【正文】 （3）增大返排壓差可。（2）裂縫壁面巖石孔隙內(nèi)的壓裂液在返排過程中存在一個(gè)突破壓力 Pd，只有當(dāng)返排 壓力大于 Pd時(shí)，壓裂液殘?jiān)拍茉诳椎纼?nèi)運(yùn)移，返排才能繼續(xù)進(jìn)行。表 43 巖樣返排壓差與滲透率恢復(fù)值關(guān)系曲線V(ml) 13 18 25 34 14 22 精選資料可修改編輯t(min) 10 15 5 7 9 5Q(ml/s)364 5 353P(MPa) 5 5 5K(mD)91 582678K/Kw184 2773 9 0120 Q(ml/s)滲透率恢復(fù)值圖 43 巖樣返排壓差與滲透率恢復(fù)值關(guān)系曲線從上圖中可以看出，隨著流量的增加（即增加巖樣兩端壓差），滲透率恢復(fù)值增加明顯。而在返排過程中，隨著返排壓力的改變，巖心的滲透率 值 也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，我 們把當(dāng)前返排巖心的滲透率與正向地層水滲透率的比值稱為滲透率的恢復(fù)值，而這個(gè)滲透率的恢復(fù)值正是返排效果好壞程度一個(gè)標(biāo)志。將圖中曲線的峰值壓力定義為壓裂液濾餅返排的突破壓力 Pd。分析實(shí)驗(yàn)過程得知， 剛開始返排的時(shí)候，液體濾出很少，而且很慢，也就是 說壓 裂液形成的濾餅尚未被破壞，此時(shí)壓力會(huì)不斷的升高。0K321μm?精選資料可修改編輯 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析 采用瓜膠壓裂液進(jìn)行壓裂實(shí)驗(yàn)由資料可知，巖心截面積 A= ，巖心長度 L=10cm，巖樣氣體滲透率 K=532cm310?，模 擬地 層水粘度為 1 。（4）打開巖心夾持器，將巖心兩端對(duì)調(diào)位置。 實(shí)驗(yàn)步驟（1）將實(shí)驗(yàn)用的流體、巖心、儀器以及其他所需物品準(zhǔn)備好。 實(shí)驗(yàn)儀器材料儀器設(shè)備：JB —Ⅲ型手動(dòng)泵 、單聯(lián)自控恒溫箱，平流泵、巖心夾持器、中間容器、 壓力傳感器、壓 力表、連接閥門和連接管線若干等。精選資料可修改編輯第 4 章 壓裂液返排的實(shí)驗(yàn)研究壓裂液在壓裂油層的過程中會(huì)堵塞油層內(nèi)的孔道，使油層滲透率降低。所以有圖 34 所示的返排壓力變化趨勢(shì)。 實(shí)驗(yàn)裝置方巖心（ mm）若干，實(shí)驗(yàn)室配制的壓裂液、試管、油、模擬地層水、中間容器、4530?精選資料可修改編輯平流泵、恒溫箱、壓力傳感器、壓力表、 連接閥門和連接管線若干。其次，在同一時(shí)刻，返排過程中的濾失速度還隨裂縫凈壓的增加而增加。精選資料可修改編輯0 500 1000 1500 2022 2500 3000時(shí) 間 （ s）井口壓力（MPa） 井 口 壓 力圖 32 關(guān)井期間井口壓力預(yù)測(cè)曲線（k 取 ，kd 取 ）2μm2μ由上面的數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算還可以得到裂縫凈壓對(duì)返排過程中濾失速度的影響，如圖 33示。精選資料可修改編輯表 31 壓裂液返排模擬計(jì)算中需要輸入的基本參數(shù)儲(chǔ)層參數(shù) 參數(shù)值 壓裂參數(shù) 參數(shù)值有效厚度(m) 19 裂縫高度(mm) 40泊松比(無因次) 瞬時(shí)停泵壓力(MPa) 楊氏模量(Mpa) 17360 井筒靜液柱壓力(MPa) 15閉合壓力(MPa) 24 壓裂排量(m 3/min) 地層滲透率(μm 2) ~ 施工時(shí)間(min) 地層孔隙度(無因次) 15%~20% 注入支撐劑體積(m 3) 侵入?yún)^(qū)滲透率(μm 2) ~壓裂返排液密度(kg/m3) 侵入?yún)^(qū)孔隙度(無因次) 12 %~16%壓裂液稠度系數(shù)(Pa?sn) 地層壓力(MPa) 壓裂液流態(tài)指數(shù)(無因次) 地層原油粘度(mPa?s) 裂縫長度(m) 100裂縫凈壓(MPa) ~ αc(無因次 ) 5129綜合壓縮系數(shù)(MPa 1) t0(min) 238井控面積(m 2) 64000 βc1(無因次) βc2 (無因次) 由圖 32 可以看出，關(guān)井初期壓力下降比較快。)