短期氣液測裂縫導(dǎo)流能力影響因素分析

李鳴，王曉明

（西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065）

短期氣液測裂縫導(dǎo)流能力影響因素分析

李鳴，王曉明

（西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065）

為了分析短期氣液測導(dǎo)流能力影響因素，考慮時(shí)間、實(shí)驗(yàn)流速、閉合壓力及流體相態(tài)因素，利用支撐劑導(dǎo)流能力室內(nèi)實(shí)驗(yàn)來對(duì)比分析短期氣液測導(dǎo)流能力差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：液測導(dǎo)流能力隨時(shí)間呈遞減趨勢并且很難在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而氣測導(dǎo)流能力隨時(shí)間變化不明顯且短時(shí)間就可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)流速對(duì)導(dǎo)流能力產(chǎn)生一定影響且隨流速增加導(dǎo)流能力有較小幅度的增加；閉合壓力對(duì)導(dǎo)流能力影響較大，隨著閉合壓力增加氣液測導(dǎo)流能力明顯下降且氣測導(dǎo)流能力下降速度明顯強(qiáng)于液測。流體相態(tài)對(duì)導(dǎo)流能力的影響同樣顯著，閉合壓力為10 MPa和80 MPa下氣液測導(dǎo)流能力分別達(dá)到最大和最小值，10 MPa下氣測導(dǎo)流能力是液測的2.67倍，80 MPa下為3.10倍。

時(shí)間；流速；閉合壓力；流體相態(tài)；導(dǎo)流能力

在油氣田增產(chǎn)措施中，能否形成較高的裂縫導(dǎo)流能力是壓裂作業(yè)的關(guān)鍵，裂縫導(dǎo)流能力對(duì)生產(chǎn)有著直接影響[1]。目前，水力壓裂以其經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和有效的優(yōu)勢占據(jù)油田各種增產(chǎn)措施的主要地位，其目標(biāo)是在油氣層內(nèi)形成足夠長度的高導(dǎo)流能力填砂裂縫，裂縫導(dǎo)流能力是決定壓裂增產(chǎn)倍數(shù)的主要因素之一。

任勇等[2]研究了定產(chǎn)能條件下裂縫導(dǎo)流能力隨時(shí)間及縫長同時(shí)變化時(shí)的規(guī)律；Soliman根據(jù)無因次裂縫半長與驅(qū)油半徑的比值來建立的產(chǎn)量預(yù)測修正模型并揭示了裂縫導(dǎo)流能力隨著縫長的變化規(guī)律；吳國清等研究了考慮支撐劑及其嵌入程度對(duì)支撐劑裂縫導(dǎo)流能力的影響；金智榮等研究了不同粒徑支撐劑的組合對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響。

上述研究都是從地層理想狀態(tài)下的人為不可控因素入手對(duì)裂縫導(dǎo)流能力影響因素進(jìn)行的研究，而在致密儲(chǔ)層實(shí)際生產(chǎn)過程中為了短期內(nèi)達(dá)到較高油氣產(chǎn)能并獲得理想經(jīng)濟(jì)效益，通常需要提高裂縫導(dǎo)流能力。本文將僅從室內(nèi)實(shí)驗(yàn)手段出發(fā)，考慮人為可控因素如時(shí)間、閉合壓力、實(shí)驗(yàn)流速和流體相態(tài)且將實(shí)驗(yàn)結(jié)果滲透率考慮在內(nèi)，綜合對(duì)比分析短期氣液測導(dǎo)流能力差異。分析氣液測導(dǎo)流能力影響因素可以直接改變油氣井壓前的潛力評(píng)估、優(yōu)化設(shè)計(jì)、壓后效果預(yù)測等，使油氣井壓裂作業(yè)更具合理性和針對(duì)性。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

式中：K－滲透率，D；μ－實(shí)驗(yàn)溫度下流體黏度，mPa·s；Q－流體速度，mL/min；L－測壓孔之間的長度，cm；ΔP－導(dǎo)流室兩端壓差，MPa；A－流體流動(dòng)橫截面積，cm2。

式中：W－導(dǎo)流室支撐劑充填寬度，cm；Wf－支撐劑充填厚度，cm。

導(dǎo)流室測壓孔間距L為12.70 cm，寬W為3.81 cm，以達(dá)西定律為基礎(chǔ)推導(dǎo)氣液測支撐劑充填層導(dǎo)流能力及滲透率公式如下：

式中：Kg、KL－分別為氣測、液測滲透率，D；Wf－支撐劑填充層寬度，cm；μg、μL－分別為實(shí)驗(yàn)溫度下氣體、液體黏度，mPa·s；Qg、QL－分別為氣體、液體流速，mL/min；L－測壓孔之間的長度，cm；ΔP－導(dǎo)流室兩端壓差，kPa。1.2實(shí)驗(yàn)條件及要求

