【正文】 底水驅動不明顯，自然能量補給差，多數(shù)靠彈性和溶解氣驅采油，油層產能遞減快，一次采收率低，只能達到 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。可見低滲透油藏是我國今后相當長一段時間內增儲上產的主要資源基礎。（2）低滲透儲層中特低滲透及超低滲透層儲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3210μm量占 53%，Ⅱ類滲透率為 1～1010 3 ，其儲量占 %，Ⅲ類滲透率為 ～110 32μm，占儲量 %，二、三類低滲透儲層的儲量占到 47%。就已有的研究成果來看，主要存在以下問題：低速滲流時，有沒有啟動壓力梯度還存在很多爭議；如何測量低滲透巖石的啟動壓力梯度和啟動壓力產生的原因值得進一步研究。因此，合理開發(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 國外壓裂液返排的推薦做法近十多年來，國外學者在壓后壓裂液返排的問題上形成了多種認識，具有代表性的觀點主要有小排量返排、強化返排和反向脫砂三種 [1424]。在裂縫閉合之[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）6前壓裂液已完全破膠，支撐劑已大量沉降，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力，讓支撐劑停留在裂縫內，從而減少支撐劑的破碎和倒流。如果壓裂液破膠時間大于裂縫閉合時間，應當用 ～ 的小油嘴，以 19～38（L/min）的小排量返排，使裂縫降壓。（5）油氣井生產期間，應定期測定或計算井底流壓。 強化返排與 Robinson 等人相反，1990 年 E1y 等人提出用強制裂縫閉合（Forced Closure）工藝，配以較高的支撐劑濃度（高砂比）和嚴格的壓裂液質量控制措施，能極大地改善低滲透油氣井支撐縫的導流能力。后來有學者認為，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@種認識，1995 年 Barree 和 Mukherjee 提出了“反向脫砂” （Reverse Screenout）工藝。（2）只有當層內裂縫保持良好延伸，或者有較高應力差的上下層遮擋時，才有通過適當?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束后立即開始返排，并且返排速度要高于裂縫內液體的濾失速度。（4）裂縫向下延伸時，無論泵送期間還是裂縫閉合期間，支撐劑都是沉降的，此時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，但不可能覆蓋整個裂縫段。（7）高濾失地層厚度比整個裂縫高度相對薄時，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移。為了減少快速返排和井筒脫砂可能對循環(huán)系統(tǒng)造成的磨損，國外一般還要采取控制支撐劑倒流的措施，使用尾追樹脂包裹支撐劑（樹脂砂）就是其中的一種。在這一階段對每次放噴時間間隔和放噴強度進行控制，由于酸化規(guī)模、井身結構和氣產量的不同，作者采用定性的方法總結了一套氣井間隙放噴的方法，應用效果較好。王尤富 [26]論述了入井液表面張力與儲層損害關系的實驗室研究。未開發(fā)的油氣層處于殘余水飽和狀態(tài)，可以認為油、氣驅動壓力與毛細管力處于平衡狀態(tài)。到目前為止，確定裂縫形態(tài)的數(shù)學模型已經從二維[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）9模型、擬三維模型發(fā)展到全三維模型?；谶@種情況，目前對全三維模型的求解依舊是一個很大的研究課題。 裂縫閉合過程中模型的假設條件壓裂施工停泵后井底或井口壓力一般都會隨時間下降。在壓裂液返排過程中，裂縫參數(shù)的一些基本假設為：（1）停泵后縫中壓力短時間內平衡，裂縫立即停止延伸；（2）設地層為線彈性體，層間無滑動，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)學模型在壓裂施工過程及裂縫閉合的過程中，只要裂縫是張開著，在裂縫壁面與油藏之間就會形成一定的壓差，而壓裂液的返排速度的大小又受裂縫與儲層之間的壓力梯度所控制[3639]。結合式（31） ，壓裂液在侵入?yún)^(qū)的運動方程如下： （32）deKVpG????（ － ）其中 為啟動壓力梯度。dK?K根據(jù)質量守恒定律，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???[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）12式中， 和 分別為流體及孔隙的壓縮系數(shù)， Pa1；令 ， 為綜合壓縮系fc? ?c??ft t數(shù)，Pa 1。因此，在上述方程中設 n=1 并采用原始地層的孔隙度和滲透率，按照相同的推導步驟，則可得到地層流體在儲層區(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，無因次； 為原始地層K的滲透率，m 2。它是取決于流體和濾餅性質的一個綜合參數(shù)。因此，在許0t多地層中，內濾餅的形成常常是外濾餅形成的基礎。由上述的對濾餅形成過程的分析可以看出，應適當修正濾餅因數(shù) ，使之適應濾餅形c?成過程中的既有增厚又有削薄的情況。式（316）可以改寫成： （319）fwclnpV????? 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（設沿裂縫方向為 x 方向，垂直裂縫方向為 y 方向） ，其初始條件及邊界條件如下： 初始條件返排過程開始前，可以根據(jù)有關的壓裂資料確定整個儲層的壓力，即停泵后儲層靜壓。裂縫內部的濾餅面處， （321）fxLP??式中， 為停泵時刻裂縫的長度，m。交界處的一邊是冪律流體在多孔介質中的滲流，另一邊是牛頓液[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）15在多孔介質中的滲流，故有： （322）dee()()KpKpxxyy?????????????動 邊 界 動 邊 界動 邊 界 動 邊 界儲層的邊界條件可根據(jù)實際情況設定，大致可分為兩類：封閉外邊界： （323）??????0eeyxp式中， 和 分別為矩形儲層的長度和寬度。