【正文】 撐劑在產(chǎn)層區(qū)獲得較好的鋪置，繼而使裂縫具有較高的導(dǎo)流能力。這些問(wèn)題主要有兩大方面 [34]：一是沒(méi)有選擇合理的時(shí)機(jī)對(duì)支撐劑的運(yùn)移進(jìn)行控制，導(dǎo)致大量的支撐劑回流到井筒（吐砂），或在近井筒帶破碎，從而使產(chǎn)層區(qū)的支撐劑很少或分布不合理。存在這些問(wèn)題的一個(gè)很重要的原因就是由于壓裂液返排控制中經(jīng)驗(yàn)成分過(guò)多，缺少可靠的理論依據(jù)。因此有必要建立井口不同返排壓力與返排效果的關(guān)系，根據(jù)油藏實(shí)際情況選擇合適的返排井口壓力。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)放噴排液基本上還處于靠經(jīng)驗(yàn)操作的階段，沒(méi)有一套科學(xué)的排液理論來(lái)加以指導(dǎo)和量化，導(dǎo)致排液措施隨意性大，往往 對(duì)施工效果造成非常不利的影響，但是 這種影響又經(jīng)常被忽視。近些年來(lái)，小而復(fù) 雜的低滲透油田比例越來(lái)越大。低滲透儲(chǔ)層的儲(chǔ)量達(dá)數(shù)百億噸，其中，滲透率低于 50103 的低滲透層儲(chǔ)量約有 150108t，占低滲2μm透儲(chǔ)量的 90%以上，占俄 羅斯可采儲(chǔ)量的 30%以上。低滲透儲(chǔ)集層中石油黏度在 10mPa其中，20～10010 3 的油田占這2μm些低滲透油藏總數(shù)的 60%，20～110 3 的占 30%，少數(shù)低于 1103 ，約占 5%。大部分 為 7%~20%，個(gè)別高達(dá) 28%。（4）油層砂泥交互，非均質(zhì)性嚴(yán)重。（6）油層受巖性控制，水動(dòng)力聯(lián)系差， 邊底水驅(qū)動(dòng)不明顯，自然能量 補(bǔ)給差，多數(shù)靠彈性和溶解氣驅(qū)采油，油層產(chǎn)能 遞減快，一次采收率低，只能達(dá)到 8%~12%，采用注水保持能量后，二次采收率可提高到 25%~30%。大慶外圍油田均屬這類油藏?？梢?jiàn)低滲透油藏是我國(guó)今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要資源基礎(chǔ)。（2）低滲透儲(chǔ)層中特低滲透及超低滲透層儲(chǔ)量占較大的比例根據(jù)滲透率大小，低滲透油藏可分為 3 類：Ⅰ類是滲透率為 10～50 ，其 儲(chǔ)量3210μm占 53%，Ⅱ類 滲透率為 1～1010 3 ，其儲(chǔ)量占 %，Ⅲ類滲透率為 ～110 3 ，2μm2占儲(chǔ)量 %，二、三類低滲透 儲(chǔ)層的儲(chǔ)量占到 47%。就已有的研究成果來(lái)看，主要存在以下 問(wèn)題：低速滲流時(shí)，有沒(méi)有啟動(dòng)壓力梯度 還存在很多爭(zhēng)議；如何測(cè)量低滲透巖石的啟動(dòng)壓力梯度和啟動(dòng)壓力產(chǎn)生的原因值得進(jìn)一步研究。因此，合理開(kāi)發(fā)低滲透油田是非常必要的。 壓裂液返排規(guī)律研究現(xiàn)狀 國(guó)外壓裂液返排的推薦做法近十多年來(lái)，國(guó)外學(xué)者在壓后壓裂液返排的問(wèn)題上形成了多種認(rèn)識(shí)，具有代表性的觀點(diǎn)主要有小排量返排、強(qiáng)化返排和反向脫砂三種 [1424]。在裂縫閉合之前壓裂液已完全破膠，支撐劑已大量沉降，排液初期通過(guò)控制返排速度的辦法，盡可能減小地 層閉合應(yīng)力，讓支撐劑停留在裂縫內(nèi)，從而減少支撐劑的破碎和倒流。如果壓裂液破膠時(shí)間大于裂縫閉合時(shí)間，應(yīng)當(dāng)用～ 的小油嘴，以 19～38（L/min）的小排量返排，使裂縫降壓。（5）油氣井生產(chǎn)期間，應(yīng)定期測(cè)定或計(jì)算井底流壓。 強(qiáng)化返排與 Robinson 等人相反， 1990 年 E1y 等人提出用強(qiáng)制裂縫閉合（Forced Closure ）工藝，配以較高的支撐劑濃度（高砂比）和嚴(yán)格的壓裂液質(zhì)量控制措施，能極大地改善低滲透油氣井支撐縫的導(dǎo)流能力。