采用HXDL-2C型支撐劑裂縫長期評(píng)價(jià)系統(tǒng)和API導(dǎo)流室（見圖1）進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究裂縫導(dǎo)流能力。長期液測和短期氣液測實(shí)驗(yàn)溫度分別為95℃和24℃；測量方式API線性流；支撐劑選用20/40目中密度陶粒；長期液測實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為2%氯化鉀溶液，短期液測實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為蒸餾水，流速取值范圍1 mL/min~ 10 mL/min；氣測實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為N2，流速300 mL/min；閉合壓力取值范圍10 MPa~80 MPa。

圖1 支撐劑API導(dǎo)流室

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

氣體分子較液體分子體積小，黏度低，可壓縮性要遠(yuǎn)大于液體分子。同時(shí)，液體分子易在固體支撐劑表面形成水化膜使得液固之間會(huì)形成一定的黏滯阻力，這些因素造成其滲流特征與氣體滲流特征存在明顯差異。有必要進(jìn)行氣液測導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)來研究人為可控因素對(duì)導(dǎo)流能力的影響并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行合理分析進(jìn)而獲得裂縫高導(dǎo)流能力進(jìn)行指導(dǎo)油氣生產(chǎn)。2.1時(shí)間對(duì)氣液測導(dǎo)流能力影響

長期液測鋪砂濃度為4.72 kg/m2，液體黏度為0.313 3 mPa·s，模擬地層閉合壓力35 MPa，流速為1.5 mL/min進(jìn)行液測裂縫導(dǎo)流能力和滲透率，測量結(jié)果（見圖2）。短期氣測鋪砂濃度為10.04 kg/m2，氣體黏度0.018 mPa·s，模擬地層閉合壓力30 MPa，流速為300 mL/min進(jìn)行氣測裂縫導(dǎo)流能力和滲透率，測量結(jié)果（見圖3）。

圖2 液測滲透率、導(dǎo)流能力變化曲線

圖3 氣測滲透率、導(dǎo)流能力變化曲線

根據(jù)氣液測導(dǎo)流能力、滲透率隨時(shí)間變化曲線可以得出：液測裂縫滲透率、導(dǎo)流能力很難在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，滲透率和導(dǎo)流能力都隨時(shí)間成遞減趨勢。在初始前20 h滲透率和導(dǎo)流能力迅速遞減，20 h后滲透率和導(dǎo)流能力趨于穩(wěn)定。而氣測裂縫滲透率在初始前5 min有一定的下降趨勢，但不明顯。5 min后氣測裂縫導(dǎo)流能力和滲透率短時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且隨時(shí)間基本不再發(fā)生變化。

2.2 實(shí)驗(yàn)流速對(duì)氣液測導(dǎo)流能力影響

2.2.1 短期氣測滲透率和導(dǎo)流能力鋪砂濃度為10.04 kg/m2，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為氮?dú)?，模擬地層閉合壓力10 MPa~ 30 MPa，實(shí)驗(yàn)流速每5 min由小到大調(diào)整分別為260 mL/min、280 mL/min、300 mL/min進(jìn)行短期氣測導(dǎo)流能力及滲透率，測量結(jié)果（見圖4和圖5）。

圖4 短期氣測滲透率隨時(shí)間變化

圖5 短期氣測導(dǎo)流能力隨時(shí)間變化

在10 MPa、20 MPa閉合壓力下短期氣測滲透率隨時(shí)間基本不發(fā)生變化，而當(dāng)閉合壓力達(dá)到30 MPa，滲透率隨時(shí)間下降，但下降幅度較小。同時(shí)，在相同時(shí)間點(diǎn)上（同一流速），閉合壓力越高，滲透率越低。而10 MPa、20 MPa閉合壓力下短期氣測導(dǎo)流能力隨時(shí)間有遞增趨勢，氣體流速的增加會(huì)使裂縫導(dǎo)流能力有小幅度的增加。當(dāng)閉合壓力達(dá)到30 MPa時(shí)，導(dǎo)流能力隨時(shí)間開始下降即實(shí)驗(yàn)流速的增加使得導(dǎo)流能力有所下降，但下降幅度較小。同時(shí)，在相同時(shí)間點(diǎn)（同一流速），閉合壓力越高導(dǎo)流能力越低。氣測導(dǎo)流能力過程中，氣體流速的增加對(duì)裂縫的導(dǎo)流能力和滲透率影響不大，在某一固定值附近波動(dòng)。

2.2.2 短期液測滲透率和導(dǎo)流能力鋪砂濃度為10.4 kg/m2，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為蒸餾水，實(shí)驗(yàn)流速每20 min由小到大進(jìn)行調(diào)整分別為2.5 mL/min、5.0 mL/min、10 mL/min，進(jìn)行短期液測導(dǎo)流能力及滲透率，測量結(jié)果（見圖6和圖7）。

