支撐裂縫導流能力評價及影響因素實驗研究

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流能力，不同的支撐裂縫具有不同的導流能力。通過API導流室和裂縫巖心實驗，研究了閉合壓力、不同流體以及支撐劑類型及粒徑對主要裂縫和次要裂縫導流能力的影響。結果表明，主要裂縫具有較好的導流能力，是主要的油水流動通道;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，支撐裂縫的導流能力越差;閉合壓力是影響主要裂縫導流能力的主要因素，且相同條件下導流能力陶粒最好，石英砂次之，覆膜石英砂導流能力最差;次要裂縫的導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。

關鍵詞：支撐裂縫;導流能力;滲流通道;閉合壓力;粘度

引言

鄂爾多斯盆地三疊系延長組廣泛發育低滲透—超低滲透—致密砂巖儲層，其具有物性差、孔喉結構復雜和非均質性強的特點[1]。使得該類儲層的開發往往需要壓裂技術對儲層進行改造，因此，大量研究學者對支撐劑性能、壓裂工作液及壓裂參數對支撐裂縫導流能力進行評價。

1 實驗部分

1.1實驗材料及條件

實驗所用陶粒、石英砂和覆膜石英砂均為延長油田礦場目前所用支撐劑，粒徑為20/40和40/70目兩種規格。實驗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。實驗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。

實驗所用巖心均取自延長油田低孔、低滲砂巖巖心，以保證劈開裂縫為巖心滲流通道;取心長度4.5 cm～5.0 cm，直徑2.5 cm左右，經洗油烘干后用巖心切割機造縫，造縫前氣測滲透率小于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實驗方法

API導流室實驗方法：依據SY/T 5108-2006《壓裂支撐劑性能指標及測試推薦作法》，鋪砂濃度5 kg/m2，設置閉合壓力為10MPa、20 MPa、30 MPa、40 MPa、50 MPa和60 MPa下，在一定閉合壓力、驅替流量維持2mL/min恒速模式穩定后進行導流能力實驗評價，再改變閉合壓力重復試驗。壓裂酸化裂縫導流能力測試分析系統使用API標準導流室，按照API的程序操作，支撐劑滲透率及導流能力計算公式可表達為下面形式。

支撐劑裂縫滲透率：

支撐劑充填層導流能力：

式中：Wf充填裂縫縫寬， cm;Q為裂縫內流量，cm3/s;μ為流體粘度，mPa·s;L為測試段長度，cm;A為支撐裂縫截面積，cm2;Δp為測試段兩端的壓力差，KPa。

人造裂縫巖心實驗方法：依據SY/T5345-2007《巖石中兩相流體相對滲透率測定方法》，設置圍壓為3MPa、5MPa、7MPa、9MPa、11MPa、13MPa和15MPa條件下，恒壓驅替巖心穩定一段時間后測試其滲透率，并根據滲透率與裂縫寬度的關系（公式1-3）[12]，得到裂縫巖心導流能力（公式1-4）。

巖心裂縫寬度和液測滲透率的關系：

裂縫巖心導流能力：

2 實驗結果及分析

2.1閉合壓力對導流能力的影響

選擇40/70目粒徑的陶粒，設置不同閉合壓力，進行API導流室和造縫巖心的導流能力測試實驗，所測主要裂縫和次要裂縫的導流能力實驗結果見圖1和圖2。

由圖1可知，支撐裂縫的導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較低時，支撐裂縫導流能力下降明顯。但隨著閉合壓力增大到一定程度時，裂縫導流能力值變化趨于平緩。因為前期增大閉合壓力時，由于超過支撐劑顆粒的抗壓強度后，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，同時裂縫孔隙不斷被支撐劑碎屑充填，阻礙液體滲流，從而導致裂縫導流能力急劇下降。在后期較高閉合壓力時，支撐劑主要處于被壓實狀態，破碎后的顆粒孔隙度低，此時滲透率較低，但導流能力變化不再明顯。導流能力從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，次要裂縫導流能力隨閉合壓力的逐漸增加也不斷降低，基本呈現線性下降趨勢。3MPa條件下的導流能力為69.2×10-3μm2·cm，在15MPa圍壓下的導流能力下降到了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。同時可以看出，次要裂縫的導流能力要遠小于主要裂縫，相差103倍以上，說明壓裂過程中近井地帶的支撐裂縫是主要的油水流動區域;次要裂縫主要位于壓裂遠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，但其滲流能力要遠大于基質儲層，是次要的油水滲流通道。

