砂顯著改善了支撐劑在近井筒帶的填充，提高了裂縫的無因次導(dǎo)流能力；最后，快速返排使得支撐劑未能大量沉降到裂縫端部前，裂縫己 經(jīng)閉合，從而形成 較長的支撐縫。劉川生 [8]等提出對(duì)于氣井酸化，利用間隙放噴排液的方法來增加返排率，當(dāng)氣井酸化后精選資料可修改編輯經(jīng)自噴和誘噴轉(zhuǎn)入放噴階段。反應(yīng)放出的高溫高壓氣體，借助起泡 劑的作用，在地層產(chǎn)生強(qiáng)大的推動(dòng)力，造成強(qiáng)烈的壓力波動(dòng)，沖擊喉道堵塞物，不 僅有助于解堵，還起到助排作用。賀承祖 [27]論述了水鎖效應(yīng)與儲(chǔ)層傷害的關(guān)系。 裂縫形態(tài)的數(shù)學(xué)模型在進(jìn)行返排程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，研究人員必須知道停泵時(shí)刻裂縫的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而就要用到分析裂縫形態(tài)的數(shù)學(xué)模型 [2832]。因此， 這類方程的直接數(shù)值求解是繁瑣、困難的。給出壓裂液返排數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解法，根據(jù)實(shí)例計(jì)算及方巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)考察裂縫閉合過程中井底或井口壓力的變化規(guī)律，對(duì)所選模型進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)。所以，就可以根據(jù)閉合期間裂縫內(nèi)的流體體積平衡方程并結(jié)合巖石力學(xué)的理論來得到壓力的變化情況。本 節(jié)在參考前人方法的基礎(chǔ)上，考 慮返排壓裂液在地層中作二維流動(dòng)和壓裂液為非牛頓流體的實(shí)際情況，建立 壓裂液返排的二維模型，該模型綜合考慮了地層條件、油藏 邊界精選資料可修改編輯條件和壓裂液性質(zhì)對(duì)壓裂液返排的影響，目的就是讓計(jì)算的結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有指導(dǎo)意義。本文采用由 Teeuw 和 Hesselink 提出的適合于冪律流體的已修訂的達(dá)西定律： （31）112n83nnKpL?????????????式中，v 為返排速度，m/s； 為地層孔隙度，無因次； 為壓裂液流態(tài)指數(shù)，無因次； 地K層滲透率， ； 為壓裂液稠度系數(shù)，Pa?s n； 為壓降，Pa；L 為多孔介質(zhì)的長度（侵入?yún)^(qū)2μmnKp長度）， m。值 得注意的是，由于壓裂液濾失造成了地層損 害，致使侵入?yún)^(qū)的孔隙度 和滲透率d與儲(chǔ)層 區(qū)的孔隙度 和滲透率 是不同的。通?？蓪⑴ｎD流體的流動(dòng)視為冪律流體流動(dòng)的一種特殊情況。上式可以寫成更簡單的形式： （316）fwclnpV????其中， 是冪律流體的濾餅因數(shù)，它的物理意義是指單位面積的單位濾失體積與達(dá)到c?n 冪的濾失速度所產(chǎn)生的濾餅壓降。隨著內(nèi)濾餅 的形成，外 濾餅也就在 時(shí)刻開始在縫面上沉積。此外，濾餅 中的某些物質(zhì)與從它表面流過的壓裂液之間，由于濃度的差別，甚至還會(huì)產(chǎn)生從濾餅中擴(kuò) 散到壓裂液中去的現(xiàn)象。分析式（318），可以定性地看出，由內(nèi)濾0tca餅的影響使 βc1為正值，而剪切和 擴(kuò)散效應(yīng)使 βc2為負(fù)值。 邊界條件四條邊界與返排方向的三個(gè)區(qū)域保持一致，裂縫內(nèi)部的濾餅面、濾餅與地層間的裂縫面、侵入?yún)^(qū)與儲(chǔ)層區(qū)間的交界面和儲(chǔ)層邊界。在活塞式驅(qū)動(dòng)中，此邊界的移動(dòng)是連續(xù)的。 返排模型的離散 網(wǎng)格系統(tǒng)的劃分以侵入?yún)^(qū)和儲(chǔ)層區(qū)為劃分對(duì)象（濾餅可以當(dāng)作邊界來處理，下面將作說明），由于裂縫的對(duì)稱性，沿半縫長取 1/4 油藏為研究單元，網(wǎng)格劃分如圖 31 所示。附加 邊界條件和初始條件，式（326）構(gòu)成五對(duì)角方程組。ji, ????xb39。為了得到停泵時(shí)刻的壓力分布，需從壓裂液開始濾失時(shí)計(jì)算，在此期間不需要考慮裂縫的擴(kuò)展，即縫長 Lf 在停泵以后是不再變化的。然后，在裂 縫壁面ji,p?處求出壓裂液的返排速度 和 ，并計(jì)算出其推移距離，進(jìn)而形成動(dòng)邊界。