根據(jù)短期液測滲透率、導(dǎo)流能力變化趨勢得出：由于實(shí)驗(yàn)流速的增加會(huì)沖刷掉未壓實(shí)的支撐劑殘?jiān)糠中纬奢^寬的流動(dòng)孔隙-類似于“通道壓裂”，當(dāng)閉合壓力相同條件下，隨著實(shí)驗(yàn)流速增加，導(dǎo)流能力和滲透率整體呈遞增趨勢。同時(shí)，在流速轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)上，由于支撐劑充填層斷面的流量不均，使得導(dǎo)流能力和滲透率隨時(shí)間有明顯下降趨勢；當(dāng)時(shí)間條件相同下（同一流速），閉合壓力的增加會(huì)使得支撐劑填充層被壓實(shí)，導(dǎo)流能力和滲透率整體上明顯下降。

圖6 液測滲透率隨時(shí)間變化

圖7 液測導(dǎo)流能力隨時(shí)間變化

2.2.3 閉合壓力對(duì)氣液測滲透率、導(dǎo)流能力影響閉合壓力是裂縫閉合時(shí)產(chǎn)生的，由地層傳遞給支撐劑。短期氣液測滲透率、導(dǎo)流能力隨閉合壓力變化曲線（見圖8和圖9）。

圖8 氣液測滲透率對(duì)比曲線

圖9 氣液測導(dǎo)流能力對(duì)比曲線

根據(jù)短期氣液測滲透率、導(dǎo)流能力與閉合壓力關(guān)系曲線可以看出：閉合壓力對(duì)導(dǎo)流能力的影響尤為顯著。閉合壓力的增加使得支撐劑充填層進(jìn)一步被壓實(shí)，使其滲透率和支撐劑充填層厚度降低且隨著閉合壓力的增加使得支撐劑顆粒尺寸減小，圓球度變差，面積增大，粒徑不均勻，孔隙堵塞使得滲透率和導(dǎo)流能力隨著閉合壓力的增加而下降。閉合壓力在30 MPa~40 MPa時(shí)滲透率和導(dǎo)流能力下降速度最快。隨著閉合壓力的繼續(xù)增加，支撐劑充填層不斷被壓實(shí)，氣測滲透率和導(dǎo)流能力下降速度逐漸減慢。而在該閉合壓力范圍內(nèi)，液測滲透率和導(dǎo)流能力同樣下降速度最快但僅為氣測的1/4、1/8。總體而言，氣測導(dǎo)流能力及滲透率下降速度較快于液測且氣測導(dǎo)流能力的減弱程度要明顯強(qiáng)于液測導(dǎo)流能力。同時(shí)，10 MPa下氣液測導(dǎo)流能力最大且氣測導(dǎo)流能力是液測導(dǎo)流能力的2.67倍，而80 MPa下氣液測導(dǎo)流能力最小且氣測導(dǎo)流能力是液測導(dǎo)流能力的3.10倍。

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)方法對(duì)短期氣液測裂縫導(dǎo)流能力影響因素分析，得出以下結(jié)論：

（1）液測長期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，支撐劑導(dǎo)流能力隨時(shí)間不斷下降，很難達(dá)到穩(wěn)定值，所取得的最終長期導(dǎo)流能力值是相對(duì)穩(wěn)定時(shí)的實(shí)驗(yàn)值；而氣測導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)可以看出，支撐劑的導(dǎo)流能力隨時(shí)間下降但短時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）短期裂縫氣液測導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)閉合壓力一定時(shí)，隨著流速的增加氣液測導(dǎo)流能力都有所增加，液測增加幅度較氣測明顯，氣測導(dǎo)流能力和滲透率隨著流速的增加也有較小幅度增加但不明顯，基本不發(fā)生變化。

（3）相同規(guī)格支撐劑下氣測滲透率值均大于液測值，滲透率和導(dǎo)流能力具有一致性，說明氣體在支撐劑充填層中較液體具有更高的滲流能力。同時(shí)，要達(dá)到相同導(dǎo)流能力的充填層，氣體較液體滲流時(shí)可以采用較低的鋪置濃度。

（4）閉合壓力對(duì)氣液測導(dǎo)流能力產(chǎn)生的影響尤為顯著，氣液測導(dǎo)流能力隨閉合壓力增加而下降。閉合壓力在30 MPa~40 MPa范圍時(shí)，導(dǎo)流能力下降速度最快。

（5）流體相態(tài)對(duì)導(dǎo)流能力產(chǎn)生顯著影響，氣測與液測導(dǎo)流能力差異較大，10 MPa下氣液測導(dǎo)流能力最大且氣測導(dǎo)流能力是液測的2.67倍，而80 MPa下氣液測導(dǎo)流能力最小且氣測導(dǎo)流能力是液測的3.10倍。

［1］曲占慶，黃德勝，楊陽，等.氣藏壓裂裂縫導(dǎo)流能力影響因素實(shí)驗(yàn)研究［J］.斷塊油氣田，2014，21（3）：390-393.

