【正文】 32 所示。精選資料可修改編輯表 31 壓裂液返排模擬計算中需要輸入的基本參數儲層參數 參數值 壓裂參數 參數值有效厚度(m) 19 裂縫高度(mm) 40泊松比(無因次) 瞬時停泵壓力(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) ~ 施工時間(min) 地層孔隙度(無因次) 15%~20% 注入支撐劑體積(m 3) 侵入區(qū)滲透率(μm 2) ~壓裂返排液密度(kg/m3) 侵入區(qū)孔隙度(無因次) 12 %~16%壓裂液稠度系數(Pa?sn) 地層壓力(MPa) 壓裂液流態(tài)指數(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(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，關井初期壓力下降比較快。 這是因 為，此 時裂縫中的壓力值很大，單位時間內壓裂液向地層的濾失量比較多，相應地，單位時間內裂縫體積的變化量也比較大，從而使井口壓力的下降加快。隨著關井時間的延 長， 縫中壓力接近裂縫閉合壓力時，井口壓力下降趨于平緩，這因 為此時縫中壓力相對于剛停泵時小得多，單位時間壓裂液濾失量及裂縫體積的變化量減少的緣故。這與實測壓降曲線所顯示的規(guī)律基本一致。精選資料可修改編輯0 500 1000 1500 2022 2500 3000時 間 （ s）井口壓力（MPa） 井 口 壓 力圖 32 關井期間井口壓力預測曲線（k 取 ，kd 取 ）2μm2μ由上面的數據經過計算還可以得到裂縫凈壓對返排過程中濾失速度的影響，如圖 33示。051015201 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31時 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程中的濾失速度隨返排時間延長而減少，但在返排初期，返排濾失速度的減少比較快，返排一段時間后，返排 濾失速度趨于穩(wěn)定。這是因為在初始階段，地層內集聚了大量的能量，使得剛打開閥門返排時，裂 縫中的凈壓比較精選資料可修改編輯大，導致壓裂液返排濾失流速比較大，隨后 壓力的逐漸被消耗，裂 縫內外的壓力越來越小，沒有太多的能量，返排濾失速度自然也就達到穩(wěn)定。這與 Williams 等人提出的觀點一致。其次，在同一時刻，返排過程中的濾失速度還隨裂縫凈壓的增加而增加。實際上，不同井口壓力所對應的油嘴直徑是不一樣的，并且在返排過程中，井口 壓力隨著時間是逐漸遞減的，因此，油嘴的優(yōu)化是一個動態(tài) 的過程，根據上述模型和油嘴尺寸的確定準則，最佳油嘴直徑的動態(tài)優(yōu)化結果如圖 34 所示。02468100 5 10 井 口 壓 力 (MPa)油嘴直徑(mm)圖 34 不同井口壓力下最佳油嘴直徑的動態(tài)優(yōu)化 室內實驗模擬研究為了更好地了解壓裂液的返排規(guī)律，驗證理論模型，以便能更加有效地判別壓裂后儲層的產液性質，進行了室內的模擬實驗研究。 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。 實驗裝置方巖心（ mm）若干，實驗室配制的壓裂液、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。 實驗步驟壓裂水層：（1）將實驗用的流體、巖心、儀器以及其它所需物品準備好；（2）連接實驗所需的儀器，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℃時驅出 3PV，停泵，關好出口和入口的閥門；（4）將中間容器中的地層水換成壓裂液，打開閥門再驅出 ，然后關 閉出口的閥門，繼續(xù)驅，直到壓力升到 1MPa 時，停泵，關閉入口處的閥門，老化 1h；（5）慢慢打開入口處的閥門，控制液體流出的速度，然后計量不同的返排量及井底壓力與其所對應的時間的值；（6）重復幾塊巖心，步驟同（3）~（5），記錄實驗數據值。壓裂油層：將中間容器中的模擬地層水換成油，然后重復上述步驟。 實驗數據及處理 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變化如表 32 所示：表 32 模擬壓裂水層后的壓裂液返排數據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 根據表格內的數據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。所以有圖 34 所示的返排壓力變化趨勢。 壓裂油層模擬實驗將壓裂液注入飽和油的巖心，壓裂液返排時的各項參數變化如表 33 所示：表 33 壓裂油層時壓裂液返排數據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根據表 33 的實驗數據繪制壓力隨時間變化的關系曲線，見圖 35。00 3 6時 間 （ min）壓力（MPa）圖 35 模擬地層油時壓力隨時間變化的曲線由圖 35 可以看出，壓裂油層時壓力仍是隨時間的延長而降低。原因與中間容器內為水時道理相同。精選資料可修改編輯第 4 章 壓裂液返排的實驗研究壓裂液在壓裂油層的過程中會堵塞油層內的孔道，使油層滲透率降低。而壓裂液返排會減緩壓裂液對油層的傷害，排出一定的堵塞物。