在壓裂液返排過程中裂縫附近的壓力梯度大，而遠離裂縫的壓力梯度小，因此采用不均勻網格。 儲層區(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????????????????其他的表示項同式（326） 。求解過程如下：第一步，計算的啟動。Mu?v第二步，隨著動邊界的推移，在計算的 n 時刻可以將計算區(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）計算；第二部分為侵入?yún)^(qū)和儲層區(qū)，通過動邊界的推移距離來判斷網格系統(tǒng)中的各點是處于侵入?yún)^(qū)還是儲層區(qū)，然后在這些點分別采用式（327）和式（326）提供的格式，結果形成兩組五對角矩陣方程。以此重復，直至返排結束為止。后面便以實驗和實例計算的方式驗證模型的準確程度，并加以修正。前面己經求得了關井期間井底壓力變化。對于恒定流，由伯努利方程則可得到放噴油嘴中不同時刻返排液的速度 [44]： （332） ]1)([)1(1????????tpRr???由式（329）又可導出不同時刻的返排流量 Q 和累積返排量 ，計算式分別如下：outV （333） ]1)([)1(1????????tprrQ??? （334）()[(]dt .outVttR??? ??[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）20上面的式子中， 為返排液的密度，kg/m 3； 為局部阻力系數(shù)，無量綱，在這里取，??； ， 為放噴油嘴和井筒的半徑，m； 為返排過程中井口的壓力，Pa；其與井底rR)(tp壓力的關系為 ，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，裂縫體積的變化量應該等于返排時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程中某一時刻裂縫的體積， m3?；居嬎銋?shù)如表 31，計算結果如圖 32 所示。這與實測壓降曲線所顯示的規(guī)律基本一致。這與 Williams 等人提出的觀點一致。 實驗方法 實驗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，最后進行返排，那么返排量及井底壓力隨時間的變化規(guī)律應該不同，通過對比不同的返排量及井底壓力與時間的關系曲線，判別地層中的產液性質。 實驗數(shù)據(jù)及處理 壓裂水層模擬實驗將壓裂液注入飽和過模擬地層水的巖心，壓裂液返排時的各項參數(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 12 13 14 15 16 [中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）25根據(jù)表格內的數(shù)據(jù)繪制壓力隨時間變化的關系曲線，如圖 34 所示： 時 間 （ min）壓力（MPa） 壓 力 變 化圖 34 壓裂水層時壓裂液返排壓力隨時間的變化規(guī)律由圖 34 可以看出，壓裂水層時壓裂液返排壓力是隨返排時間的增長而下降的，造成這種結果的原因是停泵后地層內集聚的壓力在地層內累積，使得剛時開始返排時壓力差很大，而后隨著時間的加長壓力逐漸消耗變得越來越低。原因與中間容器內為水時道理相同。通過研究發(fā)現(xiàn)返排過程中存在一個最大返排壓差，同時返排壓力的提高也會影響油層滲透率的恢復能力，于是我們安排了下面的實驗研究以上問題。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，以一定的流量對巖心進行壓裂液損害，記錄損害時間與累計濾液的體積，直到累計濾液體積達到穩(wěn)定值為止。0K（6）提高泵的流量，加大返排過程中的壓差，計算滲透率恢復值 / 。（2）壓裂液返排研究以下為巖樣返排時間與累計濾液體積關系曲線表 42 巖樣返排壓力與時間t(min) 2 5 8 10 15 17 20 25 30 35 40P(MPa)46955555555[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）2900 10 20 30 40 50t(min)P(MPa)圖 42 巖樣返排壓力與時間從上圖可以看出，返排壓力在變化過程中存在一個突起帶。此時對應的壓力將逐漸減小，最終達到一個平衡壓力。巖樣未受鉆井液損害前，初始正向地層水驅流動壓力反映了當時的滲透率大小。以下為巖樣返排壓差與滲透率恢復值關系曲線。 02468101210 20 30 40 50 60t(min)V(ml)圖 44 巖樣損害時間與累計濾液體積[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）31 05 10 25 30 45 50 60 70t(min)P(MPa)圖 45 巖樣返排壓力與時間 0 5 10 15 20 25V(ml)K/Kw1圖 46 累計流量與滲透率恢復值 結論與建議：（1）壓裂液返排過程是非常重要的，良好的返排效果不但能有效的清除殘留在油層內的壓裂液殘渣，而且能在一定程度上提高裂縫周圍壁面巖石的滲透率，有利于壓裂后油井的采油過程，進而提高壓裂井的產量。本實驗中是通過泵來實現(xiàn)壓差調節(jié)的，由于壓差較大，滲透率增幅效果明顯，而在現(xiàn)場由于地層壓力的限制，以及油層壓開范圍，壓裂液的特性等等因素，難以達到實驗室的效果。在水力裂縫延伸過程中，由于縫內外存在較大的壓力差，導致部分液體由壁面濾失于油層中。在縫內外壓差的作用下，壓裂液經縫面濾失到地層中。停泵后，即在裂縫閉合過程中，壓裂液繼續(xù)濾失。[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）33 受壓裂液黏度控制的濾失系數(shù) C1壓裂液沿垂直裂縫壁面的方向向地層中濾失，可以利用 Darcy 方程導出濾失系數(shù) C1： （51）???式中 —濾失速度，m/s；v —地層垂直于濾失方向的滲透率， ；K2m —縫內外的壓差，Pa；p? —壓裂液在縫內流動條件下的視黏度，Pa﹒s；? —由縫壁面向地層內濾失的距離，m。壓裂液黏度愈大， C1值愈小，參數(shù)值不變時， C1值是個常數(shù)。?縫面上的滲濾速度為：