【正文】 則可令ff 0()???ttf01()cp??，因此式（29 ）可以寫(xiě)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。值 得注意的是，由于壓裂液濾失造成了地層損 害，致使侵入?yún)^(qū)的孔隙度 和滲透率d與儲(chǔ)層 區(qū)的孔隙度 和滲透率 是不同的。將式（32）寫(xiě)成分量形式xy,)G?＝ ( （33）dxeye()xypKV?????????精選資料可修改編輯和 與 和 同號(hào)，說(shuō)明由于啟動(dòng)壓力梯度的作用使得滲流速度降低。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。在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)分別 考慮濾液在濾餅區(qū)和侵入?yún)^(qū)的輸運(yùn)過(guò)程以及地層流體在儲(chǔ)層區(qū)的滲流過(guò)程，而且，假定地層流體驅(qū)替濾液采取的是活塞式，侵入?yún)^(qū)與 儲(chǔ)層區(qū)交界處的流速連續(xù)。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。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。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。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。給出壓裂液返排數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解法，根據(jù)實(shí)例計(jì)算及方巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)考察裂縫閉合過(guò)程中井底或井口壓力的變化規(guī)律，對(duì)所選模型進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)。在成熟的 軟件里或在現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際應(yīng)用中， 還是以二維模型和擬三維模型為主。因此， 這類方程的直接數(shù)值求解是繁瑣、困難的。精選資料可修改編輯對(duì)于全三維模型，國(guó)外，Clifton 與 Abousaved 及 Cleary 等人提出兩種具有代表性的全三維裂縫延伸模型；國(guó)內(nèi)的趙金洲、吳迪祥等人也在裂縫三維延伸方面作了大量的研究工作，并取得了一些成果。 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]。當(dāng)儲(chǔ)層鉆開(kāi)后在地層未受到傷害時(shí)，會(huì)出現(xiàn)水鎖效應(yīng)，一般 認(rèn)為外來(lái)流體在地層中的毛細(xì)管力越高，水 鎖效應(yīng)越強(qiáng)，油氣 產(chǎn)量越低。賀承祖 [27]論述了水鎖效應(yīng)與儲(chǔ)層傷害的關(guān)系。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。反應(yīng)放出的高溫高壓氣體，借助起泡 劑的作用，在地層產(chǎn)生強(qiáng)大的推動(dòng)力，造成強(qiáng)烈的壓力波動(dòng)，沖擊喉道堵塞物，不 僅有助于解堵，還起到助排作用。劉應(yīng)學(xué) [25]等提出酸化解堵增能返排技術(shù)，其技術(shù)是在擠酸液之前或之后將增能液注入地層，通過(guò)控制其反應(yīng)速度，在地 層中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 產(chǎn)生大量熱量和氣體，使射孔段地層“ 瞬間” 升溫。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。在克羅拉多州的 Dodell 低滲透（～ ）致密砂巖氣層的水力壓裂作業(yè)中，就采用了支撐劑中混入纖維材料23μm10??的辦法，返排速度高達(dá) 320L/min 時(shí)也無(wú)支撐劑返出。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(wú)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。此時(shí)也不宜采用強(qiáng)化返排法。（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。（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(guò)早閉合。此時(shí) 裂縫閉合期間聚合物膠體聚積于濾失帶，很小的返排速度避免精選資料可修改編輯了裂縫過(guò)快閉合，使得膠體殘?jiān)懦龅耐瑫r(shí)，支撐 劑通過(guò)沉降或?yàn)V失的方式向下運(yùn)移，有助于減小有效縫高（即支撐縫高）。如果是多層裂縫，返排速度還必須大大超過(guò)層間交叉流動(dòng)的速度。