［2］任勇，郭建春，趙金洲，等.壓裂井裂縫導(dǎo)流能力研究［J］.石油地質(zhì)與工程，2005，19（1）：46-48.

聚醚多元醇助減少車內(nèi)VOCs

2月7日，巴斯夫推出全新聚醚多元醇產(chǎn)品，降低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）排放量，有效改善車內(nèi)空氣質(zhì)量。此產(chǎn)品隸屬Lupranol品牌，此品牌用于高回彈性軟泡和半硬泡聚氨酯泡沫等汽車行業(yè)應(yīng)用組件的生產(chǎn)。這一低VOC級(jí)多元醇已被證明可大幅降低揮發(fā)性有機(jī)化合物排放量，尤其是醛類物質(zhì)的排放量。在生產(chǎn)用于座椅、車頂棚以及方向盤等汽車內(nèi)飾的聚氨酯發(fā)泡材料時(shí)，Lupranol是一種可持續(xù)的替代方案。

“亞洲的汽車主機(jī)廠，尤其是中韓兩國，一直在尋求改善車內(nèi)空氣質(zhì)量的解決方案，此款新產(chǎn)品將幫助他們滿足日益嚴(yán)苛的揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)?！卑退狗蛱匦圆牧喜縼喬珔^(qū)全球高級(jí)副總裁鮑磊偉（Andy Postlethwaite）表示，“通過生產(chǎn)工藝的改變，巴斯夫有效降低了揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放量，在改善環(huán)境可持續(xù)性與健康水平上發(fā)揮了關(guān)鍵作用?！盠upranol較低的揮發(fā)性有機(jī)化合物排放量得益于材料生產(chǎn)工藝的改善。在目前市場上的汽車應(yīng)用聚氨酯解決方案中，醛類物質(zhì)排放量特別是甲醛、乙醛與丙烯醛達(dá)到了最低水平。經(jīng)中國領(lǐng)先的檢測機(jī)構(gòu)華測檢測認(rèn)證集團(tuán)檢測，Lupranol的甲醛排放量降低了5%至10%，乙醛與丙烯醛排放量分別降低了30%至40%。

Lupranol可生產(chǎn)如Elastoflex高回彈性聚氨酯泡沫，其卓越的物理屬性非常適合各類汽車應(yīng)用領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)泡沫材料，Elastoflex擁有更為出色的舒適度、回彈性能與承載力。

（摘自中國石油報(bào)第6778期）

Analysis of influencial factors of fracture conductivity of gas and liquid logging for short-term

LI Ming，WANG Xiaoming
（College of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

In order to analyse influence factors of flow conductivity of gas logging and liquid logging for short-term,considering the factors of time,flow rate,closure pressure and fluid phase state in laboratory experiments of proppant flow conductivity to compare and analyse the difference of gas logging and liquid logging for short-term.Experimental result shows that flow conductivity of liquid logging decreased with time and it's difficult to a stable state within short-term.However,the change of flow conductivity of gas logging is not obvious and it's easy to get a stable state for short-term.The flow rate has a certain impact on flow conductivity and flow conductivity has a smaller increase with flow rate.The closure pressure can strongly affect the flow conductivity,flow conductivity of gas and liquid logging decreased with closure pressure and the decline rate of flow conductivity of gas logging is obviously stronger than liquid logging.The effect of fluid phase state on flow conductivity is also significant,the flow conductivity of gas and liquid logging achieves maximum and minimumvalues when the closure pressures are 10 MPa and 80 MPa respectively,the flow conductivity of gas logging is 2.67 times higer than liquid logging when closure pressure is 10 MPa, it's 3.10 times when closure pressure is 80 MPa.

time；flow rate；closure pressure；fluid phase state；flow conductivity

TE312

A

1673-5285（2017）02-0035-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.008

2016－12-28

2017－01-05

陜西省重大科學(xué)技術(shù)難題攻關(guān)項(xiàng)目“陸相頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造工藝技術(shù)攻關(guān)”，項(xiàng)目編號(hào)：2012KTZB03-03-03-02；低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室“致密砂巖儲(chǔ)層壓裂液滲吸機(jī)理研究及反排制度優(yōu)化”，項(xiàng)目編號(hào)：16YL1-FW-016。

李鳴，男（1991-），西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院在讀碩士研究生，郵箱：871213734@qq.com。