(0ftf 停泵后裂縫體積變化量的計(jì)算在裂縫閉合期間，由于縫長和縫高不變， 僅有縫寬變化。fh()pttp??h由式（330 ）可知，積分式中關(guān)于 的函數(shù)為非線性函數(shù)，為了求解返排過程中不同時(shí))(t刻的累積返排量 ，需采用復(fù)合梯形公式的形式將積分式進(jìn)行離散，則有：outV （335）[()1]()2(1)2nniipppC???? ??????? ?? ??其中： （336）)1(????RrrC???式（332 ）中，?t 為時(shí)間步長 ，與前面 計(jì)算井口壓降和濾失量時(shí)的取法一致；上標(biāo) i 表示時(shí) 刻； 表示剛返排 時(shí)井口壓力，如果返排是從停泵后立即進(jìn)行的，那么 等于瞬0t)(0p )(0tp時(shí)停泵壓力 ISIP。根據(jù)上式，就可以在求出閉合壓力。 裂縫閉合時(shí)間及壓裂液返排量的確定 裂縫閉合時(shí)間確定由于關(guān)井時(shí)間一般比較長，縫中平均壓力與井底壓力基本處于平衡狀態(tài)。第四步，停泵后，縫長 Lf 不再變化，以停泵時(shí)刻的壓力分布為初始值，給定 的條件下，f重復(fù)第二步和第三步，則可得到不同時(shí)刻的壓力分布。連同濾餅?zāi)Ｐ秃瓦吔鐥l件，可以形成關(guān)于壓力的耦合方程組。在停泵后，得到裂 縫的縫長為 Lf 不再變化。同樣，附加 邊界條件和初始條件后，式（327 ）構(gòu)成一個(gè)五對(duì)角方程組。但在方程（311）中，和 對(duì)于同一儲(chǔ)層而言可看成與 壓力梯度無關(guān)的物性參數(shù)，則方程的求解大為簡(jiǎn)化。圖 31 網(wǎng)格系統(tǒng)示意圖 侵入?yún)^(qū)滲流方程的離散由方程（37 ）可以看出，壓裂液的有效黏度 是壓力梯度的函數(shù)，所以，對(duì)壓力進(jìn)行求e?解的時(shí)候構(gòu)成一個(gè)非線性系統(tǒng)。eXY定壓外邊界： （324）?????epyx此外，對(duì)于侵入?yún)^(qū)及儲(chǔ)層區(qū)的二維流動(dòng)有如下的條件： （325）???????e0)(XxtLypYyx以上即為二維返排數(shù)學(xué)模型的控制方程、邊界條件和初始條件。濾餅與地層間的裂縫面處，縫面壓力可依據(jù)式（3fL19）算出。則有， （320）itP?0對(duì)于裂縫閉合過程中的返排而言，返排的初始條件即為停泵時(shí)刻的壓力分布。通過分析動(dòng)濾失的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用下式對(duì) 進(jìn)行修正：c （318）c1c200c 00tttt?????????????????式中， 為修正后的 濾餅 因數(shù)，無因次； 為外濾餅開始形成的時(shí)間，s ； 為從開始濾失c?? t t算起的時(shí)間，s；β c1 內(nèi)濾餅 參數(shù)，無因次； βc2為受侵蝕濾餅參數(shù)，無因次。可用式（316）來計(jì)算由于內(nèi)濾餅的存在而發(fā)生的壓力降，此時(shí)濾餅因數(shù)逐漸增長至某一上限值。但是， 濾餅形成過程的復(fù)雜性常使濾餅壓降與式（316）的計(jì)算結(jié)果有差異。 濾餅區(qū)的滲流如果將濾餅視為滲透率 ，孔隙度 的多孔介質(zhì)，并考慮壓裂液的非牛頓特性（假定cKc?為冪律流體），結(jié)合方程（31 ），可得到 壓裂液在濾餅 區(qū)的運(yùn)動(dòng)方程： （312）12ccfwn8123nnpL????????????