致密砂巖水力壓裂裂縫對(duì)壓裂液濾失特征

侯新宇 尹太舉 孫少川

摘 ? ? ?要： 為研究致密砂巖水力壓裂作用下裂縫對(duì)壓裂液的濾失特征，通過(guò)室內(nèi)巖心物理實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了壓裂模型，利用壓裂過(guò)程全景展示方式，全方位分析壓裂過(guò)程裂縫對(duì)壓裂液的濾失特征。研究表明：實(shí)驗(yàn)早期4 min前，壓裂液的濾失對(duì)巖心滲透率傷害較大，滲透率降低幅度在70%～80%之間，當(dāng)壓裂持續(xù)進(jìn)行10 min后，巖心滲透率傷害降低幅度較小。出現(xiàn)這一過(guò)程的原因?yàn)榱芽p內(nèi)壓裂液濾餅的逐漸形成，濾餅形成過(guò)程巖心滲透率大幅降低，當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行30 min后，濾餅基本形成并趨于穩(wěn)定后，對(duì)巖心滲透率的影響效果減弱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，裂縫內(nèi)濾餅的出現(xiàn)對(duì)壓裂液的濾失產(chǎn)生了一定的影響，造成了壓裂液濾失系數(shù)出現(xiàn)兩段式的下降過(guò)程。

關(guān) ?鍵 ?詞：壓裂液;致密砂巖;人工裂縫;濾失

中圖分類號(hào)：TQ 317 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）08-1737-04

Abstract： ?In order to study the effect of fractures on filtration loss characteristics of fracturing fluid under tight sandstone hydraulic fracturing， a fracturing model was built through the indoor core physical experiment， and the filtration characteristics of fracturing fluid in the fracturing process were analyzed by the way of panoramic display of the fracturing process. The results showed that the damage of core permeability caused by the filtration of fracturing fluid before 4 min of the experiment was large， and the decrease range of core permeability was between 70% and 80%. After the fracturing continued for 10 min， the decrease range of core permeability damage was small. The reason for this process was the gradual formation of filter cake of fracturing fluid in the fracture. During the formation of filter cake， the core permeability was greatly reduced. After 30 min of experiment， the filter cake was basically formed and tended to be stable， and the effect on core permeability was weakened. The experimental results showed that the emergence of filter cake in the fracture had a certain impact on the filtration loss of the fracturing fluid， resulting in a two-stage decline process of the filtration coefficient of the fracturing fluid.

Key words： Fracturing fluid; Tight sandstone; Artificial fracture; Filtration

隨著非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展，以壓裂酸化為手段的儲(chǔ)層改造工藝正廣泛運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)。而壓裂液作為壓裂施工過(guò)程中的主要工作介質(zhì)，其質(zhì)量、穩(wěn)定性、配伍性都會(huì)影響最終壓裂效果，所以必須在材料優(yōu)選、配液和泵送使用階段進(jìn)行過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控，確保壓裂成功[1]。

在水力壓裂過(guò)程中，進(jìn)入油藏的壓裂液通常分為兩部分：一部分保留在裂縫中，這是一種有效的壓裂液，可以促進(jìn)裂縫的擴(kuò)展;其余大部分處于壓裂過(guò)程中隨著裂縫的擴(kuò)散，無(wú)效的流體將從裂縫壁流失到儲(chǔ)層中。儲(chǔ)層中流失的壓裂液會(huì)影響壓裂施工效果并對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生一定傷害，需要前期的設(shè)計(jì)與規(guī)避。首先，流體損失的量直接影響裂縫流體的效率和人工裂縫幾何形狀的大小。如果來(lái)自構(gòu)造層中的裂縫流體的流體損失太大，則有效裂縫流體流速將降低，這將減小裂縫延伸長(zhǎng)度和裂縫寬度，從而導(dǎo)致裂縫破裂程度和原始設(shè)計(jì)體積相比具有最小差異性。這導(dǎo)致使用液體裂縫的效率下降，不符合經(jīng)濟(jì)和合理的選擇。其次，在壓裂過(guò)程中注入地層流體的損失直接影響壓裂過(guò)程人工裂縫的延伸。因此，研究裂縫流體形成過(guò)程中流體損失的類型和數(shù)量對(duì)于裂縫設(shè)計(jì)和后效預(yù)測(cè)非常重要[2-3]。裂縫長(zhǎng)度太大的原因通常是由于從裂縫流體計(jì)算出的流體損失較低。第三，在壓裂過(guò)程中，由于壓裂液的損失，人工裂縫將在壓裂液中填充過(guò)多的石英砂，這通常會(huì)導(dǎo)致砂比增加，導(dǎo)致施工過(guò)程中的泵極高壓力，并在施工過(guò)程中被迫停止泵[4-5]。因此，有必要研究施工過(guò)程中和施工后裂縫流體的過(guò)濾損失。本文致力于更準(zhǔn)確地描述過(guò)濾過(guò)程，以滿足現(xiàn)場(chǎng)將來(lái)的科學(xué)研究和建設(shè)需求。