后來(lái)有學(xué)者 認(rèn)為，Ely 等人提出的這種返排程序，非常適合特低滲透地層，能極大地改善低滲透油氣井的返排效果，但不具普遍性?；谶@種認(rèn)識(shí)，1995 年 Barree 和 Mukherjee 提出了“反向脫砂” （Reverse Screenout）工藝。（2）只有當(dāng)層內(nèi)裂縫保持良好延伸，或者有較高應(yīng)力差的上下層遮擋時(shí)，才有通過(guò)適當(dāng)?shù)姆蹬懦绦蚋纳谱罱K鋪砂濃度的可能，而必須的返排程序是施工結(jié)束后立即開(kāi)始返排，并且返排速度要高于裂縫內(nèi)液體的濾失速度。（4）裂縫向下延伸時(shí)，無(wú)論泵送期間還是裂縫閉合期間，支撐劑都是沉降的，此 時(shí)再大的返排速度也不足以影響裂縫體積，支撐劑可能填充在射孔孔眼處，但不可能覆蓋整個(gè)裂縫段。（7）高濾失地層厚度比整個(gè)裂縫高度相對(duì)薄時(shí)，利用地層的天然濾失性能比返排更有效地使支撐劑向高濾失帶運(yùn)移。 為了減少快速返排和井筒脫砂可能對(duì)循環(huán)系統(tǒng)造成的磨損，國(guó)外一般還要采取控制支撐劑倒流的措施，使用尾追樹(shù)脂包裹支撐劑（樹(shù)脂砂）就是其中的一種。在這一階段對(duì)每次放噴時(shí)間間隔和放噴強(qiáng)度進(jìn)行控制，由于酸化規(guī)模、井身結(jié)構(gòu)和氣產(chǎn)量的不同，作者采用定性的方法總結(jié)了一套氣井間隙放噴的方法，應(yīng)用效果較好。王尤富 [26]論述了入井液表面張力與儲(chǔ)層損害關(guān)系的實(shí)驗(yàn)室研究。未開(kāi)發(fā)的油氣 層處于殘余水飽和狀態(tài)，可以認(rèn)為油、氣 驅(qū)動(dòng)壓力與毛細(xì)管力處于平衡狀態(tài)。到目前為止，確定裂縫形態(tài)的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)從二維模型、擬三 維模型發(fā)展到全三 維模型。基于這種情況，目前對(duì)全三維模型的求解依舊是一個(gè)很大的研究課題。 裂縫閉合過(guò)程中模型的假設(shè)條件壓裂施工停泵后井底或井口壓力一般都會(huì)隨時(shí)間下降。在壓裂液返排過(guò)程中，裂縫參數(shù)的一些基本假設(shè)為：（1）停泵后縫中壓力短時(shí)間內(nèi)平衡，裂縫立即停止延伸；（2）設(shè)地層為線彈性體，層間無(wú)滑動(dòng)，停 泵后裂縫形狀呈矩形；（3）裂縫在閉合期間，井底裂縫的縫高和縫長(zhǎng)不變，僅縫寬發(fā)生變化；（4）支撐劑不影響裂縫的自由閉合。 壓裂液從地層返排的數(shù)學(xué)模型在壓裂施工過(guò)程及裂縫閉合的過(guò)程中，只要裂縫是張開(kāi)著，在裂縫壁面與油藏之間就會(huì)形成一定的壓差，而壓裂液的返排速度的大小又受裂縫與儲(chǔ)層之間的壓力梯度所控制 [3639]。結(jié)合式（31 ），壓裂液在侵入?yún)^(qū)的運(yùn)動(dòng)方程如下： （32）deKVpG????（ － ）其中 為啟動(dòng)壓 力梯度。dK?K根據(jù)質(zhì)量守恒定律，可得到連續(xù)方程： （35）??0?????Vt?考慮流體及多孔介質(zhì)的可壓縮性，流體密度變化及地層孔隙度變化的狀態(tài)方程如下： （36）0f0[1()]cp? （37）φ???式中， 和 分別為流體及孔隙的壓縮系數(shù)，Pa 1；令 ， 為綜合壓縮系數(shù)，fc? ?c??ft tPa1。因此，在上述方程中 設(shè) n=1 并采用原始地層的孔隙度和滲透率，按照相同的推導(dǎo)步驟 ，則可得到地層流體在儲(chǔ)層 區(qū)的滲流方程： （311）2 tf cppcxyK??????????????式中，μ 為地 層流體的黏度，Pa?s； 為原始地層的孔隙度，無(wú)因次； 為原始地層的滲K透率，m 2。它是取決于流體和濾餅性質(zhì)的一個(gè)綜合參數(shù)。因此，在許多0t地層中，內(nèi) 濾餅的形成常常是外濾餅形成的基礎(chǔ)。由上述的對(duì)濾餅形成過(guò)程的分析可以看出，應(yīng)適當(dāng)修正濾餅因數(shù) ，使之適 應(yīng)濾餅形c?