支撐裂縫導流能力研究

李仁明 陳天培 楊浩鐳 趙志紅

摘 要：裂縫導流能力的大小決定了水力壓裂效果的好壞。準確的預測出地層裂縫導流能力的大小對石油的采收率有很大的影響。本文分別從影響地層裂縫導流的的外部環境因素，閉合壓力，溫度，裂縫寬度三個方面和支撐劑自生因素，支撐劑的強度，均勻度，鋪砂濃度以及壓裂液四個方面進行了實驗研究。

關鍵詞：裂縫導流能力；水力壓裂；外部環境因素；支撐劑

水力壓裂是油氣增產的有效措施，在油田有很廣泛的應用。對于不同的裂縫應采用不同支撐劑，支撐劑的作用在于泵注停止并且縫內液體排出后保持裂縫處于張開狀態，地層內流體可以通過高導流能力的支撐帶由裂縫頂端流向井底支撐劑的好壞直接影響到裂縫的長期導流能力。對于不同的地層如何評價支撐劑的性能和選用什么類型的支撐劑就顯得格外的重要。本文對影響導流能力的環境因素和影響導流能力的支撐劑做了實驗研究，對評價支撐劑的性能和選用什么類型的支撐劑具有一定的參考價值。

一、實驗準備

實驗過程中使用FCES—100型裂縫導流儀，實驗嚴格按照API的程序進行操作，閉合壓力按每6MPa遞增。FCES-100型導流儀使用API標準導流室，支撐裂縫滲透率依據達西定律，通過測得不同流量下的壓差計算得到。不同閉合壓力下的裂縫寬度由位移計測量。

二、實驗評價與分析

（一）外部環境因素

1、閉合壓力因素對導流能力的影響

閉合應力是裂縫閉合所產生的，由地層傳遞給支撐劑。閉合應力作用的后果是引起支撐劑破碎，使支撐劑顆粒尺寸減少，圓球度變差，面積增大，粒徑不均勻，這些因素都將引起支撐劑充填層滲透率降低。閉合力的作用，還將進一步壓實充填層支撐劑，使得孔隙度減小，從而降低滲透率。另一方面閉合壓力的作用，可使支撐劑嵌入地層，導致縫寬減小，滲透率降低。對中等硬度的砂巖的研究表明，當閉合壓力大達到一定的數值時，表現為滲透率下降，導流能力減小。隨著閉合壓力增大，滲透率將迅速下降。壓力對地層導流能力有很大的影響。

由于油井的周期性關井，會產生交變應力，當交變的壓力作用到支撐劑時，其導流能力將下降。滲透率受到傷害，充填縫寬減小，這些都將在裂縫受到交變載荷時發生。另外，支撐劑和地層物質因交變應力的作用而產生疲勞破壞，這將導致流體通道坍塌，支撐劑嵌入巖石，從而引起支撐劑滲透率和縫寬下降。

2、溫度對導流能力的影響

實驗室大多數導流測試都是在固定的溫度下完成的，但是當裂縫中的支撐劑處于高溫時會對支撐劑強度產生影響，導致導流能力下降。是閉合壓力在34.5MPa和69MPa下進行的陶粒導流能力隨溫度變化的試驗。根據圖我們可以得出結論，在34.5MPa閉合壓力下，溫度由30℃增加到100℃，陶粒導流能力降低7.6%；當閉合壓力為69MPa時，溫度由30℃增加100℃，陶粒導流能力降低20.3%。隨著閉合壓力的增加，陶粒導流能力隨溫度變化的這種降低趨勢更加明顯。

3、裂縫寬度對導流能力影響

裂縫的寬度是決定導流能力的一個重要參數，裂縫閉合后，支撐劑顆粒在閉合壓力的作用下會產生初始變形，隨著持續時間的增加，壓力溶蝕作用，支撐劑顆粒的嵌入，蠕變效應等因素的影響會使支撐裂縫的寬度持續減小，進而降低了導流能力。

（二）支撐劑自生因素

1、支撐劑的強度

通過實驗表明隨著底層壓力的增加，當地層壓力達到一定的數值時，支撐劑的破碎率會大幅的增加，破碎形成的支撐劑微粒，隨著流體的流動發生運移，堵塞孔喉半徑，增加滲流阻力，從而影響支撐劑充填層的滲透性，因此導流能力下降的幅度較大。在實際作業時應使用破碎率較低的支撐劑來提高裂縫的長期導流能力。

2、支撐劑的均勻度

陶粒不同規格下的長期導流能力試驗來看，提高支撐劑粒度的均勻程度可獲得較高的裂縫導流能力，所以使用的支撐劑應達到其規定要求，即符合粒徑范圍的質量百分比在90%上，并盡可能使粒徑集中在較小的范圍內，0.40-0.80mm規格的陶粒粒徑集中在0.50-0.80mm時導流能力較高。陶粒篩析與未篩析長期導流能力差值達10μm2·cm以上，這主要是細微顆粒即小于規定粒徑范的細小陶粒以及粉塵顆粒的差異造成了長期導流能力的顯著差異，因此在使用某個范圍內的粒徑大小時因盡量減少細微顆粒的所占的比率。

3、鋪砂濃度對導流能力的影響

相同支撐劑下不同鋪砂濃度的導流能力不同。實驗采用40/70低密度陶粒分別在5kg/m2和7kg/m2的鋪砂濃度下測試其導流能力。結果表明：7kg/m2鋪砂濃度初始的導流能力大于5kg/m2鋪砂濃度，提高了41.8%的導流能力；隨著閉合壓力的增大導流能力都有所減小，在25MPa時，二者的導流能力都已很小，但7kg/m2鋪砂濃度是5kg/m2下鋪砂濃度的2倍左右。說明增大鋪砂濃度是提高導流能力的可行方法。但針對不同地層和不同支撐劑下的量化關系還需要實驗測定。

4、壓裂液對導流能力的影響

實驗研究表明，在壓裂過程中，隨著壓裂液的注入形成裂縫。裂縫中壓裂液不斷濾失。當裂縫閉合后，裂縫中壓裂液進一步濃縮，稠化劑的濃度將增加。還有破膠劑濃度分布的不合理性，也會引起破膠劑濃度分布發生變化，致使濾餅及其周圍的壓裂液不能破膠或只有部分破膠，破膠劑未能充分發揮作用，勢必造成對支撐裂縫的傷害。

壓裂液殘渣對支撐裂縫導流能力損害壓裂液的殘渣來源是稠化劑，殘渣在巖石表面形成濾餅，可降低壓裂液的濾失，并且阻止大顆粒殘渣繼續浸入儲集層內。

三、結語

1、地層溫度對支撐裂縫的導流能力有一定的影響，在相同的地層壓力條件下，導流能力隨溫度的升高而降低。降低地層溫度可以提高導流能力。

2、提高裂縫長期導流能力的方法有：降低地層的閉合壓力、使用破碎率較低的壓裂支撐劑、盡量減少支撐劑的細微顆粒、提高支撐劑粒度的均勻程度、加大鋪砂濃度等

3、壓裂液殘渣對地層導流能力的影響是十分的巨大的，尤其實在壓力較高的地層。建議適當的提高鋪砂濃度來減小壓裂液帶來的負面影響。

4、對于實際地層，其導流能力的大小不局限于本文所研究的因素，只有充分的模擬地層條件才能更加準確的評價不同地層的導流能力。