好的返排效果會使壓裂井的產量明顯提高，因而如何提高返排效果是我們研究的一個重要問題。通過研究發(fā)現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。 實驗儀器材料儀器設備：JB —Ⅲ型手動泵 、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。實驗材料：巖心若干、一定量的田菁膠、瓜膠壓裂液、模擬地層水。經測定田菁膠壓裂液的密度為 ，pH 值為 8。瓜膠壓裂液的密度為，pH 值為 6。 實驗步驟（1）將實驗用的流體、巖心、儀器以及其他所需物品準備好。 連接實驗所需的儀器，檢查各部分是否正確連接。（2）將中間容器中裝好模擬地層水，然后在 45℃時用模 擬地層水對巖樣進行水驅，測定巖樣的初始正向地層水滲透率 。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。（4）打開巖心夾持器，將巖心兩端對調位置。同 時將中間容器中的壓裂液換為地層水，將實驗設備重新連接好。（5）用模擬地層水以一定的流量對巖心進行驅替，每隔一定時間記錄壓力值，在壓力穩(wěn)定時測得的正向地層水滲透率為 。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 / 。0K321μm?精選資料可修改編輯 實驗數據處理與結果分析 采用瓜膠壓裂液進行壓裂實驗由資料可知，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 。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間與累計濾液體積關系的曲線。表 41 巖樣損害時間與累積濾液體積t(min) 5 8 12 15 18 21 2427 30 31 35 40 50 60V(ml)1.2 44.6 5 66.46.86.8 0123456785 12 18 24 30 35 50t(min)V(ml)圖 41 巖樣損害時間與累積濾液體積從曲線上的趨勢可以看出，濾失時間超過一定范圍之后，巖樣的累計濾液體積均不再增加，說 明在巖樣的端面上已 經形成了壓裂液濾餅，阻止了濾液的進一步濾失。（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精選資料可修改編輯表 42 巖樣返排壓力與時間t(min) 2 5 8 10 15 17 20 25 30 35 40P(MPa)46 5555555500 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。分析實驗過程得知， 剛開始返排的時候，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，此時壓力會不斷的升高。當壓力升高到一定的值時（對應于圖中曲線的峰值壓力），此時濾餅才剛剛被破壞，少量壓裂液伴隨著 濾液流出。一旦流 動通道建立后，隨著返排的進行，巖心中原來的堵塞在孔喉處的固相顆粒不斷地被排出，壓裂液濾餅會逐漸被破壞。此時對應的壓力將逐漸減小，最終達到一個平衡 壓力。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。容易看出，巖樣的物性參數不同，其突破壓力也不同。只有當油層與裂縫之 間提供的壓力大于 Pd時，壓裂液所形成濾餅的返排才能正常進行。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。而在返排過程中，隨著返排壓力的改變，巖心的滲透率 值 也會發(fā)生相應的變化，我 們把當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值，而這個滲透率的恢復值正是返排效果好壞程度一個標志。下面我們來研究返排壓差與滲透率恢復值的關系。（3）巖樣滲透率恢復程度研究。以下為巖樣返排壓差與滲透率恢復值關系曲線。表 43 巖樣返排壓差與滲透率恢復值關系曲線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)滲透率恢復值圖 43 巖樣返排壓差與滲透率恢復值關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），滲透率恢復值增加明顯。這是因為，巖樣兩端的壓差越大，堵塞在孔喉處的壓 裂液殘渣就會越容易被返排出來，滲透率恢復的越好。 采用田菁膠壓裂液進行實驗的結果因為實驗原理以及過程與瓜膠壓裂液相同，我們就不再進行敘述了，以下是用實驗數據繪制的曲線。精選資料可修改編輯 02468101210 20 30 40 50 60t(min)V(ml)圖 44 巖樣損害時間與累計濾液體積 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精選資料可修改編輯壓裂液殘渣，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。（2）裂縫壁面巖石孔隙內的壓裂液在返排過程中存在一個突破壓力 Pd，只有當返排 壓力大于 Pd時，壓裂液殘渣才能在孔道內運移，返排才能繼續(xù)進行。一旦返排通道建立后，隨著返排的進行，巖石內堵塞的 壓裂液殘渣會不斷排出，返排壓力會有一定量的降低，最后達到一個平衡壓力。（3）增大返排