周邊脫砂壓裂特點(diǎn)及影響因素探討[專業(yè)特制]

1、周邊脫砂壓裂特點(diǎn)及影響因素探討 摘要：為了更有效率地實(shí)現(xiàn)周邊脫砂壓裂，本論文分析周邊脫砂壓裂裂縫的擴(kuò)展特點(diǎn)，總結(jié)了濾失系數(shù)、地應(yīng)力梯度、蓋底層與產(chǎn)層壓力差等地層參數(shù)對(duì)裂縫擴(kuò)展趨勢(shì)的影響，探討了粘度、排量、脫砂時(shí)刻選定等作業(yè)參數(shù)對(duì)壓裂的影響，最后對(duì)提出周邊脫砂壓裂的優(yōu)化設(shè)計(jì)方向。 關(guān)鍵詞：壓裂、優(yōu)化、模型、擬三維模型、周邊脫砂壓裂EXTENSION THAIT AND OPTIMIZATION DESIGN OF PERIPHERY SCREENOUT FRACTURING Abstract: base on the simulation software which adapt periphe

2、ry screenout fracturing propagation; analysed the extension trait of periphery screenout fracturing and the effect of operational parameter and reservoir parameter on fracture; finally, optimized the fracrures parameters after detailed results analysis.Key word: fracturing optimization model pseudo-

3、three-dimensional-fracturing periphery screenout fracturing 無論是低滲透油田還是中高滲透油田，壓裂增產(chǎn)、壓裂增注或壓裂防砂的最基本原理都是建立在裂縫附近流體的雙線性流動(dòng)理論基礎(chǔ)上的1。根據(jù)前人的物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬可以發(fā)現(xiàn)，代表裂縫實(shí)際導(dǎo)流能力和地層自然滲透能力的差異大小的物理量“無因次裂縫導(dǎo)流能力2”的大小決定了壓后地層中流體的流動(dòng)模式。因此要減小流動(dòng)阻力、增大裂縫的導(dǎo)流能力，充分發(fā)揮裂縫的作用，就要使由式1中的達(dá)到較大的值以產(chǎn)生明顯的雙線性流動(dòng)模式3。=/ （1）式中 無因次裂縫導(dǎo)流能力；Kf裂縫滲透率，md；K地層有效滲透率，md

4、；Wf 裂縫寬度，m；Lf裂縫半長，m。由以上公式可知：當(dāng)?shù)貙佑行B透率K值較大時(shí)，要想獲得較大的裂縫導(dǎo)流能力，只能限制裂縫半長并盡可能增加裂縫寬度。但是，在巖石開裂過程中，裂縫三維尺寸之間的關(guān)系受到巖石力學(xué)性質(zhì)的較大制約。也就是說，對(duì)巖石的自然條件而言裂縫長則寬、短則窄。脫砂壓裂技術(shù)就是為了適應(yīng)“短寬裂縫”這種特殊需要而誕生的一種特殊壓裂技術(shù)。它是通過特殊的設(shè)計(jì)和控制技術(shù)，在壓裂過程中形成縫內(nèi)脫砂帶來阻止縫長（和縫高）的自然增長，同時(shí)迫使縫寬以超過其正常增長速度的速度快速增大，從而達(dá)到造“短寬裂縫”的目的。1脫砂壓裂模型設(shè)計(jì)為簡化輸入?yún)?shù)和達(dá)到一定計(jì)算速度，采用擬三維模型。周邊脫砂壓裂的模型

5、分為兩部分，脫砂前和脫砂后的模型。 脫砂前模型與常規(guī)模型類似，為使縫高預(yù)測(cè)更加符合實(shí)際，脫砂前的模型優(yōu)選了李勇明、趙金洲在Palmer、Nolte模型基礎(chǔ)上，引入縫高壓降梯度疊加方法，使該裂縫模型更適合中高滲透層的壓裂。脫砂后模型縫高在脫砂后不再改變，保持脫砂時(shí)縫高不再改變.連續(xù)性方程與脫砂前方程一致，壓力方程與縫寬方程有所改變。1.1縫內(nèi)壓力分布脫砂后裂縫僅在縫寬方向延伸中將導(dǎo)致壓裂液的在縫寬方向上流動(dòng)，產(chǎn)生的壓降又會(huì)限制縫寬方向的延伸。忽略縫寬方向流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致較高大的縫寬預(yù)測(cè)偏差。為使縫寬預(yù)測(cè)更符合實(shí)際，引入縫寬壓降梯度疊加P（y）=P（x，0）+gw(y) （2）1.2 裂縫寬度方程它的主

6、要變化為：縫高摩阻壓降可近似為零。但由于縫寬方向的擴(kuò)展速度增大，因此縫寬方向的流動(dòng)壓降不能忽略，將縫寬方向壓降對(duì)縫寬的影響帶入England和Green縫寬公式得（3）2脫砂壓裂特點(diǎn)根據(jù)以上方程編制軟件計(jì)算得出周邊脫砂壓裂脫砂前后裂縫擴(kuò)展具有以下特點(diǎn)：縫寬（mm）（1）脫砂前縫長、縫高與縫寬隨著時(shí)間的推移逐漸擴(kuò)展，但是擴(kuò)展速度減緩。脫砂后縫長與縫高保持與脫砂時(shí)刻裂縫達(dá)到的長度和高度不變，而縫寬增長速度變快。（2）濾失量在脫砂前緩慢下降，但在脫砂后濾失量快速下降，但隨著時(shí)間的推移下降幅度變緩。脫砂前新的濾失面積隨著縫長、縫高的擴(kuò)展不斷產(chǎn)生，脫砂后沒有新的濾失面積產(chǎn)生，濾失量是與時(shí)間的平方根成反比

