【正文】 因此，油嘴的優(yōu)化是一個(gè)動(dòng)態(tài) 的過(guò)程，根據(jù)上述模型和油嘴尺寸的確定準(zhǔn)則，最佳油嘴直徑的動(dòng)態(tài)優(yōu)化結(jié)果如圖 34 所示。 壓裂油層模擬實(shí)驗(yàn)將壓裂液注入飽和油的巖心，壓裂液返排時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)變化如表 33 所示：表 33 壓裂油層時(shí)壓裂液返排數(shù)據(jù)t(min) p(MPa) V(mL) Q(103m3/min)1 0 02 3 4 7 精選資料可修改編輯5 6 7 8 9 010 8 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 9 21 9 022 9 0根據(jù)表 33 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制壓力隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖 35。實(shí)驗(yàn)材料：巖心若干、一定量的田菁膠、瓜膠壓裂液、模擬地層水。同 時(shí)將中間容器中的壓裂液換為地層水，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備重新連接好。當(dāng)壓力升高到一定的值時(shí)（對(duì)應(yīng)于圖中曲線的峰值壓力），此時(shí)濾餅才剛剛被破壞，少量壓裂液伴隨著 濾液流出。下面我們來(lái)研究返排壓差與滲透率恢復(fù)值的關(guān)系。一旦返排通道建立后，隨著返排的進(jìn)行，巖石內(nèi)堵塞的 壓裂液殘?jiān)鼤?huì)不斷排出，返排壓力會(huì)有一定量的降低，最后達(dá)到一個(gè)平衡壓力。這是因?yàn)?，巖樣兩端的壓差越大，堵塞在孔喉處的壓 裂液殘?jiān)蜁?huì)越容易被返排出來(lái)，滲透率恢復(fù)的越好。容易看出，巖樣的物性參數(shù)不同，其突破壓力也不同。2μmPas?巖樣的初始正向地層水滲透率 = =1WKQup???（1）巖樣損害研究以下為巖樣的鉆井液損害時(shí)間與累計(jì)濾液體積關(guān)系的曲線。 連接實(shí)驗(yàn)所需的儀器，檢查各部分是否正確連接。而壓裂液返排會(huì)減緩壓裂液對(duì)油層的傷害，排出一定的堵塞物。 實(shí)驗(yàn)步驟壓裂水層：（1）將實(shí)驗(yàn)用的流體、巖心、儀器以及其它所需物品準(zhǔn)備好；（2）連接實(shí)驗(yàn)所需的儀器，檢查各部分是否連接正確；（3）將中間容器中裝好地層水，然后在 45℃時(shí)驅(qū)出 3PV，停泵，關(guān)好出口和入口的閥門(mén)；（4）將中間容器中的地層水換成壓裂液，打開(kāi)閥門(mén)再驅(qū)出 ，然后關(guān) 閉出口的閥門(mén)，繼續(xù)驅(qū)，直到壓力升到 1MPa 時(shí)，停泵，關(guān)閉入口處的閥門(mén)，老化 1h；（5）慢慢打開(kāi)入口處的閥門(mén)，控制液體流出的速度，然后計(jì)量不同的返排量及井底壓力與其所對(duì)應(yīng)的時(shí)間的值；（6）重復(fù)幾塊巖心，步驟同（3）~（5），記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值。051015201 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31時(shí) 間 (min)返排濾失速度(106m/s)裂 縫 凈 壓 ()裂 縫 凈 壓 ()裂 縫 凈 壓 ()圖 33 裂縫凈壓對(duì)返排濾失速度的影響由圖 33 可以看出，壓裂液在地層中的返排過(guò)程中的濾失速度隨返排時(shí)間延長(zhǎng)而減少，但在返排初期，返排濾失速度的減少比較快，返排一段時(shí)間后，返排 濾失速度趨于穩(wěn)定。 設(shè)剛停泵時(shí)井口壓力為 ISIP，則停泵后某時(shí)刻裂縫體積的變化量為： （339）2 2ffhf(1)[ISP()]VLptHE??????式中，ISIP 為停泵時(shí)刻井口 壓力，Pa ； 為井筒中靜液柱產(chǎn)生的壓力，Pa；在裂縫參數(shù)和地層參數(shù)己經(jīng)給定的情況下，上式中的 為 的函數(shù)，表示 為：fV?)(ftp （340）)()(f2ftptV＝?由以上的分析可以看出， 和 都是 的函數(shù)，結(jié)合第二章對(duì)濾失量 的計(jì)算，outfV?)(ftptV在每一計(jì)算步內(nèi)對(duì)式（335）中的壓力項(xiàng)迭代求解，就可以得到停泵后不同時(shí)刻的井底壓力，進(jìn)而得到井口的壓力變化，即 。在均 質(zhì)、單層內(nèi)進(jìn)行壓裂時(shí)，閉合壓力就等于壓裂層的最小主應(yīng)力。根據(jù)壓力分布，可求解出各 時(shí)刻的返排速度和返排量，由式（319 ）可以看出， 濾失量跟 的變化有關(guān)，可寫(xiě)成 的形式。