【正文】 行挽救為時(shí)已晚。存在這些問題的一個(gè)很重要的原因就是由于壓裂液返排控制中經(jīng)驗(yàn)成分過多，缺少可靠的理論依據(jù)。 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)。因此有必要建立井口不同返排壓力與返排效果的關(guān)系，根據(jù)油藏實(shí)際情況選擇合適的返排井口壓力。（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。目前國內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)放噴排液基本上還處于靠經(jīng)驗(yàn)操作的階段，沒有一套科學(xué)的排液理論來加以指導(dǎo)和量化，導(dǎo)致排液措施隨意性大，往往 對(duì)施工效果造成非常不利的影響，但是 這種影響又經(jīng)常被忽視。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 國內(nèi)外低滲透油田儲(chǔ)量分布及特點(diǎn) 國外低滲透油田儲(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)油國基本上都有該類型的油田[1113]。近些年來，小而復(fù) 雜的低滲透油田比例越來越大。有的地區(qū)，低滲透油田 連片分布，成 為低滲油區(qū)。低滲透儲(chǔ)層的儲(chǔ)量達(dá)數(shù)百億噸，其中，滲透率低于 50103 的低滲透層儲(chǔ)量約有 150108t，占低滲2μm透儲(chǔ)量的 90%以上，占俄 羅斯可采儲(chǔ)量的 30%以上。這些低滲透層大部分已投入開發(fā)。低滲透儲(chǔ)集層中石油黏度在 10mPa1998 年美國低滲透油氣田可采儲(chǔ)量占全國總儲(chǔ)量的 10%～15%。其中，20～10010 3 的油田占這2μm些低滲透油藏總數(shù)的 60%，20～110 3 的占 30%，少數(shù)低于 1103 ，約占 5%。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))。大部分 為 7%~20%，個(gè)別高達(dá) 28%。一般含水飽和度 30%~40%，個(gè)別高達(dá) 60%（美國東堪頓油田），原油比重多數(shù)小于 ，地 層油黏度多數(shù)小于 3mPa（4）油層砂泥交互，非均質(zhì)性嚴(yán)重。精選資料可修改編輯（5）天然裂縫相對(duì)發(fā)育。（6）油層受巖性控制，水動(dòng)力聯(lián)系差， 邊底水驅(qū)動(dòng)不明顯，自然能量 補(bǔ)給差，多數(shù)靠彈性和溶解氣驅(qū)采油，油層產(chǎn)能 遞減快，一次采收率低，只能達(dá)到 8%~12%，采用注水保持能量后，二次采收率可提高到 25%~30%。（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)。大慶外圍油田均屬這類油藏。90 年代以來在大慶、吉林、遼河、勝利、 長慶等主要油田陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多低滲透油藏。可見低滲透油藏是我國今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要資源基礎(chǔ)。而且，在精選資料可修改編輯我國陸上原油探明儲(chǔ)量中低滲透油田占有非常大的比例，目前探明儲(chǔ)量約 40108t。（2）低滲透儲(chǔ)層中特低滲透及超低滲透層儲(chǔ)量占較大的比例根據(jù)滲透率大小，低滲透油藏可分為 3 類：Ⅰ類是滲透率為 10～50 ，其 儲(chǔ)量3210μm占 53%，Ⅱ類 滲透率為 1～1010 3 ，其儲(chǔ)量占 %，Ⅲ類滲透率為 ～110 3 ，2μm2占儲(chǔ)量 %，二、三類低滲透 儲(chǔ)層的儲(chǔ)量占到 47%。低滲透問題是一個(gè)十分復(fù)雜的課題，屬于非線性問題。就已有的研究成果來看，主要存在以下 問題：低速滲流時(shí)，有沒有啟動(dòng)壓力梯度 還存在很多爭(zhēng)議；如何測(cè)量低滲透巖石的啟動(dòng)壓力梯度和啟動(dòng)壓力產(chǎn)生的原因值得進(jìn)一步研究。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。因此，合理開發(fā)低滲透油田是非常必要的。達(dá)西定律一直作為一個(gè)基本的規(guī)律被廣泛地應(yīng)用于油氣田開發(fā)的滲流計(jì)算中。 壓裂液返排規(guī)律研究現(xiàn)狀 國外壓裂液返排的推薦做法近十多年來，國外學(xué)者在壓后壓裂液返排的問題上形成了多種認(rèn)識(shí)，具有代表性的觀點(diǎn)主要有小排量返排、強(qiáng)化返排和反向脫砂三種 [1424]。