【正文】 8nnCKK???????????????????實(shí)際上，在形成濾餅以前，有些更為微小的聚合物及地層微粒已經(jīng)進(jìn)入到地層的內(nèi)部，稱之為內(nèi)濾餅。 壓裂液在侵入?yún)^(qū)的滲流考慮壓裂液非牛頓性質(zhì)對(duì)返排的影響，結(jié)合壓裂液或?yàn)V液的特性，將其假定為冪律流體。在全三維模型中，縫寬方程是奇異積分方程， 對(duì)于這類方程，當(dāng)源點(diǎn)和 場(chǎng)點(diǎn)重合時(shí)，被積函數(shù)無窮大，僅在柯西主 值的意義上收斂。 國(guó)內(nèi)壓裂液返排的研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為，在殘液返排上主要集中在 3 個(gè)方面：工程上提高排液效率；集中在影響排液因素上的研究，以理論結(jié)合實(shí)際提高排液效率；排液預(yù)測(cè)模型的研究上。Barre 和 Mukherjee 認(rèn)為，井筒內(nèi)液體的膨 脹性、液體濾失、支撐劑的對(duì)流、停泵期間水擊效應(yīng)引起的壓力波動(dòng)、關(guān)井后裂縫的延伸和泵送結(jié)束時(shí)剩余壓力梯度的消解、不同閉合應(yīng)力的層段間的交叉流動(dòng)，是引起支撐劑運(yùn)移與沉降的六個(gè)主要因素。（3）如果施工井作業(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）。對(duì)低滲透非達(dá)西滲流的滲流機(jī)理的認(rèn)識(shí)還處于探索階段。（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(gè)采油工藝系列中，保護(hù)油層是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。1998 年美國(guó)低滲透油氣田可采儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的 10%～15%。（3）影響返排效果的因素是多方面的，對(duì)于不同油氣藏，其儲(chǔ)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(rùn)濕性和孔隙度等)對(duì)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(chǎng)壓裂作業(yè)提供合適可行的方案。可見，返排在壓裂、酸化工 藝中占有非常重要的位置，如果不能及 時(shí)排完、排凈 會(huì)給地層帶來再次 傷害，返排效果的好壞直接影響措施效果。目前，對(duì)壓裂液返排的控制，大多采用經(jīng)驗(yàn)方法，沒有可靠的理論依據(jù)。壓裂液能否順利、及時(shí)地排出 對(duì)施工效果影響非常明顯，特別是對(duì)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。壓裂液在儲(chǔ)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(dòng)過程中的壓力梯度，會(huì)最終影響排驅(qū)效率。目前，全俄羅斯從低滲透儲(chǔ)集 層中采出的石油占全部采出量的 20%左右。由于巖性堅(jiān)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(duì)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(duì)待的問題。目前，國(guó)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。（2）獲取本地區(qū)裂縫閉合所需的時(shí)間。 反向脫砂精選資料可修改編輯一般而言，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(zhǎng)了裂縫閉合時(shí)間，此時(shí)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。Barre 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(duì)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(zhǎng)的支撐縫。 裂縫形態(tài)的數(shù)學(xué)模型在進(jìn)行返排程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，研究人員必須知道停泵時(shí)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]。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(dòng)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 邊界精選資料可修改編輯條件和壓裂液性質(zhì)對(duì)壓裂液返排的影響，目的就是讓計(jì)算的結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有指導(dǎo)意義。上式可以寫成更簡(jiǎn)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)到c?n 冪的濾失速度所產(chǎn)生的濾餅壓降。 邊界條件四條邊界與返排方向的三個(gè)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(chǔ)層區(qū)間的交界面和儲(chǔ)層邊界。ji, ????xb39。fpf()Vp?根據(jù)上面的步驟便可以編制計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行計(jì)算。hf)(ttp?? 實(shí)例計(jì)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(shí)間的計(jì)算方法，對(duì)實(shí)例進(jìn)行計(jì)算，以得出返排過程中的井口 壓力變化，并 對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。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。（2）將中間容器中裝好模擬地層水，然后在 45℃時(shí)用模 擬地層水對(duì)巖樣進(jìn)行水驅(qū)，測(cè)定巖樣的初始正向地層水滲透率 。只有當(dāng)油層與裂縫之 間提供的壓力大于 Pd時(shí)，壓裂液所形成濾餅的返排才能正常進(jìn)行。（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。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。 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。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。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(zhǎng) ，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。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。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)。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。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。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。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。（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。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。 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)。我國(guó)陸地低滲透油田廣泛分布于全國(guó) 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。（3）原始含水飽和度較高，原油物性較好。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。這在很大程度上降低了裂縫的導(dǎo)流能力，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致壓裂施工的失??；二是返排流量控制不好，使回流的支撐劑沖出井口，刺壞放噴油嘴以及破壞其他設(shè)備。關(guān)鍵詞：水力壓裂；裂縫閉合；壓裂液返排；數(shù)學(xué)模型；井底壓力精選資料可修改編輯精選資料可修改編輯目 錄第 1 章 緒論 .....................................................................................................................1 壓裂液返排規(guī)律研究的目的和意義 ..........................................................1 目前關(guān)于壓裂液返排規(guī)律研究存在的不足 ..............................................2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 .................................................3 國(guó)內(nèi)外低滲透油田儲(chǔ)量分布及特點(diǎn) ..........................................................3 國(guó)外低滲透油田儲(chǔ)量分布 ..............................................................................3 國(guó)外低滲透油田的主要特點(diǎn) ..........................................................................3 國(guó)內(nèi)低滲透油田儲(chǔ)量分布 ..............................................................................4 國(guó)內(nèi)低滲透油田的主要特點(diǎn)： ........................................................................4 壓裂液返排規(guī)律研究現(xiàn)狀 ..........................................................................5 國(guó)外壓裂液返排的推薦做法 ..........................................................................5 國(guó)內(nèi)壓裂液返排的研究現(xiàn)狀 ..........................................................................7 裂縫形態(tài)的數(shù)學(xué)模型 ..................................................................................8第 3 章 裂縫閉合期間壓裂液返排模型 .........................................................................9 裂縫閉合過程中模型的假設(shè)條件 ..............................................................9 壓裂液返排的二維數(shù)學(xué)模型 ......................................................................9 壓裂液從地層返排的數(shù)學(xué)模型 ......................................................................9 初始條件及邊界條件 ....................................................................................13 模型的數(shù)值解法 ........................................................................................14 返排模型的離散 ............................................................................................14 求解方法 .............................................