2.2不同流體對導流能力的影響

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行導流能力評價，實驗結果見表1。實驗結果可知，四種不同粘度的流體驅替對陶粒的導流能力具有較大的影響，其流體的粘度越大，支撐裂縫的導流能力越差;從主要裂縫和次要裂縫的來看，用蒸餾水驅替下的導流能力最大，主要裂縫的導流能力為132.6μm2·cm，次要裂縫導流能力為33.6×10-3μm2·cm，活性水驅替條件下的導流能力有所下降，但是下降幅度不大;當驅替流體為粘度3.67mPa·s的破膠液時，主要裂縫的導流能力下降到了110.8μm2·cm，相對蒸餾水下降了16.4%;次要裂縫導流能力下降到18.8×10-3μm2·cm，導流能力下降了44.0%;當粘度為7.42mPa·s的滑溜水時，主要裂縫的導流能力下降了32.7%，次要裂縫下降了75.0%。并且，從不同粘度流體驅替下支撐裂縫的導流能力下降幅度看出，相對主要裂縫而言，次要裂縫的導流能力受到流體粘度的影響更大，流體粘度越大，次要裂縫的導流能力受到的損害程度越高，說明次要裂縫的導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導流能力的影響

選擇延長油田目前礦場所用的陶粒、石英砂和覆膜石英砂及2種粒徑規格，主要裂縫在40MPa條件下、次要裂縫在圍壓11MPa的條件下進行蒸餾水驅替，并且進行一組次要裂縫不充填支撐劑時候的導流能力，其導流能力評價實驗結果見表3。實驗結果可見，三種礦場所用支撐劑類型和粒徑大小均對支撐裂縫的導流能力有一定的影響。三種支撐劑在主要和次要裂縫的導流能力可以看出，鋪置20/40目下陶粒的導流能力最好，其次為石英砂，覆膜石英砂的導流能力相對最差。并且，對于主要裂縫的導流能力，三類支撐劑的粒徑為20/40目的導流能力要大于40/70目，說明支撐劑的粒徑越小，導流能力越小，且對主要裂縫的導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流能力類似于主要裂縫，粒徑越大其導流能力越大，但是導流能力基本大于30×10-3μm2·cm，但是當不充填支撐劑時，次要裂縫在圍壓11MPa條件下的導流能力為12.9×10-7μm2*cm，說明在壓裂前端和部分天然裂縫中，當裂縫中充填支撐劑時，其裂縫在一定壓力條件下相對較難閉合，具有一定的導流能力;當裂縫沒有充填支撐劑時，次要裂縫的導流能力下降明顯，容易在一定壓力條件下閉合。

4 結論

（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流能力，形成的裂縫寬度較大，是主要的油水流動通道;次要裂縫相對導流能力較差，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流能力會受到閉合壓力、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，驅替流體粘度越大，支撐劑粒徑越小，其導流能力越差。

主要裂縫的導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流能力的主要因素，且相同條件下導流能力陶粒最好，石英砂次之，覆膜石英砂導流能力最差;次要裂縫在圍壓較小條件下導流能力易受到損害，粘度最大的滑溜水的導流能力最小;次要裂縫受到支撐劑類型和粒徑的影響較小，但若無支撐劑充填裂縫時，其裂縫導流能力下降極大，基本失去滲流能力。

參考文獻：

[1]姚涇利，鄧秀芹，趙彥德，等.鄂爾多斯盆地延長組致密油特征[J]. 石油勘探與開發，2013，40（2）：150-158.