實(shí)際上， “小排量早期返排 ”是一種有控制的返排。在裂縫閉合之前壓裂液已完全破膠，支撐劑已大量沉降，排液初期通過控制返排速度的辦法，盡可能減小地 層閉合應(yīng)力，讓支撐劑停留在裂縫內(nèi)，從而減少支撐劑的破碎和倒流?；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)。如果壓裂液破膠時(shí)間大于裂縫閉合時(shí)間，應(yīng)當(dāng)用～ 的小油嘴，以 19～38（L/min）的小排量返排，使裂縫降壓。（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）。（5）油氣井生產(chǎn)期間，應(yīng)定期測(cè)定或計(jì)算井底流壓。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的閉合時(shí)間。 強(qiáng)化返排與 Robinson 等人相反， 1990 年 E1y 等人提出用強(qiáng)制裂縫閉合（Forced Closure ）工藝，配以較高的支撐劑濃度（高砂比）和嚴(yán)格的壓裂液質(zhì)量控制措施，能極大地改善低滲透油氣井支撐縫的導(dǎo)流能力。這種“強(qiáng)制裂 縫閉合” 實(shí)際 上是一種強(qiáng)化返排方式。后來有學(xué)者 認(rèn)為，Ely 等人提出的這種返排程序，非常適合特低滲透地層，能極大地改善低滲透油氣井的返排效果，但不具普遍性。另外，這種返排方式不適合易出水地層?；谶@種認(rèn)識(shí)，1995 年 Barree 和 Mukherjee 提出了“反向脫砂” （Reverse Screenout）工藝。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。（2）只有當(dāng)層內(nèi)裂縫保持良好延伸，或者有較高應(yīng)力差的上下層遮擋時(shí)，才有通過適當(dāng)?shù)姆蹬懦绦蚋纳谱罱K鋪砂濃度的可能，而必須的返排程序是施工結(jié)束后立即開始返排，并且返排速度要高于裂縫內(nèi)液體的濾失速度。（3）在向上延伸的裂縫或裂縫高度過快發(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。（4）裂縫向下延伸時(shí)，無論泵送期間還是裂縫閉合期間，支撐劑都是沉降的，此 時(shí)再大的返排速度也不足以影響裂縫體積，支撐劑可能填充在射孔孔眼處，但不可能覆蓋整個(gè)裂縫段。此時(shí)不宜用強(qiáng)化排液法。（7）高濾失地層厚度比整個(gè)裂縫高度相對(duì)薄時(shí)，利用地層的天然濾失性能比返排更有效地使支撐劑向高濾失帶運(yùn)移。（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)力層支撐劑過剩而高應(yīng)力層支撐劑不足，而且必須在停泵后立即開始返排。 為了減少快速返排和井筒脫砂可能對(duì)循環(huán)系統(tǒng)造成的磨損，國外一般還要采取控制支撐劑倒流的措施，使用尾追樹脂包裹支撐劑（樹脂砂）就是其中的一種。 國內(nèi)壓裂液返排的研究現(xiàn)狀目前國內(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。在這一階段對(duì)每次放噴時(shí)間間隔和放噴強(qiáng)度進(jìn)行控制，由于酸化規(guī)模、井身結(jié)構(gòu)和氣產(chǎn)量的不同，作者采用定性的方法總結(jié)了一套氣井間隙放噴的方法，應(yīng)用效果較好。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)（無機(jī)）沉積垢，疏通油流通道。王尤富 [26]論述了入井液表面張力與儲(chǔ)層損害關(guān)系的實(shí)驗(yàn)室研究。 實(shí)際油氣儲(chǔ)集層具有不同的滲透率和不同的潤濕性，毛細(xì)管阻力對(duì)不同滲透率和不同潤濕性的儲(chǔ)集層造成的損害不同，因此，對(duì)入井液的表面張力應(yīng)有不同要求，以得出它們的變化規(guī)律，為現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)油氣層和確定入井液的合理表面張力提供可靠依據(jù)。未開發(fā)的油氣 層處于殘余水飽和狀態(tài)，可以認(rèn)為油、氣 驅(qū)動(dòng)壓力與毛細(xì)管力處于平衡狀態(tài)。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。到目前為止，確定裂縫形態(tài)的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)從二維模型、擬三 維模型發(fā)展到全三 維模型。