支撐裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)及影響因素實(shí)驗(yàn)研究

劉安邦 賀沛 董晨曦 米偉偉

摘要：水力加砂壓裂效果取決于支撐裂縫的導(dǎo)流能力，不同的支撐裂縫具有不同的導(dǎo)流能力。通過(guò)API導(dǎo)流室和裂縫巖心實(shí)驗(yàn)，研究了閉合壓力、不同流體以及支撐劑類型及粒徑對(duì)主要裂縫和次要裂縫導(dǎo)流能力的影響。結(jié)果表明，主要裂縫具有較好的導(dǎo)流能力，是主要的油水流動(dòng)通道;次要裂縫是次要的油水滲流通道。閉合壓力越大，流體粘度越大，支撐劑粒徑越小，支撐裂縫的導(dǎo)流能力越差;閉合壓力是影響主要裂縫導(dǎo)流能力的主要因素，且相同條件下導(dǎo)流能力陶粒最好，石英砂次之，覆膜石英砂導(dǎo)流能力最差;次要裂縫的導(dǎo)流能力更容易受到損害，受到閉合壓力和流體的粘度影響最大。

關(guān)鍵詞：支撐裂縫;導(dǎo)流能力;滲流通道;閉合壓力;粘度

引言

鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組廣泛發(fā)育低滲透—超低滲透—致密砂巖儲(chǔ)層，其具有物性差、孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜和非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)[1]。使得該類儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)往往需要壓裂技術(shù)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造，因此，大量研究學(xué)者對(duì)支撐劑性能、壓裂工作液及壓裂參數(shù)對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料及條件

實(shí)驗(yàn)所用陶粒、石英砂和覆膜石英砂均為延長(zhǎng)油田礦場(chǎng)目前所用支撐劑，粒徑為20/40和40/70目?jī)煞N規(guī)格。實(shí)驗(yàn)所用蒸餾水室溫條件下密度ρ=0.999g/cm3，粘度m=1.12 mPa·s;所用活性水室溫下的密度為0.973g/cm3，粘度為1.35mPa·s。實(shí)驗(yàn)所用破膠壓裂液為胍膠破膠液，完全破膠后室溫下密度ρ=0.993g/cm3，粘度3.67 mPa·s;所用滑溜水室溫條件下密度ρ=0.997g/cm3，粘度為7.42 mPa·s。

實(shí)驗(yàn)所用巖心均取自延長(zhǎng)油田低孔、低滲砂巖巖心，以保證劈開(kāi)裂縫為巖心滲流通道;取心長(zhǎng)度4.5 cm～5.0 cm，直徑2.5 cm左右，經(jīng)洗油烘干后用巖心切割機(jī)造縫，造縫前氣測(cè)滲透率小于1mD，孔隙度6%～12%，造縫后鋪置一定支撐劑在巖心切面，再用熱塑膠帶固定。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

API導(dǎo)流室實(shí)驗(yàn)方法：依據(jù)SY/T 5108-2006《壓裂支撐劑性能指標(biāo)及測(cè)試推薦作法》，鋪砂濃度5 kg/m2，設(shè)置閉合壓力為10MPa、20 MPa、30 MPa、40 MPa、50 MPa和60 MPa下，在一定閉合壓力、驅(qū)替流量維持2mL/min恒速模式穩(wěn)定后進(jìn)行導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，再改變閉合壓力重復(fù)試驗(yàn)。壓裂酸化裂縫導(dǎo)流能力測(cè)試分析系統(tǒng)使用API標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)流室，按照API的程序操作，支撐劑滲透率及導(dǎo)流能力計(jì)算公式可表達(dá)為下面形式。

支撐劑裂縫滲透率：

支撐劑充填層導(dǎo)流能力：

式中：Wf充填裂縫縫寬， cm;Q為裂縫內(nèi)流量，cm3/s;μ為流體粘度，mPa·s;L為測(cè)試段長(zhǎng)度，cm;A為支撐裂縫截面積，cm2;Δp為測(cè)試段兩端的壓力差，KPa。

