混合水壓裂支撐劑鋪置規(guī)律模擬研究

陳 鵬

（中國(guó)石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006）

水力壓裂的目標(biāo)是形成高導(dǎo)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(guī)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(guī)律，可以對(duì)施工排量和砂比等施工參數(shù)優(yōu)化，選擇合適的壓裂液和支撐劑體系。目前，對(duì)支撐劑在裂縫中的鋪置規(guī)律研究還不夠深刻，通過(guò)對(duì)支撐劑鋪置規(guī)律的研究，優(yōu)化施工參數(shù)，提高壓裂效果[4，5]。

根據(jù)杭錦旗錦58 井區(qū)盒1 儲(chǔ)層混合水地質(zhì)特征，建立盒1 儲(chǔ)層壓裂模型，通過(guò)模擬不同壓裂液黏度、施工排量、泵注工藝對(duì)支撐劑在裂縫中鋪置規(guī)律的影響。

1 混合水壓裂模擬模型

為了分析主縫導(dǎo)流能力對(duì)儲(chǔ)層壓后產(chǎn)能的影響，采用等效滲流理論進(jìn)行分析，模型假設(shè)：（1）用Warren-Root 模型表征雙重介質(zhì)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(tǒng)等效為基質(zhì)和微裂縫兩個(gè)滲流系統(tǒng)；（3）假設(shè)滲流均符合達(dá)西定律。

根據(jù)分析可以看出，主縫平均壓力對(duì)產(chǎn)能影響較大，提高主縫滲透率（導(dǎo)流能力），可降低縫內(nèi)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(nèi)平均壓力與地層原始?jí)毫Σ钪翟酱螅a(chǎn)量越高。同時(shí)還可以看出，微裂縫體積、微裂縫滲透率對(duì)產(chǎn)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(fù)雜程度是提高產(chǎn)量的有效方法。

根據(jù)杭錦旗錦58 井區(qū)盒1 儲(chǔ)層工程地質(zhì)（見(jiàn)表1）及儲(chǔ)隔層結(jié)構(gòu)特征（見(jiàn)圖1）建立杭錦旗錦58 井區(qū)盒1 儲(chǔ)層混合水壓裂模擬模型。

表1 錦58 井區(qū)盒1 儲(chǔ)層壓裂模型物性參數(shù)

圖1 錦58 井區(qū)盒1 儲(chǔ)層壓裂模擬模型

通過(guò)裂縫延伸模擬試驗(yàn)，分析壓裂液黏度、施工排量、泵注工藝等因素對(duì)支撐劑鋪置規(guī)律的影響。

2 支撐劑鋪置規(guī)律影響因素分析

2.1 壓裂液黏度的影響

通過(guò)采用常規(guī)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(guī)律進(jìn)行分析，分析結(jié)果（見(jiàn)圖2 和圖3）。

圖2 常規(guī)壓裂方式下不同黏度壓裂液支撐劑鋪置規(guī)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(guī)律

常規(guī)壓裂時(shí)，隨壓裂液黏度增加，裂縫縫長(zhǎng)大幅增加；壓裂液低黏度時(shí)支撐劑下沉嚴(yán)重，隨壓裂液黏度增加，支撐劑鋪置更加均勻。

混合水壓裂時(shí)，由于前置液黏度低，縫長(zhǎng)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(nèi)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(duì)支撐劑鋪置規(guī)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(zhǎng)大幅提高，施工排量對(duì)縫長(zhǎng)的影響遠(yuǎn)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(duì)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(guò)采用正向混合水壓裂和反向混合水壓裂在不同排量下對(duì)支撐劑鋪置規(guī)律的影響。低黏液造縫（10 mPa·s）、高黏液攜砂（100 mPa·s），連續(xù)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(zhǎng)隨著排量增加而不斷增加。

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

總體來(lái)看，大排量、高黏度攜砂液，支撐劑鋪置越均勻，縫長(zhǎng)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(shù)優(yōu)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(zhuǎn)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(guò)對(duì)四種常用的水平井壓裂工藝進(jìn)行對(duì)比分析，優(yōu)選連續(xù)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(jiàn)表2）。

通過(guò)前面對(duì)混合水壓裂支撐劑鋪置規(guī)律影響因素分析，對(duì)前置液比例、單段液量、平均砂比、液體體系等施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，形成適合該區(qū)域盒1 氣層的混合水壓裂工藝（見(jiàn)表3）。

表2 混合水壓裂工藝優(yōu)選表

表3 混合水壓裂施工參數(shù)優(yōu)化方案

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

根據(jù)研究成果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，按此研究成果實(shí)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(jiàn)氣，且較鄰井氣產(chǎn)量有大幅提升（見(jiàn)表4）。

5 結(jié)論

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

（2）對(duì)施工參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，形成杭錦旗錦58 井區(qū)盒1 儲(chǔ)層水平井混合水壓裂工藝技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

表4 2018 年錦58 井區(qū)盒1 層混合水壓裂實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)表

（3）該技術(shù)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(xù)經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)提供一種有效的技術(shù)途徑，具有推廣應(yīng)用前景。