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。Barre 和 Mukherjee 使用全二維裂縫幾何模擬器，系統(tǒng)研究了裂縫閉合期間支撐劑的沉降規(guī)律， 討論了返排速度、射孔段位置、最 終鋪砂濃 度、裂縫幾何形態(tài)對(duì)保持閉合后裂縫內(nèi)鋪砂濃度的影響，解釋了“強(qiáng)制裂縫閉合”與“反向脫砂 ”在返排程序設(shè)計(jì)上的區(qū)別，并且深入到多個(gè)射孔段之間的交叉流動(dòng)對(duì)支撐劑運(yùn)移規(guī)律的影響，至今仍是水力壓裂作業(yè)返排設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性原則。 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(guò)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(guò)尾追支撐劑的方法即能加速這一過(guò)程。而且這種強(qiáng)制裂 縫閉合工藝通常會(huì)使支撐劑形成嚴(yán)重的“ 砂堤”（Proppant Banking），并且由于大量支撐 劑的運(yùn)移，液體 濾失加重，在近井筒帶形成“裂縫尖端”（Pinch Point）。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。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。在此之前壓裂液己完全破膠，支撐劑己大量沉降，排液初期通過(guò)控制返排速度的辦法，盡可能減小地層閉合應(yīng)力，讓支撐劑留在裂縫內(nèi)，從而減少支撐 劑的破碎和倒流。當(dāng)井底流壓持續(xù)回落，或者當(dāng)?shù)?層閉合應(yīng)力接近所用支撐劑的最大允許應(yīng)力時(shí)，就不能再放大油嘴，除非萬(wàn)不得已。（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)。待裂 縫閉合后立即關(guān)井等待壓裂液破膠，即使這樣仍會(huì)有部分支撐劑倒流入井筒。（2）獲取本地區(qū)裂縫閉合所需的時(shí)間。實(shí)現(xiàn)有效的支撐縫長(zhǎng)。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。 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)。然而，傳統(tǒng)的達(dá)西定律面對(duì)和高滲透油田有著諸多不同精選資料可修改編輯的低滲透油田開(kāi)發(fā)計(jì)算問(wèn)題，顯得不盡準(zhǔn)確，所以，研究人 員必須打破傳統(tǒng)的達(dá)西公式，尋找更合理的計(jì)算方法，來(lái)解決工程問(wèn)題。首先，必須正確認(rèn)識(shí)其儲(chǔ)層特征和滲流規(guī)律，準(zhǔn)確的進(jìn)行滲流計(jì)算，確定合理的開(kāi)發(fā)方案。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。對(duì)于低速非達(dá)西滲流，沒(méi)有判斷低速非達(dá)西準(zhǔn)則，往往 僅以地層滲透率作為界限。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(wèn)題 尚不清楚。（3）國(guó)內(nèi)低滲透油藏巖性以砂巖為主從目前探明的低滲透油藏統(tǒng)計(jì)，砂巖油藏占 70%左右，礫巖油藏占 10%左右，其余存在于變質(zhì)巖和灰?guī)r等特殊巖性油藏中。 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 %。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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在近幾年探明的未 動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量中，低滲透油層儲(chǔ)量占 58%以上，而在已 經(jīng)探明的石油地質(zhì)儲(chǔ)量中，低滲透油藏的石油地質(zhì)儲(chǔ)量所占比例高達(dá) 60～70%，甚至更高。就目前石油工業(yè)的 發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，我國(guó)大多數(shù)油田已經(jīng)進(jìn)入高含水和特高含水期，原油的開(kāi)采難度逐漸加大，勘探的形勢(shì)是新近探明儲(chǔ)量中低豐度、低滲透、低 產(chǎn)能（俗稱“三低”）儲(chǔ)量占據(jù)的比例很大。 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。（7）由于滲透率低，孔隙度低，必須通過(guò)酸化壓裂投產(chǎn)，才能 獲得經(jīng)濟(jì)價(jià)值或必須通過(guò)壓裂增產(chǎn)，才能提高經(jīng)濟(jì)效益。