混合水壓裂支撐劑鋪置規律模擬研究

陳 鵬

（中國石化華北油氣分公司石油工程技術研究院，河南鄭州 450006）

水力壓裂的目標是形成高導流能力的裂縫，這就要求支撐劑在裂縫中要有效支撐。決定支撐劑在裂縫分布規律的因素，包括施工排量、施工壓力、砂比、壓裂液和支撐劑性能等[1-3]。研究支撐劑在裂縫中的鋪置規律，可以對施工排量和砂比等施工參數優化，選擇合適的壓裂液和支撐劑體系。目前，對支撐劑在裂縫中的鋪置規律研究還不夠深刻，通過對支撐劑鋪置規律的研究，優化施工參數，提高壓裂效果[4，5]。

根據杭錦旗錦58 井區盒1 儲層混合水地質特征，建立盒1 儲層壓裂模型，通過模擬不同壓裂液黏度、施工排量、泵注工藝對支撐劑在裂縫中鋪置規律的影響。

1 混合水壓裂模擬模型

為了分析主縫導流能力對儲層壓后產能的影響，采用等效滲流理論進行分析，模型假設：（1）用Warren-Root 模型表征雙重介質模型；（2）壓裂形成的主裂縫只有一條，微裂縫與井筒不相連，裂縫系統等效為基質和微裂縫兩個滲流系統；（3）假設滲流均符合達西定律。

根據分析可以看出，主縫平均壓力對產能影響較大，提高主縫滲透率（導流能力），可降低縫內壓降損失，所以在井底壓力一定的情況下，裂縫滲透率越高，縫內平均壓力與地層原始壓力差值越大，產量越高。同時還可以看出，微裂縫體積、微裂縫滲透率對產能也有明顯的影響。因此提高主裂縫滲透率，盡可能的增加微裂縫的復雜程度是提高產量的有效方法。

根據杭錦旗錦58 井區盒1 儲層工程地質（見表1）及儲隔層結構特征（見圖1）建立杭錦旗錦58 井區盒1 儲層混合水壓裂模擬模型。

表1 錦58 井區盒1 儲層壓裂模型物性參數

圖1 錦58 井區盒1 儲層壓裂模擬模型

通過裂縫延伸模擬試驗，分析壓裂液黏度、施工排量、泵注工藝等因素對支撐劑鋪置規律的影響。

2 支撐劑鋪置規律影響因素分析

2.1 壓裂液黏度的影響

通過采用常規壓裂方式和混合水壓裂方式采用不同的黏度壓裂液注入分析支撐劑在裂縫中鋪置規律進行分析，分析結果（見圖2 和圖3）。

圖2 常規壓裂方式下不同黏度壓裂液支撐劑鋪置規律

圖3 混合水壓裂模式下不同壓裂液黏度組合支撐劑鋪置規律

常規壓裂時，隨壓裂液黏度增加，裂縫縫長大幅增加；壓裂液低黏度時支撐劑下沉嚴重，隨壓裂液黏度增加，支撐劑鋪置更加均勻。

混合水壓裂時，由于前置液黏度低，縫長幾乎不隨黏度的增加而變化；隨著混合水黏度的增加，支撐劑在裂縫內的鋪置更加均勻。

2.2 施工排量的影響

采用混合水壓裂方式，壓裂液黏度組合為10+100 mPa·s，模擬不同施工排量下對支撐劑鋪置規律的影響，模擬施工排量從3 m3/min 到8 m3/min。隨施工排量增加縫長大幅提高，施工排量對縫長的影響遠高于壓裂液黏度；低施工排量下高支撐劑濃度集中于裂縫前端，隨施工排量增加支撐劑的鋪置更加均勻；施工排量對支撐劑鋪置的影響略低于壓裂液黏度。

2.3 泵注工藝的影響

通過采用正向混合水壓裂和反向混合水壓裂在不同排量下對支撐劑鋪置規律的影響。低黏液造縫（10 mPa·s）、高黏液攜砂（100 mPa·s），連續加砂。正向混合水壓裂支撐劑鋪置較為均勻，排量越大支撐劑鋪置越均勻，縫長隨著排量增加而不斷增加。

高黏液造縫、低黏液攜砂，連續加砂。反向混合水壓裂支撐劑下沉嚴重、鋪置極不均勻。

總體來看，大排量、高黏度攜砂液，支撐劑鋪置越均勻，縫長隨著排量增加而不斷增加，正向混合水壓裂支撐劑鋪置較為均勻。

3 壓裂施工參數優化

混合水壓裂工藝需滿足以下要求：（1）能夠快速施工，順利轉層，滿足改造要求；（2）滿足大排量、大液量施工；（3）壓后井筒全通徑，滿足沖砂要求。通過對四種常用的水平井壓裂工藝進行對比分析，優選連續油管帶底封分段壓裂和可溶橋塞分段壓裂工藝作為混合水壓裂的主體工藝（見表2）。

通過前面對混合水壓裂支撐劑鋪置規律影響因素分析，對前置液比例、單段液量、平均砂比、液體體系等施工參數進行優化，形成適合該區域盒1 氣層的混合水壓裂工藝（見表3）。

表2 混合水壓裂工藝優選表

表3 混合水壓裂施工參數優化方案

4 現場應用情況

根據研究成果，結合現場實際，按此研究成果實施采用混合水體積分段壓裂水平井4 口（JPH-X01/JPHX02/JPH-X03/JPH-X04），全部見氣，且較鄰井氣產量有大幅提升（見表4）。

5 結論

（1）建立混合水壓裂數值模型對支撐劑鋪置規律影響因素分析，確定了壓裂液黏度、施工排量、泵注工藝對支撐劑鋪置規律影響。

（2）對施工參數等進行優化，形成杭錦旗錦58 井區盒1 儲層水平井混合水壓裂工藝技術，現場應用效果良好。

表4 2018 年錦58 井區盒1 層混合水壓裂實施效果統計表

（3）該技術能提高致密低滲氣藏水平井壓裂改造效果，為致密低滲氣藏持續經濟有效開發提供一種有效的技術途徑，具有推廣應用前景。