在此縫長(zhǎng)范圍內(nèi)用作為 定壓邊界，以儲(chǔ)層原始?jí)毫Ψ植甲鳛槌跏紬l件并結(jié)合儲(chǔ)層的邊界條件，用 強(qiáng)隱式方fp法求解式（326）所構(gòu)成的五對(duì)角方程組，從而得到各網(wǎng)格點(diǎn)的壓力 。同K?樣采用隱式格式將方程（311）離散為： （327）ji,1ji,1j,ij,1ji,1j,ij,1ji, gpedpcbpa nnnnn ????????????式（327 ）中， 21jjji, ?????ya精選資料可修改編輯1/2ii39。 模型的數(shù)值解法本部分將對(duì)上面所建立的壓裂液返排二維模型中的偏微分方程尋求合適的差分格式，并離散這些方程，給出數(shù)值 求解的步驟，最后求得沿裂縫壁面的壓裂液返排速度及井底壓力變化 [4045]。此壓力分布情況由計(jì)算施工過(guò)程中的返排得到，也可以由停泵時(shí)的壓裂資料估算得到。隨著壓裂液向地層的濾失及濾餅的增厚，順著裂縫流過(guò)的壓裂液對(duì)己形成的外濾餅還有一種磨蝕的作用，阻止濾餅 厚度的增加。wP在濾餅的形成過(guò)程中，可以認(rèn)為濾餅的體積與濾過(guò)的液體體積成正比，則有： （313）dlV???式中的比例系數(shù) 可以寫(xiě)成下式， 是形成濾餅物質(zhì)的體積濃度，dsc （314）sdc1()C??將式（310 ）及式（311 ）代入式（39）中，整理后得到： （315）12sccfwn l3128nnnpKVCK????????????????????精選資料可修改編輯從上式看到，濾餅兩端的壓力差與濾失速度及濾失體積所形成的濾餅厚度有關(guān)。 px?yx?y （34）??1112de n38nnKp?????????????式中，μ e為濾液的有效黏度，Pa?s ； 為侵入?yún)^(qū)的滲透率，m 2； 為侵入?yún)^(qū)的孔隙度，無(wú)d d?因次。 壓裂液返排的二維數(shù)學(xué)模型無(wú)論是一維濾失系數(shù)的計(jì)算方法還是修正的濾失系數(shù)的計(jì)算方法都只考慮了一維單相流動(dòng)。精選資料可修改編輯第 3 章 裂縫閉合期間壓裂液返排模型本章將主要運(yùn)用流體力學(xué)和數(shù)值模擬的相關(guān)理論以及物質(zhì)平衡原理對(duì)壓裂液返排期間裂縫閉合的過(guò)程建立壓裂液返排的數(shù)學(xué)模型。研究表明，并不是所有能降低表面張力的物質(zhì)都能降低水鎖效應(yīng)和儲(chǔ)層傷害，水鎖程度的大小是受毛管力控制的，表面張力只是影響毛管力的一個(gè)因素。利用這種熱化學(xué)反應(yīng)，配合酸化處理，可以溶解近井地帶及井筒內(nèi)復(fù)雜的有機(jī)（無(wú)機(jī)）沉積垢，疏通油流通道。（8）有較大應(yīng)力差的多層水力壓裂作業(yè)，壓后返排速度必須快于層間交叉流動(dòng)的速度，以免低應(yīng)力層支撐劑過(guò)剩而高應(yīng)力層支撐劑不足，而且必須在停泵后立即開(kāi)始返排。（3）在向上延伸的裂縫或裂縫高度過(guò)快發(fā)育的情況下，從加強(qiáng)膠體殘?jiān)蹬诺慕嵌戎v，有控制的返排或許有益。另外，這種返排方式不適合易出水地層。Robinson 等人的 “小排量早期返排”實(shí)際上是一種有控制的返排，他們所做的研究突出了裂縫閉合應(yīng)力對(duì)支撐劑破碎、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(zhǎng)的閉合時(shí)間?；谝陨?認(rèn)識(shí)，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(cè)值或測(cè)定值，這是選擇支撐劑、確定排液程序的基礎(chǔ)。達(dá)西定律一直作為一個(gè)基本的規(guī)律被廣泛地應(yīng)用于油氣田開(kāi)發(fā)的滲流計(jì)算中。低滲透問(wèn)題是一個(gè)十分復(fù)雜的課題，屬于非線性問(wèn)題。90 年代以來(lái)在大慶、吉林、遼河、勝利、 長(zhǎng)慶等主要油田陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多低滲透油藏。精選資料可修改編輯（5）天然裂縫相對(duì)發(fā)育。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(chǔ)層變得十分致密，滲透率一般小于 ，少數(shù)低于 (統(tǒng)計(jì)北美 172 個(gè)2μm2μm低滲透砂巖油藏的數(shù)據(jù))。這些低滲透層大部分已投入開(kāi)發(fā)。精選資料可修改編輯第 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(guó)內(nèi)外低滲透油田儲(chǔ)量分布及特點(diǎn) 國(guó)外低滲透油田儲(chǔ)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(guó)基本上都有該類型的油田[1113]。 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(shí)的井口壓力完全依賴經(jīng)驗(yàn)。