npji,第三步，得到 后，再根據(jù)方程（328）和（329 ）求出動(dòng)邊界的推移距離，在給出裂縫njip,壓力 和縫長 Lf 的條件下，重復(fù)第二步的計(jì)算方法，得到 n+1 時(shí)間步的壓力分布 。fpf()Vp?根據(jù)上面的步驟便可以編制計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行計(jì)算。 則裂縫閉合時(shí)有， （331）fcsc()pt???精選資料可修改編輯式中，β s為關(guān)井后裂縫中的平均 壓力與井底壓力之比，無因次； 為閉合壓力，MPa。 壓裂液返排量的計(jì)算對(duì)于井筒及放噴油嘴中的一維流動(dòng)，模型假設(shè)井筒中的返排液為牛頓流體，并忽略井筒的摩阻，排液油嘴的出口壓力約等于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。在 時(shí)刻， 至outVfpnt1t精選資料可修改編輯時(shí)刻的井底壓力值已求出， 則 僅是 的函數(shù)，公式表示如下：1?nt outVfp （337）outf()nn?則根據(jù)注入階段和閉合期間裂縫內(nèi)的流體體積平衡原理，就可以建立分析停泵后壓力遞減規(guī)律的擬三維模型。hf)(ttp?? 實(shí)例計(jì)算與分析根據(jù)前文介紹的關(guān)井期間井底或井口壓力變化、裂縫閉合壓力以及裂縫閉合時(shí)間的計(jì)算方法，對(duì)實(shí)例進(jìn)行計(jì)算，以得出返排過程中的井口 壓力變化，并 對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。隨著關(guān)井時(shí)間的延 長， 縫中壓力接近裂縫閉合壓力時(shí)，井口壓力下降趨于平緩，這因 為此時(shí)縫中壓力相對(duì)于剛停泵時(shí)小得多，單位時(shí)間壓裂液濾失量及裂縫體積的變化量減少的緣故。這是因?yàn)樵诔跏茧A段，地層內(nèi)集聚了大量的能量，使得剛打開閥門返排時(shí)，裂 縫中的凈壓比較精選資料可修改編輯大，導(dǎo)致壓裂液返排濾失流速比較大，隨后 壓力的逐漸被消耗，裂 縫內(nèi)外的壓力越來越小，沒有太多的能量，返排濾失速度自然也就達(dá)到穩(wěn)定。02468100 5 10 井 口 壓 力 (MPa)油嘴直徑(mm)圖 34 不同井口壓力下最佳油嘴直徑的動(dòng)態(tài)優(yōu)化 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究為了更好地了解壓裂液的返排規(guī)律，驗(yàn)證理論模型，以便能更加有效地判別壓裂后儲(chǔ)層的產(chǎn)液性質(zhì)，進(jìn)行了室內(nèi)的模擬實(shí)驗(yàn)研究。壓裂油層：將中間容器中的模擬地層水換成油，然后重復(fù)上述步驟。00 3 6時(shí) 間 （ min）壓力（MPa）圖 35 模擬地層油時(shí)壓力隨時(shí)間變化的曲線由圖 35 可以看出，壓裂油層時(shí)壓力仍是隨時(shí)間的延長而降低。好的返排效果會(huì)使壓裂井的產(chǎn)量明顯提高，因而如何提高返排效果是我們研究的一個(gè)重要問題。經(jīng)測(cè)定田菁膠壓裂液的密度為 ，pH 值為 8。（2）將中間容器中裝好模擬地層水，然后在 45℃時(shí)用模 擬地層水對(duì)巖樣進(jìn)行水驅(qū)，測(cè)定巖樣的初始正向地層水滲透率 。（5）用模擬地層水以一定的流量對(duì)巖心進(jìn)行驅(qū)替，每隔一定時(shí)間記錄壓力值，在壓力穩(wěn)定時(shí)測(cè)得的正向地層水滲透率為 。表 41 巖樣損害時(shí)間與累積濾液體積t(min) 5 8 12 15 18 21 2427 30 31 35 40 50 60V(ml)1.2 44.6 5 66.46.86.8 0123456785 12 18 24 30 35 50t(min)V(ml)圖 41 巖樣損害時(shí)間與累積濾液體積從曲線上的趨勢(shì)可以看出，濾失時(shí)間超過一定范圍之后，巖樣的累計(jì)濾液體積均不再增加，說 明在巖樣的端面上已 經(jīng)形成了壓裂液濾餅，阻止了濾液的進(jìn)一步濾失。一旦流 動(dòng)通道建立后，隨著返排的進(jìn)行，巖心中原來的堵塞在孔喉處的固相顆粒不斷地被排出，壓裂液濾餅會(huì)逐漸被破壞。只有當(dāng)油層與裂縫之 間提供的壓力大于 Pd時(shí)，壓裂液所形成濾餅的返排才能正常進(jìn)行。（3）巖樣滲透率恢復(fù)程度研究。 采用田菁膠壓裂液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果因?yàn)閷?shí)驗(yàn)原理以及過程與瓜膠壓裂液相同，我們就不再進(jìn)行敘述了，以下是用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的曲線。