式中， 為濾餅區(qū)的滲透率， m2； 為濾餅區(qū)的孔隙度，無因次； 為裂縫中的壓力，cKc fPPa； 為濾餅 與侵入?yún)^(qū)交界面的壓力，Pa；?L 為濾餅的厚度，m 。結(jié)合式（36 ）和（37 ），將式（33）代入式（35），則可得到如下的偏微分方程： （38）??220dxf0fxfe 22y0df0fyfe()1()()KVppcccxy??? ?? ???????????????? ????????????? ?? ??將式（38 ）中兩式相加，略去 項(xiàng)，這樣可以得到：2fipcx??????? （39）??2 etf0fxyd1() cpcpK?????????令 ， ，由于不考慮油藏的非均質(zhì)性，則可令ff 0()???ttf01()cp??，因此式（29 ）可以寫成：xy?精選資料可修改編輯 （310）2 etf dcppcxyK??????????????方程（310 ）描述了濾液在侵入?yún)^(qū)的非穩(wěn)態(tài)滲流。將式（32）寫成分量形式xy,)G?＝ ( （33）dxeye()xypKV?????????精選資料可修改編輯和 與 和 同號(hào)，說明由于啟動(dòng)壓力梯度的作用使得滲流速度降低。在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)分別 考慮濾液在濾餅區(qū)和侵入?yún)^(qū)的輸運(yùn)過程以及地層流體在儲(chǔ)層區(qū)的滲流過程，而且，假定地層流體驅(qū)替濾液采取的是活塞式，侵入?yún)^(qū)與 儲(chǔ)層區(qū)交界處的流速連續(xù)。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。這是因?yàn)榈孛嫱１煤?，壓裂液的注入量?0，裂縫內(nèi)的壓 裂液在內(nèi)外壓差的作用下繼續(xù)濾失到地層，從而導(dǎo)致井底（井口）壓力下降。在成熟的 軟件里或在現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際應(yīng)用中， 還是以二維模型和擬三維模型為主。精選資料可修改編輯對(duì)于全三維模型，國外，Clifton 與 Abousaved 及 Cleary 等人提出兩種具有代表性的全三維裂縫延伸模型；國內(nèi)的趙金洲、吳迪祥等人也在裂縫三維延伸方面作了大量的研究工作，并取得了一些成果。當(dāng)儲(chǔ)層鉆開后在地層未受到傷害時(shí)，會(huì)出現(xiàn)水鎖效應(yīng)，一般 認(rèn)為外來流體在地層中的毛細(xì)管力越高，水 鎖效應(yīng)越強(qiáng)，油氣 產(chǎn)量越低。降低入井液的表面張力，可以減小毛細(xì)管阻力和提高入井液的返排率，從而達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)集層的目的。劉應(yīng)學(xué) [25]等提出酸化解堵增能返排技術(shù)，其技術(shù)是在擠酸液之前或之后將增能液注入地層，通過控制其反應(yīng)速度，在地 層中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 產(chǎn)生大量熱量和氣體，使射孔段地層“ 瞬間” 升溫。在克羅拉多州的 Dodell 低滲透（～ ）致密砂巖氣層的水力壓裂作業(yè)中，就采用了支撐劑中混入纖維材料23μm10??的辦法，返排速度高達(dá) 320L/min 時(shí)也無支撐劑返出。此時(shí)也不宜采用強(qiáng)化返排法。（5）在向上延伸的裂縫里，裂縫閉合期間支撐劑的沉降將大大增加裂縫內(nèi)鋪砂濃度，強(qiáng)制裂縫閉合方式會(huì)使裂縫過早閉合。如果是多層裂縫，返排速度還必須大大超過層間交叉流動(dòng)的速度。