致密砂巖水力壓裂裂縫對壓裂液濾失特征

侯新宇 尹太舉 孫少川

摘 ? ? ?要： 為研究致密砂巖水力壓裂作用下裂縫對壓裂液的濾失特征，通過室內巖心物理實驗構建了壓裂模型，利用壓裂過程全景展示方式，全方位分析壓裂過程裂縫對壓裂液的濾失特征。研究表明：實驗早期4 min前，壓裂液的濾失對巖心滲透率傷害較大，滲透率降低幅度在70%～80%之間，當壓裂持續進行10 min后，巖心滲透率傷害降低幅度較小。出現這一過程的原因為裂縫內壓裂液濾餅的逐漸形成，濾餅形成過程巖心滲透率大幅降低，當實驗進行30 min后，濾餅基本形成并趨于穩定后，對巖心滲透率的影響效果減弱。實驗結果認為，裂縫內濾餅的出現對壓裂液的濾失產生了一定的影響，造成了壓裂液濾失系數出現兩段式的下降過程。

關 ?鍵 ?詞：壓裂液;致密砂巖;人工裂縫;濾失

中圖分類號：TQ 317 ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）08-1737-04

Abstract： ?In order to study the effect of fractures on filtration loss characteristics of fracturing fluid under tight sandstone hydraulic fracturing， a fracturing model was built through the indoor core physical experiment， and the filtration characteristics of fracturing fluid in the fracturing process were analyzed by the way of panoramic display of the fracturing process. The results showed that the damage of core permeability caused by the filtration of fracturing fluid before 4 min of the experiment was large， and the decrease range of core permeability was between 70% and 80%. After the fracturing continued for 10 min， the decrease range of core permeability damage was small. The reason for this process was the gradual formation of filter cake of fracturing fluid in the fracture. During the formation of filter cake， the core permeability was greatly reduced. After 30 min of experiment， the filter cake was basically formed and tended to be stable， and the effect on core permeability was weakened. The experimental results showed that the emergence of filter cake in the fracture had a certain impact on the filtration loss of the fracturing fluid， resulting in a two-stage decline process of the filtration coefficient of the fracturing fluid.

Key words： Fracturing fluid; Tight sandstone; Artificial fracture; Filtration

隨著非常規油氣勘探開發技術的發展，以壓裂酸化為手段的儲層改造工藝正廣泛運用于現場。而壓裂液作為壓裂施工過程中的主要工作介質，其質量、穩定性、配伍性都會影響最終壓裂效果，所以必須在材料優選、配液和泵送使用階段進行過程質量監控，確保壓裂成功[1]。

在水力壓裂過程中，進入油藏的壓裂液通常分為兩部分：一部分保留在裂縫中，這是一種有效的壓裂液，可以促進裂縫的擴展;其余大部分處于壓裂過程中隨著裂縫的擴散，無效的流體將從裂縫壁流失到儲層中。儲層中流失的壓裂液會影響壓裂施工效果并對儲層產生一定傷害，需要前期的設計與規避。首先，流體損失的量直接影響裂縫流體的效率和人工裂縫幾何形狀的大小。如果來自構造層中的裂縫流體的流體損失太大，則有效裂縫流體流速將降低，這將減小裂縫延伸長度和裂縫寬度，從而導致裂縫破裂程度和原始設計體積相比具有最小差異性。這導致使用液體裂縫的效率下降，不符合經濟和合理的選擇。其次，在壓裂過程中注入地層流體的損失直接影響壓裂過程人工裂縫的延伸。因此，研究裂縫流體形成過程中流體損失的類型和數量對于裂縫設計和后效預測非常重要[2-3]。裂縫長度太大的原因通常是由于從裂縫流體計算出的流體損失較低。第三，在壓裂過程中，由于壓裂液的損失，人工裂縫將在壓裂液中填充過多的石英砂，這通常會導致砂比增加，導致施工過程中的泵極高壓力，并在施工過程中被迫停止泵[4-5]。因此，有必要研究施工過程中和施工后裂縫流體的過濾損失。本文致力于更準確地描述過濾過程，以滿足現場將來的科學研究和建設需求。

1 ?區塊概況

進一步規范實驗數據，設定實驗所用巖芯尺寸為直徑2.53～2.51 cm，長度為3～3.2 cm，實驗用巖芯孔隙度為7.98%～8.34%。標定s100樣本巖芯為實驗對象，測定當前實驗環境溫度為24 ℃，選用之前配置好并放置1天后壓裂液載入實驗準備槽。加壓至實驗管匯兩端壓力至5.88 MPa，階段性升至7.85 MPa，再階段性加壓至9.85 MPa。在此為保護一手數據資料，故不做列表參數，僅做圖像分析（圖5、6）。

通過圖5、圖6綜合數據可以看出，數據結果同時表征了實驗在起初的時候會得到較大的壓裂液濾失響應，但是隨著時間的推移這種數據表征會變得緩慢而平穩。分析濾失量實驗數據可知，當實驗進行5 min時濾餅基本形成，但濾餅尚不穩定。隨著時間的持續，大致在實驗進行30 min后，濾餅形成與剝蝕速度趨于平衡后，濾餅總體上才開始保持穩定，這是壓裂液的濾失基本不再隨著時間變化而增長，濾失速率趨于一個穩定值。

壓裂液的濾失與壓裂液配比以及壓裂強度有關，也受到裂縫內濾餅的穩定和破壞的影響，且濾餅的性質（硬度、滲透率）也和壓裂過程息息相關。但是這種規律需要進一步的實驗進行驗證。但是當前的數據列可以充分證明，當實驗進行至5 min時，雖然濾餅以極快的速度進行堆積與形成，但是其強度和厚度無法達到時間閾內的穩定值，以至于時間角度下的變化速度和其他可測物理量無法達到平衡，更不能直接性進行規律描述。但是當時間進行至30 min后，這種不可變因素就會減小以至于壓裂液濾失量開始呈現穩定。但是真實現場情況下需要進一步的多維參數模擬，以至于還原不同期間下的真實變化。

進一步通過相關標準和一些經驗公式進行數據擬合計算，并運用計算機技術進行相關迭代分析，得出部分巖性滲透率比與時間圖譜，在此進行巖性實驗情況下的污染后影響性質描述，獲取相關滲透率多維數據。實驗表明：實驗初期的滲透率比值呈現大幅下降趨勢，通過數據列核算可以進一步得出這種下降在70%～80%之間。后續的實驗數據列（10 min標準時間）的滲透率比值成平穩變化，進一步驗證了上面數據得出的濾餅初始形成過程中的不穩定過程，通過滲透率減小可知這種穩定性變化與趨勢是不可控的。

綜上所述，壓裂施工過程是一項集動力學、流體力學、機械工程和地質學為一體的綜合性系統工程。如何進行致密砂巖水力壓裂作用下的壓裂液濾失特征描述與裂縫性能的分析是科研工作者和現場技術人員需要注意的。

4 ?結束語

致密砂巖水力壓裂需要進行前期的模擬和設計，在支撐劑可靠、壓裂液合規且成本最優的前提下開展相關工作。在現場施工過程中不能因為大規模攜砂而無限制進行壓裂液的使用。室內實驗也證明裂縫對濾失有著較大影響，其中實驗進行5 min時相關的濾失量可達到70%，同時會污染巖性。

參考文獻：

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