成過(guò)程中的既有增厚又有削薄的情況。式（316）可以改寫(xiě)成： （319）fwclnpV?????精選資料可修改編輯 初始條件及邊界條件考慮濾液沿垂直裂縫壁面方向和裂縫方向的二維濾失（設(shè)沿裂縫方向?yàn)?x 方向，垂直裂縫方向?yàn)?y 方向），其初始條件及邊界條件如下： 初始條件返排過(guò)程開(kāi)始前，可以根據(jù)有關(guān)的壓裂資料確定整個(gè)儲(chǔ)層的壓力，即停泵后儲(chǔ)層靜壓。裂縫內(nèi)部的濾餅面處， （321）fxLP??式中， 為停 泵時(shí)刻裂縫 的長(zhǎng)度，m。交界 處的一邊是冪律流體在多孔介質(zhì)中的滲流，另一邊是牛頓液在多孔介質(zhì)中的滲流，故有： （322）dee()()KpKpxxyy?????????????動(dòng) 邊 界 動(dòng) 邊 界動(dòng) 邊 界 動(dòng) 邊 界精選資料可修改編輯儲(chǔ)層的邊界條件可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，大致可分為兩類：封閉外邊界： （323）??????0eeyxp式中， 和 分別為矩形 儲(chǔ)層的長(zhǎng)度和寬度。在壓裂液返排過(guò)程中精選資料可修改編輯裂縫附近的壓力梯度大，而遠(yuǎn)離裂縫的壓力梯度小，因此采用不均勻網(wǎng)格。 儲(chǔ)層區(qū)滲流方程的離散方程（311 ）的類型與方程（310）的類型一樣，都為拋物型方程。i,jii+1/2d??i,jjj+12tdi,ji,ji,ji,ji,jtdi,ji,j()neyccabeKpgK?????????????????其他的表示項(xiàng)同式（326）。求解過(guò)程如下：第一步，計(jì)算的啟動(dòng)。Mu?v第二步，隨著動(dòng)邊界的推移，在計(jì)算的 n 時(shí)刻可以將計(jì)算區(qū)域化為兩大部分：第一部分為濾餅區(qū)，其壓力分布由式（ 319）計(jì)算；第二部分為侵入?yún)^(qū)和儲(chǔ)層區(qū)，通過(guò)動(dòng)邊界的推移距離來(lái)判斷網(wǎng)格系統(tǒng)中的各點(diǎn)是處于侵入?yún)^(qū)還是儲(chǔ)層區(qū)，然后在這些點(diǎn)分別采用式（327）和式（326 ）提供的格式，結(jié)果形成兩組五對(duì)角矩陣方程。以fnp 1ji,?np此重復(fù)，直至返排結(jié)束為止。后面便以實(shí)驗(yàn)和實(shí)例計(jì)算的方式驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確程度，并加以修正。cp前面己經(jīng)求得了關(guān)井期間井底壓力變化。對(duì)于恒定流，由伯努利方程 則可得到放噴油嘴中不同時(shí)刻返排液的速度 [44]： （332） ]1)([)1(1????????tpRr???由式（329 ）又可導(dǎo)出不同時(shí)刻的返排流量 Q 和累積返排量 ，計(jì)算式分別如下：outV （333） ]1)([)1(1????????tprrQ??? （334）()[(]dt .outVttR??? ??上面的式子中， 為返排液的密度，kg/m 3； 為局部阻力系數(shù)，無(wú)量綱，在這里取， ；??， 為放噴油嘴和井筒的半徑，m； 為返排過(guò) 程中井口的壓力，Pa；其與井底壓力的關(guān)rR)(tp系為 ，其中， 為井筒靜液柱壓力，Pa。根據(jù)體積平衡原理， 壓裂液返排時(shí)，裂 縫體積的變化量應(yīng)該等于返排時(shí)刻起的壓裂液總濾失量與返排量之和，公式表示如下： （338）outlf0f )()(VttV?????式中， 和 分別為剛返排和返排過(guò)程中某一時(shí)刻裂縫的體積，m 3。基本計(jì)算參數(shù)如表 31，計(jì)算結(jié)果如圖 32 所示。這與實(shí)測(cè)壓降曲線所顯示的規(guī)律基本一致。這與 Williams 等人提出的觀點(diǎn)一致。 