到目前為止，工程現(xiàn)場(chǎng)反饋了很多問(wèn)題，其中的一些問(wèn)題導(dǎo)致了嚴(yán)重的后果。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。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(guò)程和壓裂液返排過(guò)程。本文 對(duì)壓 裂液的返排過(guò)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)。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。由于 這一過(guò)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。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(wèn)題就更加突出了。油氣藏壓裂后壓裂液返排過(guò)程中雖然是油、水相流動(dòng)，但在壓裂過(guò)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)。1999 年俄羅斯各油氣區(qū)中難以開(kāi)采的石油儲(chǔ)量占剩余可采儲(chǔ)量的 40%以上。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。s。 國(guó)內(nèi)低滲透油田儲(chǔ)量分布低滲透油田儲(chǔ)量就占我國(guó)陸上已探明未動(dòng)用總儲(chǔ)量的 60%以上。 國(guó)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 %。低滲透介質(zhì)中的滲流規(guī)律甚為復(fù)雜，至今還沒(méi)有一個(gè)清楚的令人滿意的表達(dá)方法。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(zhǎng)的閉合時(shí)間。（4）關(guān)井、生產(chǎn)井決不能用大油嘴瞬時(shí)開(kāi)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(kāi)關(guān)。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。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。（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。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(lái)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。賀承祖 [27]論述了水鎖效應(yīng)與儲(chǔ)層傷害的關(guān)系。因此， 這類方程的直接數(shù)值求解是繁瑣、困難的。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(lái)得到壓力的變化情況。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(wú)因次； 為壓裂液流態(tài)指數(shù)，無(wú)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(zhǎng)度（侵入?yún)^(qū)2μmnKp長(zhǎng)度）， m。通常可將牛頓流體的流動(dòng)視為冪律流體流動(dòng)的一種特殊情況。隨著內(nèi)濾餅 的形成，外 濾餅也就在 時(shí)刻開(kāi)始在縫面上沉積。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。在活塞式驅(qū)動(dòng)中，此邊界的移動(dòng)是連續(xù)的。附加 邊界條件和初始條件，式（326）構(gòu)成五對(duì)角方程組。為了得到停泵時(shí)刻的壓力分布，需從壓裂液開(kāi)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(zhǎng) Lf 在停泵以后是不再變化的。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(zhǎng) 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 。 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(wú)因次； 為閉合壓力，MPa。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。隨著關(guān)井時(shí)間的延 長(zhǎng)， 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。02468100 5 10 井 口