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.