人造裂縫巖心實(shí)驗(yàn)方法：依據(jù)SY/T5345-2007《巖石中兩相流體相對(duì)滲透率測(cè)定方法》，設(shè)置圍壓為3MPa、5MPa、7MPa、9MPa、11MPa、13MPa和15MPa條件下，恒壓驅(qū)替巖心穩(wěn)定一段時(shí)間后測(cè)試其滲透率，并根據(jù)滲透率與裂縫寬度的關(guān)系（公式1-3）[12]，得到裂縫巖心導(dǎo)流能力（公式1-4）。

巖心裂縫寬度和液測(cè)滲透率的關(guān)系：

裂縫巖心導(dǎo)流能力：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1閉合壓力對(duì)導(dǎo)流能力的影響

選擇40/70目粒徑的陶粒，設(shè)置不同閉合壓力，進(jìn)行API導(dǎo)流室和造縫巖心的導(dǎo)流能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，所測(cè)主要裂縫和次要裂縫的導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

由圖1可知，支撐裂縫的導(dǎo)流能力隨閉合壓力的逐漸增加而不斷降低。前期閉合壓力值相對(duì)較低時(shí)，支撐裂縫導(dǎo)流能力下降明顯。但隨著閉合壓力增大到一定程度時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力值變化趨于平緩。因?yàn)榍捌谠龃箝]合壓力時(shí)，由于超過(guò)支撐劑顆粒的抗壓強(qiáng)度后，支撐劑不斷破碎，造成支撐劑顆粒表面積增大，圓球度變差，尺寸減小，粒徑不均勻，同時(shí)裂縫孔隙不斷被支撐劑碎屑充填，阻礙液體滲流，從而導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力急劇下降。在后期較高閉合壓力時(shí)，支撐劑主要處于被壓實(shí)狀態(tài)，破碎后的顆?？紫抖鹊停藭r(shí)滲透率較低，但導(dǎo)流能力變化不再明顯。導(dǎo)流能力從10MPa條件下的256.8μm2·cm下降到60MPa條件下的96.6μm2·cm，下降了66.3%，說(shuō)明閉合壓力是主要支撐裂縫的影響因素。由圖可知，次要裂縫導(dǎo)流能力隨閉合壓力的逐漸增加也不斷降低，基本呈現(xiàn)線性下降趨勢(shì)。3MPa條件下的導(dǎo)流能力為69.2×10-3μm2·cm，在15MPa圍壓下的導(dǎo)流能力下降到了25.7×10-3μm2·cm，下降幅度為62.9%，但是在3～9MPa的圍壓下下降幅度較大，9～15MPa條件下下降趨于平緩。同時(shí)可以看出，次要裂縫的導(dǎo)流能力要遠(yuǎn)小于主要裂縫，相差103倍以上，說(shuō)明壓裂過(guò)程中近井地帶的支撐裂縫是主要的油水流動(dòng)區(qū)域;次要裂縫主要位于壓裂遠(yuǎn)端和充填支撐劑的天然裂縫中，其油水滲流能力要小于支撐裂縫，但其滲流能力要遠(yuǎn)大于基質(zhì)儲(chǔ)層，是次要的油水滲流通道。

2.2不同流體對(duì)導(dǎo)流能力的影響

選擇40/70目陶粒，主要裂縫在40MPa條件下、次要裂縫在圍壓11MPa的條件下，選擇四種不同流體進(jìn)行導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，四種不同粘度的流體驅(qū)替對(duì)陶粒的導(dǎo)流能力具有較大的影響，其流體的粘度越大，支撐裂縫的導(dǎo)流能力越差;從主要裂縫和次要裂縫的來(lái)看，用蒸餾水驅(qū)替下的導(dǎo)流能力最大，主要裂縫的導(dǎo)流能力為132.6μm2·cm，次要裂縫導(dǎo)流能力為33.6×10-3μm2·cm，活性水驅(qū)替條件下的導(dǎo)流能力有所下降，但是下降幅度不大;當(dāng)驅(qū)替流體為粘度3.67mPa·s的破膠液時(shí)，主要裂縫的導(dǎo)流能力下降到了110.8μm2·cm，相對(duì)蒸餾水下降了16.4%;次要裂縫導(dǎo)流能力下降到18.8×10-3μm2·cm，導(dǎo)流能力下降了44.0%;當(dāng)粘度為7.42mPa·s的滑溜水時(shí)，主要裂縫的導(dǎo)流能力下降了32.7%，次要裂縫下降了75.0%。并且，從不同粘度流體驅(qū)替下支撐裂縫的導(dǎo)流能力下降幅度看出，相對(duì)主要裂縫而言，次要裂縫的導(dǎo)流能力受到流體粘度的影響更大，流體粘度越大，次要裂縫的導(dǎo)流能力受到的損害程度越高，說(shuō)明次要裂縫的導(dǎo)流能力易受到閉合壓力和流體粘度的影響。