7、的，因此脫砂后濾失量隨著時(shí)間呈減少趨勢(shì)。（3）脫砂前縫端壓力不變，裂縫后端（井筒處）壓力緩慢上升；脫砂后縫端和井筒處的壓力急速上升，且縫端處的壓力上升幅度大，逐漸接近于井筒處的壓力，即在脫砂壓裂后期整條裂縫內(nèi)的壓力趨于相同的壓力。脫砂后濾失量減少，說明壓裂液在脫砂后主要形成縫內(nèi)壓力上升，從而造成縫寬增加。3 脫砂壓裂參數(shù)的影響 分析作業(yè)參數(shù)對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響可以在實(shí)施脫砂壓裂前對(duì)各作業(yè)參數(shù)進(jìn)行有效的優(yōu)化，保證壓裂施工的高效率和高成功率。下面根據(jù)軟件計(jì)算結(jié)果得出以下幾方面結(jié)論。3.1 地層參數(shù)對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響（1）濾失系數(shù)的影響：隨著壓裂液的濾失系數(shù)的增加，縫長、縫高和縫寬均呈減小趨勢(shì)。這是由于濾

8、失系數(shù)增加，濾失進(jìn)入地層的壓裂液就增多，用于造縫的壓裂液減少，因此裂縫體積呈減小趨勢(shì)，因此縫長、縫高、縫寬同時(shí)減小。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)可以根據(jù)地層濾失量大小調(diào)節(jié)排量。圖1 不同縫寬壓降系數(shù)下井筒處裂縫形狀(2) 地應(yīng)力梯度的影響：隨著地應(yīng)力梯度增大，縫長和縫寬略有增加，主要變化是上擴(kuò)縫高增加，下延縫高減小，因此在地應(yīng)力梯度較大的地層中，應(yīng)注意控制裂縫上竄入蓋層中。(5) 縫寬摩阻壓降系數(shù)的影響：從圖1上可以看出隨著縫寬系數(shù)的變大縫寬減小，在井筒截面可以看出整個(gè)截面的縫寬均在降低?？p寬摩阻系數(shù)的存在，使壓裂模擬更符合實(shí)際情況，有利于在壓裂前對(duì)裂縫擴(kuò)展作出更精確的預(yù)測(cè)。3.2 作業(yè)參數(shù)對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響（

9、1）稠度系數(shù)和粘度系數(shù)的影響：隨著粘度的增加(粘度指數(shù)，稠度系數(shù))加，縫長降低，而縫寬和縫高大幅度增加，而且增加的幅度較大。也就是說，當(dāng)不需要控制縫高時(shí)，提高壓裂液的粘度可以增加裂縫的縫寬減小縫長，這對(duì)提高裂縫導(dǎo)流能力是有利的。（2）排量的影響：排量對(duì)裂縫的擴(kuò)展影響比較大，隨著排量的增加，在同一時(shí)間內(nèi)，裂縫長度、高度和寬度均大幅增長。也就是說可以根據(jù)要達(dá)到的裂縫長度、高度來優(yōu)選排量，增加排量可以快速達(dá)到規(guī)定縫長，但是需要限制縫高則要降低排量。（3）脫砂時(shí)刻選取的影響從曲線上可以看出，達(dá)到相同縫長時(shí)，脫砂時(shí)刻小即排量大的壓裂縫高延伸稍大，縫寬在脫砂前基本相同，但脫砂后縫寬增長速度增長快，并且壓裂

10、液效率較高這說明在實(shí)際規(guī)劃一個(gè)壓裂時(shí)，根據(jù)優(yōu)選縫長、縫高的要求盡可能減小脫砂時(shí)刻即選擇大排量可以以較快時(shí)間，較高壓裂液效率達(dá)到目標(biāo)結(jié)果。當(dāng)選取大的脫砂時(shí)刻即排量低于一定數(shù)值即最小排量極限（這個(gè)數(shù)值具體與地層濾失、裂縫體積相關(guān)）時(shí)無法進(jìn)行脫砂后的擴(kuò)展，分析原因是排量過小壓裂液無法延縫長方向流動(dòng)，形成壓力的傳遞，裂縫會(huì)發(fā)生閉合現(xiàn)象，這樣不利于脫砂帶的穩(wěn)定。q=7q=5q=3圖2 不同排量對(duì)裂縫寬度的影響q=3q=5q=7圖3 不同排量對(duì)壓裂液的效率4 周邊脫砂壓裂參數(shù)優(yōu)化通過以上對(duì)脫砂壓裂裂縫擴(kuò)展特點(diǎn)和各類參數(shù)對(duì)裂縫的影響的探討，在根據(jù)以往在某一區(qū)塊成功壓裂結(jié)果、該區(qū)域的壓裂目的以及壓裂井油層污染情況優(yōu)選該井縫長及需要達(dá)到的縫寬后，為了得到更有效率的裂縫可以對(duì)其參數(shù)進(jìn)行以下優(yōu)化設(shè)計(jì)：(1) 綜合考慮地層參數(shù)（濾失系數(shù)、地應(yīng)力梯度、應(yīng)力差及縫高和縫寬方向的摩阻系數(shù)）對(duì)裂縫的影響，判斷裂縫的形狀和延伸趨勢(shì)；(2) 為了提高壓裂液效率應(yīng)盡量選擇粘度較大的壓裂液；(3) 確定該地層進(jìn)行脫砂壓裂的最小排量極限；(4) 盡量選取較大排量進(jìn)行脫砂壓裂，根據(jù)要求縫長、縫高的確定脫砂時(shí)刻，根據(jù)要達(dá)到的縫寬設(shè)計(jì)脫砂后壓裂結(jié)束時(shí)刻，這樣可以更有效率地完成所