【正文】 井作業(yè)后有自流能力，應(yīng)當(dāng)使用 ~ 的小油嘴返排，并控制回壓至最低（即降低近井筒帶的壓降） 。基于以上認(rèn)識，Robinson 等人提出了控制返排的推薦做法：（1）水力壓裂前，應(yīng)有地層閉合應(yīng)力預(yù)測值或測定值，這是選擇支撐劑、確定排液程序的基礎(chǔ)。實(shí)際上， “小排量早期返排”是一種有控制的返排。達(dá)西定律一直作為一個基本的規(guī)律被廣泛地應(yīng)用于油氣田開發(fā)的滲流計算中。對低滲透非達(dá)西滲流的滲流機(jī)理的認(rèn)識還處于探索階段。低滲透問題是一個十分復(fù)雜的課題，屬于非線性問題。而且，在我國陸上原油探明儲量中低滲透油田占有非常大的比例，目前探明儲量約40108t。90 年代以來在大慶、吉林、遼河、勝利、長慶等主要油田陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多低滲透油藏。（8）由于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，喉道小，泥質(zhì)含量高，以及各種水敏性礦物的存在，導(dǎo)致開采過程中易受傷害，損失產(chǎn)量可達(dá) 30%~50%，因此，在整個采油工藝系列中，保護(hù)油層是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。（5）天然裂縫相對發(fā)育。一般含水飽和度 30%~40%，個別高達(dá)60%（美國東堪頓油田） ，原油比重多數(shù)小于 ，地層油黏度多數(shù)小于 3mPa由于顆粒細(xì)、分選差、膠結(jié)物含量高，經(jīng)壓實(shí)和后生成巖作用使儲層變得十分致密，滲透率一般小于 ，少數(shù)低于 (統(tǒng)計北美2μm2μm172 個低滲透砂巖油藏的數(shù)據(jù))。1998 年美國低滲透油氣田可采儲量占全國總儲量的 10%～15%。這些低滲透層大部分已投入開發(fā)。有的地區(qū)，低滲透油田連片分布，成為低滲油區(qū)。第 2 章 低滲透油田特點(diǎn)及壓裂液返排規(guī)律研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外低滲透油田儲量分布及特點(diǎn) 國外低滲透油田儲量分布世界上低滲透油田資源十分豐富，分布范圍廣泛，各產(chǎn)油國基本上都有該類型的油田[1113]。（3）影響返排效果的因素是多方面的，對于不同油氣藏，其儲層物性和流體性質(zhì)也不同，各影響因素(返排壓差、滲透率、流體的黏度、界面張力、潤濕性和孔隙度等)對返排效果影響程度也不盡相同，因此有必要了解不同油氣藏的主要因素，從而為現(xiàn)場壓裂作業(yè)[中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）3提供合適可行的方案。 目前關(guān)于壓裂液返排規(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，返排時的井口壓力完全依賴經(jīng)驗。而且，往往發(fā)現(xiàn)這些問題時，施工基本完成，想進(jìn)行挽救為時已晚。到目前為止，工程現(xiàn)場反饋了很多問題，其中的一些問題導(dǎo)致了嚴(yán)重的后果?？梢?，返排在壓裂、酸化工藝中占有非常重要的位置，如果[中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）2不能及時排完、排凈會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。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、及時地排出對施工效果影響非常明顯，特別是對于低滲低壓地層，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，油氣井產(chǎn)量大時，對于油井，過大的放噴速度會使支撐劑回流；對于氣井，過大的放噴速度會產(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。在低滲透儲層中，一般都要進(jìn)行大型水力壓裂作業(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)水流動過程中的壓力梯度，會最終影響排驅(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，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，這樣更有利于對返排率的預(yù)測和壓裂后生產(chǎn)井的效果預(yù)測。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量占剩余可采儲量的 40%以上。目前，全俄羅斯從低滲透儲集層中采出的石油占全部采出量的 20%左右。據(jù)北美 172 個低滲透油藏統(tǒng)計，滲透率一般在幾個毫達(dá)西到幾十個毫達(dá)西。（2）儲層孔隙度一般偏低，變化幅度大。s。由于巖性堅硬致密，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)真對待的問題。 國內(nèi)低滲透油田儲量分布低滲透油田儲量就占我國陸上已探明未動用總儲量的 60%以上。據(jù)統(tǒng)計，在近幾年探明的未動用石油地質(zhì)儲量中，低滲透油層儲量占 58%以上，而在已經(jīng)探明的石油地質(zhì)儲量中，低滲透油藏的石油地質(zhì)儲量所占比例高達(dá) 60～70%，甚至更高。[中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）5 國內(nèi)低滲透油田的主要特點(diǎn)：（1）目前發(fā)現(xiàn)的低滲透油田儲層以中深埋藏深度為主由各油區(qū)的低滲透儲層埋藏深度統(tǒng)計表明，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)西定律面對和高滲透油田有著諸多不同的低滲透油田開發(fā)計算問題，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)力對支撐劑破碎以及裂縫閉合時間對支撐劑沉降的影響，認(rèn)為低滲透儲層壓裂后通常需要較長的閉合時間。