对压裂过程中套压下降机理的几点思考

罗天雨 赵金洲 王嘉淮 张尚昆 曹欣
[1]新疆石油管理局采油工艺研究院,新疆克拉玛依834000 [2]“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室西南石油大学,四川成都610500 [3]新疆塔里木油田公司天然气事业部,新疆库尔勒841000 [4]长庆石油勘探局井下作业处,西安710068

文章内容：《南方油气》第20卷第1—2期(总第73期):67～69页,2007年6月67对压裂过程中套压下降机理的几点思考罗天雨赵金洲王嘉淮张尚昆曹欣(1.新疆石油管理局采油工艺研究院,新疆克拉玛依834000;2."油气藏地质及开发工程"国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500;3.新疆塔里木油田公司天然气事业部,新疆库尔勒841000;4.长庆石油勘探局井下作业处,西安710068)摘要:长期以来,石油工作者对压裂过程中套压下降的机理认识不清楚,看法各异.本文结合最新理论研究的成果,通过深入分析表明,套压下降的机理有以下七种:流体流动参数的变化,井筒与裂缝系统憋压现象的消失,裂缝壁面光滑程度的增加,射孔孔眼的完善程度增加,裂缝端部遭遇低应力层,裂缝端部遭遇大的天然裂缝,部分小裂缝的堵塞等等.套压下降的具体机理是上述一种或多种的组合.关键词:套压下降;憋压现象;裂缝壁面水力压裂的过程中,在压裂过程的某些阶段,在砂比不变或增加,排量不变的情况下,往往出现施工套压有所下降的情况.套压的下降反映了裂缝延伸净压力的下降,即裂缝缝口的压力有所下降.抵消了部分随着裂缝增长而引起的流动阻力的增加.因此,流动参数的变化至少使流动阻力的增加速度与幅度变缓.图1展示了某型压裂液的粘度随温度增加而下降的情况;图2列出了流体参数随着施工时间的增长而下降的情况.流体流动参数的变化2井筒,裂缝系统憋压现象的消失一般来说,如果高度变化不大,随着流体的注入,裂缝长度增加,则流动阻力增加.实际上,随从井筒与裂缝系统而言来看,它相当于一个不着流体接受剪切的时间增加与温度的增加,流体粘断扩大的"容器",而裂缝壁面相当与泄压的出度下降,因此,在裂缝的部分阶段流动阻力下降,,流体不断地渗出这个不断扩大的"容器",而20000800喜6004002020406800/℃图1压裂液的粘温曲线00080600400202340567080/图2压裂液的粘度与剪切时间的关系收稿日期:2007—04—23作者简介:罗天雨(1971～),2006年西南石油大学油气田开发专业博士毕业,现在新疆石油管理局博士后流动站工作,从事油气层增产措施与技术研究.南方油气2007年6月且渗流规律遵循卡特滤失原理.地面液力泵往里面不断补充液体,任何时候,只要装进这个"容器"的液体量大于"容器"的容纳液体量,流体产生压缩现象,由于流体的可压缩性非常小,就呈现压力增加的情况.当然,在这个过程中,需要考虑管柱流动阻力,液柱重量产生的压力,裂缝流动阻力,裂缝的长度,宽度,高度的扩展,流动参数的变化等等.但不可避免的是,当液体注入速度大于容器泄压速度时,就会产生系统内的由于憋压产生的压力增高.根据推导,设,为阻力系数,为油管长度,;为油管内径,,为油管内液体流动速度,/,为压裂液密度,/,流体的压缩系数为卢.,井筒体积为,井筒内总的压缩余量为,液柱压力,以及井底压力.仅以井筒为研究对象时,井底压力与井筒内压缩液体量的关系是:兰+(1)一(+)2,).',',卢【——一一1】该井底压力的大小将反映到套压与油压上.随着施工时间的增长,裂缝尺寸增大;增加流动参数变化,尤其是粘度下降,流体渗滤能力增加,引起泄压速度增加,就会使得憋压部分消失或完全消失,呈现出套压,油压下降的情形.3裂缝壁面光滑程度的增加裂缝壁面不是绝对光滑的,尤其在产生转向裂缝的时候,此时裂缝壁面凸凹不平,当流体通过裂缝时,产生了额外的流动阻力.随着支撑剂的加入,尤其是打磨时间的增长,裂缝壁面的突起逐渐消失或变小,接纳流体的能力增强,流动阻力减小,同样可以引起油压,套压的下降(图3).图3裂缝壁面的粗糙程度4射孔孔眼的完善程度增加射孔孔眼的流动系数可以随着流体的注入量,尤其是携砂液的注入量的增加而下降.射孔孔眼摩阻为:/=2.3310-而2(2)式中:——压裂液密度,/;——泵注排量,/;——射孑孑密;孑/;——孔眼直径,;^——施工层段有效打开厚度,;——孔眼流量系数,无因次.如果压裂液不含磨损性材料,一般为0.5—0.6,泵人携砂液时,套管内侧孔眼表面被携砂液严重冲蚀,孔眼流量系数应该进行修正,一般从0.56上升到0.89.目前国外推荐的孔眼修正流量系数为:=0.56+1.6510一(3)其中.为通过孔眼处的支撑剂质量,.5裂缝端部遭遇低应力层虽然在裂缝延伸的范围,很少有机会遭遇地应力的变化,但这种机会仍然是存在的.在断块发育或者构造应力发生急剧变化的区域,如果裂缝裂缝前缘端部或裂缝的上,下端部遭遇低应力层,流体向前流动的能力会明显加强,流动阻力会相应下降,同样能够引起施工压力的下降.6裂缝端部遭遇大的天然裂缝在裂缝性地层或存在天然裂缝的地层中,如果第2卷第1—2期罗天雨,等:对压裂过程中套压下降机理的几点思考裂缝端部遭遇大的天然裂缝,流体沿裂缝快速流动渗滤,则引起流体大量漏失.这也是造成憋压程度下降的一个重要原因.7部分小裂缝的堵塞部分地层由于各种原因,存在多条大小不一的水力多裂缝.在加砂过程中,随着支撑剂浓度的提高与砂量的增大,尤其是小颗粒段塞的加入,在某个时机,部分小裂缝的通道可能被堵死,流体经过较大的裂缝进入地层,这样,实际上造成了裂缝条数减少的局面,而裂缝条数的减少就能够降低裂缝内的流动阻力,造成施工压力下降的局面.8结论加砂过程中套压下降的原因有:流体流动参数的变化,井筒,裂缝系统憋压现象的消失,裂缝壁面光滑程度的增加,射孑孑眼的完善程度增加,裂缝端部遭遇低应力层,裂缝端部遭遇大的天然裂缝,部分小裂缝的堵塞等等.具体下降原因可能是上面原因中的一种或多种因素综合在一起的体现.认识清楚该机理对压裂施工有积极的指导意义.参考文献1万仁溥,罗英俊.采油技术手册.北京:油工业出版社,1970:482—4832袁恩熙.工程流体力学.北京:石油工业出版社,1993,120—1223......-:—,56596,19994沈建国,陆灯云,刘同斌,等.支撑剂段塞冲刷的水力压裂新工艺.天气气工业,2004,(4):92—955