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?；谶@種情況，目前對(duì)全三維模型的求解依舊是一個(gè)很大的研究課題。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程建立壓裂液返排的數(shù)學(xué)模型。 裂縫閉合過程中模型的假設(shè)條件壓裂施工停泵后井底或井口壓力一般都會(huì)隨時(shí)間下降。壓力下降是與濾 失量以及裂縫寬度的變化緊密地聯(lián)系在一起的。在壓裂液返排過程中，裂縫參數(shù)的一些基本假設(shè)為：（1）停泵后縫中壓力短時(shí)間內(nèi)平衡，裂縫立即停止延伸；（2）設(shè)地層為線彈性體，層間無滑動(dòng)，停 泵后裂縫形狀呈矩形；（3）裂縫在閉合期間，井底裂縫的縫高和縫長不變，僅縫寬發(fā)生變化；（4）支撐劑不影響裂縫的自由閉合。 壓裂液返排的二維數(shù)學(xué)模型無論是一維濾失系數(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)。 壓裂液從地層返排的數(shù)學(xué)模型在壓裂施工過程及裂縫閉合的過程中，只要裂縫是張開著，在裂縫壁面與油藏之間就會(huì)形成一定的壓差，而壓裂液的返排速度的大小又受裂縫與儲(chǔ)層之間的壓力梯度所控制 [3639]。 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。結(jié)合式（31 ），壓裂液在侵入?yún)^(qū)的運(yùn)動(dòng)方程如下： （32）deKVpG????（ － ）其中 為啟動(dòng)壓 力梯度。 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d d?因次。dK?K根據(jù)質(zhì)量守恒定律，可得到連續(xù)方程： （35）??0?????Vt?考慮流體及多孔介質(zhì)的可壓縮性，流體密度變化及地層孔隙度變化的狀態(tài)方程如下： （36）0f0[1()]cp? （37）φ???式中， 和 分別為流體及孔隙的壓縮系數(shù)，Pa 1；令 ， 為綜合壓縮系數(shù)，fc? ?c??ft tPa1。 地層流體在儲(chǔ)層區(qū)的滲流地層流體在儲(chǔ)層區(qū)的滲流一般被看作牛頓流體的流動(dòng)。因此，在上述方程中 設(shè) n=1 并采用原始地層的孔隙度和滲透率，按照相同的推導(dǎo)步驟 ，則可得到地層流體在儲(chǔ)層 區(qū)的滲流方程： （311）2 tf cppcxyK??????????????式中，μ 為地 層流體的黏度，Pa?s； 為原始地層的孔隙度，無因次； 為原始地層的滲K透率，m 2。wP在濾餅的形成過程中，可以認(rèn)為濾餅的體積與濾過的液體體積成正比，則有： （313）dlV???式中的比例系數(shù) 可以寫成下式， 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)。它是取決于流體和濾餅性質(zhì)的一個(gè)綜合參數(shù)。 （317）12scc3128nnCKK???????????????????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。因此，在許多0t地層中，內(nèi) 濾餅的形成常常是外濾餅形成的基礎(chǔ)。隨著壓裂液向地層的濾失及濾餅的增厚，順著裂縫流過的壓裂液對(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。由上述的對(duì)濾餅形成過程的分析可以看出，應(yīng)適當(dāng)修正濾餅因數(shù) ，使之適 應(yīng)濾餅形c?成過程中的既有增厚又有削薄的情況。此外，、 、βcβc2，4 個(gè)參數(shù)都是用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的。式（316）可以改寫成： （319）fwclnpV?????精選資料可修改編輯 初始條件及邊界條件考慮濾液沿垂直裂縫壁面方向和裂縫方向的二維濾失（設(shè)沿裂縫方向?yàn)?x 方向，垂直裂縫方向?yàn)?y 方向），其初始條件及邊界條件如下： 初始條件返排過程開始前，可以根據(jù)有關(guān)的壓裂資料確定整個(gè)儲(chǔ)層的壓力，即停泵后儲(chǔ)層靜壓。此壓力分布情況由計(jì)算施工過程中的返排得到，也可以由停泵時(shí)的壓裂資料估算得到。裂縫內(nèi)部的濾餅面處， （321）fxLP??式中， 為停 泵時(shí)刻裂縫 的長度，m。在返排過程中，侵入?yún)^(qū)與儲(chǔ)層區(qū)間的界面隨返排量的增加而移動(dòng)。交界 處的一邊是冪律流體在多孔介質(zhì)中的滲流，另一