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)原理先分別向巖心中飽和油和飽和水，然后向其中注入壓裂液，憋起一定的壓力，最后 進(jìn)行返排，那么返排量及井底壓 力隨時(shí)間的變化規(guī)律應(yīng)該不同，通過(guò)對(duì)比不同的返排量及井底壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線，判 別地層中的產(chǎn)液性質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理 壓裂水層模擬實(shí)驗(yàn)將壓裂液注入飽和過(guò)模擬地層水的巖心，壓裂液返排時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)變化如表 32 所示：表 32 模擬壓裂水層后的壓裂液返排數(shù)據(jù)t(min) p(MPa) V(mL) Q(103m3/min)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 精選資料可修改編輯12 13 14 15 16 根據(jù)表格內(nèi)的數(shù)據(jù)繪制壓力隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，如圖 34 所示： 時(shí) 間 （ min）壓力（MPa） 壓 力 變 化圖 34 壓裂水層時(shí)壓裂液返排壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律由圖 34 可以看出，壓裂水層時(shí)壓裂液返排壓力是隨返排時(shí)間的增長(zhǎng)而下降的，造成這種結(jié)果的原因是停泵后地層內(nèi)集聚的壓力在地層內(nèi)累積，使得剛時(shí)開(kāi)始返排時(shí)壓力差很大，而后隨著時(shí)間的加長(zhǎng)壓力逐漸消耗變得越來(lái)越低。原因與中間容器內(nèi)為水時(shí)道理相同。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)返排過(guò)程中存在一個(gè)最大返排壓差，同時(shí)返排 壓力的提高也會(huì)影響油層滲透率的恢復(fù)能力，于是我們安排了下面的實(shí)驗(yàn)研究以上問(wèn)題。瓜膠壓裂液的密度為，pH 值為 6。W1K（3）將中間容器中的地層水換成壓裂液，以一定的流量對(duì)巖心進(jìn)行壓裂液損害，記錄損害時(shí)間與累計(jì)濾液的體積，直到累計(jì)濾液體積達(dá)到穩(wěn)定值為止。0K（6）提高泵的流量，加大返排過(guò)程中的壓差， 計(jì)算滲透率恢復(fù)值 / 。（2）壓裂液返排研究以下為巖樣返排時(shí)間與累計(jì)濾液體積關(guān)系曲線精選資料可修改編輯表 42 巖樣返排壓力與時(shí)間t(min) 2 5 8 10 15 17 20 25 30 35 40P(MPa)46 5555555500 10 20 30 40 50t(min)P(MPa)圖 42 巖樣返排壓力與時(shí)間從上圖可以看出，返排壓力在變化過(guò)程中存在一個(gè)突起帶。此時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力將逐漸減小，最終達(dá)到一個(gè)平衡 壓力。巖樣未受鉆井液損害前，初始正向地層水驅(qū)流動(dòng)壓力反映了當(dāng)時(shí)的滲透率大小。以下為巖樣返排壓差與滲透率恢復(fù)值關(guān)系曲線。精選資料可修改編輯 02468101210 20 30 40 50 60t(min)V(ml)圖 44 巖樣損害時(shí)間與累計(jì)濾液體積 05 10 25 30 45 50 60 70t(min)P(MPa)圖 45 巖樣返排壓力與 時(shí)間 0 5 10 15 20 25V(ml)K/Kw1圖 46 累計(jì)流量與滲透率恢復(fù)值 結(jié)論與建議：（1）壓裂液返排過(guò)程是非常重要的，良好的返排效果不但能有效的清除殘留在油層內(nèi)的精選資料可修改編輯壓裂液殘?jiān)?，而且能在一定程度上提高裂縫周?chē)诿鎺r石的滲透率，有利于壓裂后油井的采油過(guò)程，進(jìn)而提高壓裂井