【正文】 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(shù)變化如表 33 所示：表 33 壓裂油層時壓裂液返排數(shù)據(jù)t(min) p(MPa) V(mL) Q(103m3/min)1 0 02 3 4 7 5 6 7 8 9 0[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）2610 8 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 9 21 9 022 9 0根據(jù)表 33 的實驗數(shù)據(jù)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。[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）27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(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。 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? 實驗數(shù)據(jù)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???[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）28（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)1.22.2 44.6 55.6 66.46.86.86.86.86.80123456785 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。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(shù)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 t(min) 10 15 5 7 9 5Q(ml/s)364 5 353P(MPa) 5 5 5K(mD)91 582678K/Kw1 [中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）308 4 2 7 7 3 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(shù)據(jù)繪制的曲線。 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。（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）增大返排壓差可以提高巖樣的滲透率恢復值，但在實際壓裂過程中，高返排壓差的建立存在一定的技術難度。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。筆者建議以后通過各種技術手段，例如采用井筒內泵車抽真空的方法，增大返排壓差，進而提高滲透率恢復值，希望有實力、有經驗的學者以及相關部門單位能在此方面作一定的研究。[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）32第 5 章 壓裂過程中的濾失與返排效果預測 壓裂液濾失理論壓裂液的濾失量是壓裂施工設計的關鍵參數(shù)之一 [2831]。壓裂液主要用來造縫與攜砂。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。在注入液量不變的情況下，濾失量越大形成的裂縫體積越小。水力裂縫體積與注入量體積之比，稱為壓裂液的利用系數(shù)。一般壓裂液利用系數(shù)在 ~ 之間（有的可能稍高），此數(shù)字說明近一半以上的壓裂液未起造縫或將砂子（支撐劑）送至預定位置的作用，而是中途濾失了。在縫內外壓差的作用下，壓裂液經縫面濾失到地層中。在濾失過程中，從裂縫到地層內部形成三個區(qū)域，即濾餅區(qū)、侵入?yún)^(qū)及儲層區(qū)，圖 51 表示這三個區(qū)域的分布情況。壓裂液中較粗的微粒及防腐劑在巖石層面上形成濾餅，濾餅的厚度取決于總濾失量，此外，能夠透過巖石層面的細微粒子（包括乳狀液）可能在地層內靠近縫面的地方形成內濾餅。經過濾餅的溶液進入侵入?yún)^(qū)，將該處的流體驅替至地層內部。停泵后，即在裂縫閉合過程中，壓裂液繼續(xù)濾失。圖 51 濾失區(qū)域示意圖壓裂液濾失于地層中，受三種機理的控制，即壓裂液黏度、地層流體的壓縮性及壓裂液的造壁性。壓裂液的濾失量的多少常以濾失系數(shù)的大小來表示。濾失系數(shù)因濾失機理的不同，也有三個分量，分別為受濾液黏度控制的濾失系數(shù) C受地層流體壓縮性控制的濾失系數(shù) C2及受壓裂液造壁性控制的濾失系數(shù) C3，下面分別討論這三個濾失系數(shù)及綜合濾失系數(shù)。[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。L壓裂液的實際濾失速度 為：av （52）???式中 —地層孔隙度，小數(shù)。? 因為 ，所以式（52）可寫為：daLvt? （53）tKpt?????積分解出 后代入（51）中，得到：L （54）1212. ().6()pv tpt????令 （55）2????????KC則 （56）1vt式中 C1 —由黏度控制的濾失系數(shù)， ；m/s —濾失時間， s。t從式（55）中看到，濾失系數(shù)與地層參數(shù) K 和 ，縫內外壓差 ?p 及壓裂液黏度 μ 有?關。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)。實際濾失過程中，裂縫中各點的濾失速度是不一致的，此外，現(xiàn)在大量使用的壓裂液通常具有非牛頓的性質，所以在用式（51）計算 C1時多少會有些出入。[中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）34 受地層流體壓縮性控制的濾失系數(shù) C2考慮地層流體的壓縮性（忽略地層巖石的膨脹） ，在地層中取任意單元，則單元地層體積內液體的體積 等于：V （57）dAx??由于壓力降 ，使流體體積增加了 ， dpV （58）fCp式中 —流體的壓縮系數(shù)，Pa 1。fC將式（57）中的 代入式（58）并對 求導，然后寫成 的形式：Vtqx? （59）fqpACx????達西線性滲濾方程為： （510）??對 求導得：x （511）??式（59）與式（511）相等，令 （512）???得到： （513）21pxt??式（513）是線性擴散方程，用拉氏變換得出它的解 （514）s(,)()2txerfcpt???式中 —點 在時間 時的壓力值；(,)pxtt —地層壓力，Pa；s—縫內外壓差，Pa。?縫面上的滲濾速度為：