2.3支撐劑類型及粒徑對(duì)導(dǎo)流能力的影響

選擇延長(zhǎng)油田目前礦場(chǎng)所用的陶粒、石英砂和覆膜石英砂及2種粒徑規(guī)格，主要裂縫在40MPa條件下、次要裂縫在圍壓11MPa的條件下進(jìn)行蒸餾水驅(qū)替，并且進(jìn)行一組次要裂縫不充填支撐劑時(shí)候的導(dǎo)流能力，其導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，三種礦場(chǎng)所用支撐劑類型和粒徑大小均對(duì)支撐裂縫的導(dǎo)流能力有一定的影響。三種支撐劑在主要和次要裂縫的導(dǎo)流能力可以看出，鋪置20/40目下陶粒的導(dǎo)流能力最好，其次為石英砂，覆膜石英砂的導(dǎo)流能力相對(duì)最差。并且，對(duì)于主要裂縫的導(dǎo)流能力，三類支撐劑的粒徑為20/40目的導(dǎo)流能力要大于40/70目，說(shuō)明支撐劑的粒徑越小，導(dǎo)流能力越小，且對(duì)主要裂縫的導(dǎo)流能力具有較大的影響;次要裂縫在不同粒徑支撐劑下的導(dǎo)流能力類似于主要裂縫，粒徑越大其導(dǎo)流能力越大，但是導(dǎo)流能力基本大于30×10-3μm2·cm，但是當(dāng)不充填支撐劑時(shí)，次要裂縫在圍壓11MPa條件下的導(dǎo)流能力為12.9×10-7μm2*cm，說(shuō)明在壓裂前端和部分天然裂縫中，當(dāng)裂縫中充填支撐劑時(shí)，其裂縫在一定壓力條件下相對(duì)較難閉合，具有一定的導(dǎo)流能力;當(dāng)裂縫沒(méi)有充填支撐劑時(shí)，次要裂縫的導(dǎo)流能力下降明顯，容易在一定壓力條件下閉合。

4 結(jié)論

（1）支撐裂縫可以分為主要裂縫和次要裂縫，主要裂縫具有較好的導(dǎo)流能力，形成的裂縫寬度較大，是主要的油水流動(dòng)通道;次要裂縫相對(duì)導(dǎo)流能力較差，裂縫寬度較小，是次要的油水滲流通道;

（2）主要裂縫和次要裂縫的導(dǎo)流能力會(huì)受到閉合壓力、不同粘度的流體以及不同類型和粒徑的支撐劑影響，閉合壓力越大，驅(qū)替流體粘度越大，支撐劑粒徑越小，其導(dǎo)流能力越差。

主要裂縫的導(dǎo)流能力受閉合壓力和支撐劑類型的影響較大，閉合壓力是影響主要裂縫導(dǎo)流能力的主要因素，且相同條件下導(dǎo)流能力陶粒最好，石英砂次之，覆膜石英砂導(dǎo)流能力最差;次要裂縫在圍壓較小條件下導(dǎo)流能力易受到損害，粘度最大的滑溜水的導(dǎo)流能力最小;次要裂縫受到支撐劑類型和粒徑的影響較小，但若無(wú)支撐劑充填裂縫時(shí)，其裂縫導(dǎo)流能力下降極大，基本失去滲流能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚涇利，鄧秀芹，趙彥德，等.鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組致密油特征[J]. 石油勘探與開(kāi)發(fā)，2013，40（2）：150-158.