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(kāi)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(kāi)發(fā)必須認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)題。由于沉 積壞境不穩(wěn)定，砂 層的厚薄變化大，層間滲透率變化大，有的砂巖泥質(zhì)含量高，地層水電阻率低，給油水層的劃分帶來(lái)很大困難。s。（3）原始含水飽和度較高，原油物性較好。（2）儲(chǔ)層孔隙度一般偏低，變化幅度大。2μm 國(guó)外低滲透油田的主要特點(diǎn)從國(guó)外報(bào)道的情況看，對(duì)低滲透油田大體上可以歸納出以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）儲(chǔ)層物性差，滲透率低。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 以下，其有效厚度多數(shù)在 2～10m ，埋藏深度大多為 1200～1400m，采出程度不高。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。其中 60%在西西伯利亞。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。例如，俄羅斯近年來(lái)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。美國(guó)中部、南部、北部和 東部，前 蘇聯(lián)的前喀爾巴阡山、克拉斯諾達(dá)爾、烏拉爾—伏爾加、西西伯利亞油區(qū)和加拿大西部的阿爾伯達(dá)省都有廣泛的分布。因此，目前急需從機(jī)理上研究殘液的返排過(guò)程，在機(jī)理研究的基 礎(chǔ)上提出具有針對(duì)性的、可量化操作的排液措施及排液參數(shù)， 對(duì)于提高壓裂施工成功率、提高施工效果和油氣井產(chǎn)量是非常必要的。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)。（2）以往建立的壓裂液返排模型雖然在理論上對(duì)壓裂施工具有一定的指導(dǎo)意義，但這些模型一般適合于中、高滲透油氣藏的開(kāi)發(fā)，沒(méi)有考 慮到低滲透油氣藏的實(shí)際情況，忽略了低滲透油氣藏中啟動(dòng)壓力梯度對(duì)返排效果的影響，因此有必要建立適合于低滲透油氣藏壓裂液返排的數(shù)學(xué)模型和物理模型，分析影響因素，指導(dǎo)壓 裂作業(yè)。壓裂液在儲(chǔ)層中的返排 過(guò)程類似于油(氣)驅(qū)水過(guò)程，井口壓力大小直接關(guān)系到油(氣)驅(qū)水流動(dòng)過(guò)程中的壓力梯度，會(huì)最終影響排驅(qū)效率。從合理控制返排的目標(biāo)出發(fā)，必 須對(duì)壓 裂液返排過(guò)程的機(jī)理進(jìn)行深入分析，了解裂縫的閉合過(guò)程，認(rèn)識(shí)壓 裂液返排的規(guī)律。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。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?。欢欠蹬帕髁靠刂撇缓?，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。對(duì)于油氣層壓力低的井，返排困難 的問(wèn)題十分突出；而當(dāng)油氣層壓力較高時(shí)，油氣井產(chǎn)量大時(shí)， 對(duì)于油井，過(guò)大的放噴速度會(huì)使支撐劑回流；對(duì)于氣井，過(guò)大的放噴速度會(huì)產(chǎn)生氣竄，使氣體將殘液分割在地層中不能排出，因此仍然存在排液速度控制的問(wèn)題。但是，由于對(duì)壓后關(guān)井期間或返排過(guò) 程中裂縫閉合情況、支撐 劑運(yùn)移情況、壓裂液濾失及流體性質(zhì)的變化情況不能很好地把握，所以對(duì)返排流量的控制經(jīng)常顯得無(wú)據(jù)可依。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。在實(shí)際施工過(guò)程中常常由于對(duì)地層客觀認(rèn)識(shí)不足， 對(duì)工作液、添加 劑選擇不當(dāng)，或施工工藝不合理，使返排率低，造成對(duì)儲(chǔ)層的傷害。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。所以，結(jié)合這些學(xué)科的知識(shí)對(duì)指導(dǎo)水力壓裂工藝的理論基礎(chǔ)進(jìn)行深入的探討，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，即可引導(dǎo)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)出更合理的水力壓裂工藝控制程序。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。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 .........................