（2）獲取本地區(qū)裂縫閉合所需的時間。（4）關(guān)井、生產(chǎn)井決不能用大油嘴瞬時開井，推薦以每次 的放大量逐步放大油嘴開關(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[中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）7一般而言，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間，此時就有必要采取“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。他們針對不同的裂縫形態(tài)，分別就對稱裂縫、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，比依賴壓后返排保持裂縫導(dǎo)流能力更可行。此時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了裂縫過快閉合，使得膠體殘渣排出的同時，支撐劑通過沉降或濾失的方式向下運(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。[中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）8Barre 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)大的推動力，造成強(qiáng)烈的壓力波動，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)計的時候，研究人員必須知道停泵時刻裂縫的相關(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)例計算及方巖心流動實(shí)驗考察裂縫閉合過程中井底或井口壓力的變化規(guī)律，對所選模型進(jìn)行驗證和改進(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、油藏邊界條件和壓裂液性質(zhì)對壓裂液返排的影響，目的就是讓計算的結(jié)果對現(xiàn)場施工具有指導(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；地層滲透率， ； 為壓裂液稠度系數(shù)，Pa? sn； 為壓降，Pa； L 為多孔介質(zhì)的長K2μmn p度（侵入?yún)^(qū)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d?滲透率 與儲層區(qū)的孔隙度 和滲透率 是不同的。通?？蓪⑴ｎD流體的流動視為冪律流體流動的一種特殊情況。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)c?到 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，0tca由內(nèi)濾餅的影響使 β c1為正值，而剪切和擴(kuò)散效應(yīng)使 β c2為負(fù)值。 邊界條件四條邊界與返排方向的三個區(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)與儲層區(qū)間的交界面和儲層邊界。在活塞式驅(qū)動中，此邊界的移動是連續(xù)的。 返排模型的離散 網(wǎng)格系統(tǒng)的劃分以侵入?yún)^(qū)和儲層區(qū)為劃分對象（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)成五對角方程組。ji, ??xb39。為了得到停泵時刻的壓力分布，需從壓裂液開始濾失時計算，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ji,p?裂縫壁面處求出壓裂液的返排速度 和 ，并計算出其推移距離，進(jìn)而形成動邊界。npji,[中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）19第三步，得到 后，再根據(jù)方程（ 328）和（329 ）求出動邊界的推移距離，在給njip,出裂縫壓力 和縫長 Lf的條件下，重復(fù)第二步的計算方法，得到 n+1 時間步的壓力分布f。f()Vp?根據(jù)上面的步驟便可以編制計算機(jī)程序進(jìn)行計算。則裂縫閉合時有， （331 ）fcsc()pt???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，cpMPa。 壓裂液返排量的計算對于井筒及放噴油嘴中的一維流動，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標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。在 時刻，outVfpnt至 時刻的井底壓力值已求出，則 僅是 的函數(shù)，公式表示如下：1t?n outfp （337）outf()nnVp?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)(tt?? 實(shí)例計算與分析根據(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間的計算方法，對實(shí)例進(jìn)行計算，以得出返排過程中的井口壓力變化，并對計算結(jié)果進(jìn)行分析。隨著關(guān)井時間的延長，縫中壓力接近裂縫閉合壓力時，井口壓力下降趨于平緩，這因為此時縫中壓力相對于剛停泵時小得多，單位時間壓裂液濾失量及裂縫體積的變化量減少的緣故。這是因為在初始階段，地層內(nèi)集聚了大量的能量，使得剛打開閥門返排時，裂縫中的凈壓[中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）23比較大，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態(tài)優(yōu)化 室內(nèi)實(shí)驗?zāi)M研究為了更好地了解壓裂液的返排規(guī)律，驗證理論模型，以便能更加有效地判別壓裂后儲層的產(chǎn)液性質(zhì)，進(jìn)行了室內(nèi)的模擬實(shí)驗研究。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