1 ?區(qū)塊概況

進(jìn)一步規(guī)范實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定實(shí)驗(yàn)所用巖芯尺寸為直徑2.53～2.51 cm，長(zhǎng)度為3～3.2 cm，實(shí)驗(yàn)用巖芯孔隙度為7.98%～8.34%。標(biāo)定s100樣本巖芯為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，測(cè)定當(dāng)前實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為24 ℃，選用之前配置好并放置1天后壓裂液載入實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備槽。加壓至實(shí)驗(yàn)管匯兩端壓力至5.88 MPa，階段性升至7.85 MPa，再階段性加壓至9.85 MPa。在此為保護(hù)一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，故不做列表參數(shù)，僅做圖像分析（圖5、6）。

通過(guò)圖5、圖6綜合數(shù)據(jù)可以看出，數(shù)據(jù)結(jié)果同時(shí)表征了實(shí)驗(yàn)在起初的時(shí)候會(huì)得到較大的壓裂液濾失響應(yīng)，但是隨著時(shí)間的推移這種數(shù)據(jù)表征會(huì)變得緩慢而平穩(wěn)。分析濾失量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行5 min時(shí)濾餅基本形成，但濾餅尚不穩(wěn)定。隨著時(shí)間的持續(xù)，大致在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行30 min后，濾餅形成與剝蝕速度趨于平衡后，濾餅總體上才開(kāi)始保持穩(wěn)定，這是壓裂液的濾失基本不再隨著時(shí)間變化而增長(zhǎng)，濾失速率趨于一個(gè)穩(wěn)定值。

壓裂液的濾失與壓裂液配比以及壓裂強(qiáng)度有關(guān)，也受到裂縫內(nèi)濾餅的穩(wěn)定和破壞的影響，且濾餅的性質(zhì)（硬度、滲透率）也和壓裂過(guò)程息息相關(guān)。但是這種規(guī)律需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。但是當(dāng)前的數(shù)據(jù)列可以充分證明，當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至5 min時(shí)，雖然濾餅以極快的速度進(jìn)行堆積與形成，但是其強(qiáng)度和厚度無(wú)法達(dá)到時(shí)間閾內(nèi)的穩(wěn)定值，以至于時(shí)間角度下的變化速度和其他可測(cè)物理量無(wú)法達(dá)到平衡，更不能直接性進(jìn)行規(guī)律描述。但是當(dāng)時(shí)間進(jìn)行至30 min后，這種不可變因素就會(huì)減小以至于壓裂液濾失量開(kāi)始呈現(xiàn)穩(wěn)定。但是真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況下需要進(jìn)一步的多維參數(shù)模擬，以至于還原不同期間下的真實(shí)變化。

進(jìn)一步通過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和一些經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合計(jì)算，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)迭代分析，得出部分巖性滲透率比與時(shí)間圖譜，在此進(jìn)行巖性實(shí)驗(yàn)情況下的污染后影響性質(zhì)描述，獲取相關(guān)滲透率多維數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)初期的滲透率比值呈現(xiàn)大幅下降趨勢(shì)，通過(guò)數(shù)據(jù)列核算可以進(jìn)一步得出這種下降在70%～80%之間。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列（10 min標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間）的滲透率比值成平穩(wěn)變化，進(jìn)一步驗(yàn)證了上面數(shù)據(jù)得出的濾餅初始形成過(guò)程中的不穩(wěn)定過(guò)程，通過(guò)滲透率減小可知這種穩(wěn)定性變化與趨勢(shì)是不可控的。

綜上所述，壓裂施工過(guò)程是一項(xiàng)集動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械工程和地質(zhì)學(xué)為一體的綜合性系統(tǒng)工程。如何進(jìn)行致密砂巖水力壓裂作用下的壓裂液濾失特征描述與裂縫性能的分析是科研工作者和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員需要注意的。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

致密砂巖水力壓裂需要進(jìn)行前期的模擬和設(shè)計(jì)，在支撐劑可靠、壓裂液合規(guī)且成本最優(yōu)的前提下開(kāi)展相關(guān)工作。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中不能因?yàn)榇笠?guī)模攜砂而無(wú)限制進(jìn)行壓裂液的使用。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證明裂縫對(duì)濾失有著較大影響，其中實(shí)驗(yàn)進(jìn)行5 min時(shí)相關(guān)的濾失量可達(dá)到70%，同時(shí)會(huì)污染巖性。

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