Barre 和 Mukherjee 使用全二維裂縫幾何模擬器，系統(tǒng)研究了裂縫閉合期間支撐劑的沉降規(guī)律， 討論了返排速度、射孔段位置、最 終鋪砂濃 度、裂縫幾何形態(tài)對(duì)保持閉合后裂縫內(nèi)鋪砂濃度的影響，解釋了“強(qiáng)制裂縫閉合”與“反向脫砂 ”在返排程序設(shè)計(jì)上的區(qū)別，并且深入到多個(gè)射孔段之間的交叉流動(dòng)對(duì)支撐劑運(yùn)移規(guī)律的影響，至今仍是水力壓裂作業(yè)返排設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性原則。而且這種強(qiáng)制裂 縫閉合工藝通常會(huì)使支撐劑形成嚴(yán)重的“ 砂堤”（Proppant Banking），并且由于大量支撐 劑的運(yùn)移，液體 濾失加重，在近井筒帶形成“裂縫尖端”（Pinch Point）。E1y 等人推薦的排液做法，是在頂替壓裂液的 30s 內(nèi)就完成裂縫的閉合，當(dāng)從地面壓力檢測(cè)到近井筒帶裂縫己經(jīng)閉合后，以小于 38～57（L/min）的速度返排 30min，然后放大返排量至 160～320（L/min），只要不出砂。當(dāng)井底流壓持續(xù)回落，或者當(dāng)?shù)?層閉合應(yīng)力接近所用支撐劑的最大允許應(yīng)力時(shí)，就不能再放大油嘴，除非萬不得已。待裂 縫閉合后立即關(guān)井等待壓裂液破膠，即使這樣仍會(huì)有部分支撐劑倒流入井筒。實(shí)現(xiàn)有效的支撐縫長。 小排量返排1988 年，Robinson 等人討論 了采用小油嘴排液以減小裂縫閉合應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)，提出了 “小排量早期返排” （Early Flowback）的觀點(diǎn)。首先，必須正確認(rèn)識(shí)其儲(chǔ)層特征和滲流規(guī)律，準(zhǔn)確的進(jìn)行滲流計(jì)算，確定合理的開發(fā)方案。對(duì)于低速非達(dá)西滲流，沒有判斷低速非達(dá)西準(zhǔn)則，往往 僅以地層滲透率作為界限。（3）國內(nèi)低滲透油藏巖性以砂巖為主從目前探明的低滲透油藏統(tǒng)計(jì)，砂巖油藏占 70%左右，礫巖油藏占 10%左右，其余存在于變質(zhì)巖和灰?guī)r等特殊巖性油藏中。我國陸地低滲透油田廣泛分布于全國 20 多個(gè)油區(qū)，它們分布在不同的巖性地層中，物性參數(shù)相差很大。就目前石油工業(yè)的 發(fā)展?fàn)顩r來看，我國大多數(shù)油田已經(jīng)進(jìn)入高含水和特高含水期，原油的開采難度逐漸加大，勘探的形勢(shì)是新近探明儲(chǔ)量中低豐度、低滲透、低 產(chǎn)能（俗稱“三低”）儲(chǔ)量占據(jù)的比例很大。（7）由于滲透率低，孔隙度低，必須通過酸化壓裂投產(chǎn)，才能 獲得經(jīng)濟(jì)價(jià)值或必須通過壓裂增產(chǎn)，才能提高經(jīng)濟(jì)效益。由于沉 積壞境不穩(wěn)定，砂 層的厚薄變化大，層間滲透率變化大，有的砂巖泥質(zhì)含量高，地層水電阻率低，給油水層的劃分帶來很大困難。（3）原始含水飽和度較高，原油物性較好。2μm 國外低滲透油田的主要特點(diǎn)從國外報(bào)道的情況看，對(duì)低滲透油田大體上可以歸納出以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）儲(chǔ)層物性差，滲透率低。s 以下，其有效厚度多數(shù)在 2～10m ，埋藏深度大多為 1200～1400m，采出程度不高。其中 60%在西西伯利亞。例如，俄羅斯近年來在西西伯利亞地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的低滲透、薄差 層儲(chǔ)量已占探明儲(chǔ)量的 50%以上。因此，目前急需從機(jī)理上研究殘液的返排過程，在機(jī)理研究的基 礎(chǔ)上提出具有針對(duì)性的、可量化操作的排液措施及排液參數(shù)， 對(duì)于提高壓裂施工成功率、提高施工效果和油氣井產(chǎn)量是非常必要的。（2）以往建立的壓裂液返排模型雖然在理論上對(duì)壓裂施工具有一定的指導(dǎo)意義，但這些模型一般適合于中、高滲透油氣藏的開發(fā)，沒