火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力試驗(yàn)

摘 要

摘要：火山巖氣藏的壓后效果和壓裂有效期取決于壓裂支撐劑的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力，以往采用短期導(dǎo)流能力室內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)，不能反映真實(shí)的裂縫導(dǎo)流能力，導(dǎo)致預(yù)測(cè)的氣井產(chǎn)能差別較
摘要：火山巖氣藏的壓后效果和壓裂有效期取決于壓裂支撐劑的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力，以往采用短期導(dǎo)流能力室內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)，不能反映真實(shí)的裂縫導(dǎo)流能力，導(dǎo)致預(yù)測(cè)的氣井產(chǎn)能差別較大。為了得到真實(shí)的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力，采用改進(jìn)的壓裂支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試裝置對(duì)火山巖巖板進(jìn)行了長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試，發(fā)現(xiàn)支撐劑在火山巖巖板上有明顯的嵌入，造成導(dǎo)流能力明顯下降，并且50h后導(dǎo)流能力還沒(méi)有完全穩(wěn)定，導(dǎo)流能力的變化趨勢(shì)也不同于鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力(而鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力50h后的導(dǎo)流能力數(shù)值基本穩(wěn)定)。同時(shí)，對(duì)不同閉合壓力下的巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力和鋼板短期導(dǎo)流能力進(jìn)行了對(duì)比，得出了兩者之間的關(guān)系。巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力提供了模擬儲(chǔ)層條件下的真實(shí)數(shù)據(jù)，也反映了裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力變化趨勢(shì)，對(duì)于準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)火山巖氣藏的生產(chǎn)能力有著重要意義。
關(guān)鍵詞：火山巖；壓裂；長(zhǎng)期導(dǎo)流能力；支撐劑；壓力；試驗(yàn)
    深層火山巖埋藏深，儲(chǔ)層閉合壓力大，支撐劑在閉合壓力的長(zhǎng)期作用下易破碎，導(dǎo)致導(dǎo)流能力明顯下降[1～2]。同時(shí)，由于火山巖巖性復(fù)雜，裂縫發(fā)育，巖石堅(jiān)硬，楊氏模量高，對(duì)支撐劑是否嵌入火山巖儲(chǔ)層影響導(dǎo)流能力認(rèn)識(shí)不清[3]?；鹕綆r氣藏的壓后效果和壓裂有效期取決于壓裂支撐劑的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力，因此壓裂支撐劑室內(nèi)導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)一直是壓裂設(shè)計(jì)人員最為關(guān)心的數(shù)據(jù)之一。如何獲得接近地層條件下的支撐劑長(zhǎng)期裂縫導(dǎo)流能力一直困擾壓裂設(shè)計(jì)的一個(gè)難題[4]。準(zhǔn)確的長(zhǎng)期導(dǎo)流數(shù)值可以大大提高壓裂設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，但是室內(nèi)測(cè)試值往往為短期導(dǎo)流能力值，每個(gè)閉合壓力點(diǎn)只測(cè)試0.25h，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)是不夠的，因?yàn)樵谶@么短的時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)流能力數(shù)值還沒(méi)有穩(wěn)定，還在變化，無(wú)法為壓裂設(shè)計(jì)提供精確的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力變化曲線[5]。長(zhǎng)期導(dǎo)流能力采用10、20、30、40、50、60、70MPa共7個(gè)導(dǎo)流能力測(cè)試點(diǎn)，單點(diǎn)測(cè)試時(shí)間為50h。
1 火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)裝置
    在20世紀(jì)80年代，壓裂支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試裝置已經(jīng)基本統(tǒng)一，API RP61中推薦的線性流支撐劑短期導(dǎo)流能力測(cè)試裝置被廣泛采用。使用API線性流裝置獲得的短期導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)不僅用來(lái)評(píng)價(jià)支撐劑的性能，而且用于計(jì)算機(jī)程序壓裂設(shè)計(jì)的輸入?yún)?shù)。
    API支撐劑線性流短期導(dǎo)流能力測(cè)試裝置解決了測(cè)量介質(zhì)的達(dá)西流動(dòng)，模擬的流動(dòng)狀態(tài)比徑向流裝置更接近地層情況。采用先進(jìn)的微壓差計(jì)，測(cè)試結(jié)果也更加準(zhǔn)確。但是，該裝置使用不銹鋼鋼板模擬巖板，測(cè)試時(shí)間也比較短，溫度也僅限于室溫。隨著壓裂設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步，壓裂設(shè)計(jì)對(duì)支撐劑導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)提出了更高的要求，支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試裝置測(cè)試結(jié)果可以滿(mǎn)足壓裂設(shè)計(jì)的需要[6]。
    支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流測(cè)試裝置是在API線形導(dǎo)流裝置的基礎(chǔ)上改造而成，減少了為獲得平行數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間，組裝時(shí)將2個(gè)以上的導(dǎo)流室疊加在一起。單個(gè)壓力點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間達(dá)到50h，所獲得的支撐劑導(dǎo)流數(shù)據(jù)更接近地層實(shí)際情況。雖然支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)還屬于非標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，但已經(jīng)廣泛地被國(guó)際石油工程界接受，國(guó)際服務(wù)公司大都按支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)或支撐劑驗(yàn)收的依據(jù)[7]。
    實(shí)驗(yàn)條件：測(cè)試樣品河南高密度陶粒支撐劑(中國(guó)有代表性的陶粒支撐劑)；支撐劑鋪置濃度為10kg/m2；測(cè)量方式為API線形流；測(cè)量介質(zhì)為二次蒸餾水，2%的鹽水；測(cè)試溫度為24℃(室溫)、80℃；流體流量為6mL/min、2mL/min；使用4Cr13不銹鋼片，火山巖巖板；實(shí)驗(yàn)點(diǎn)為45MPa、50h，10、20、30、40、50、60、70MPa共7個(gè)導(dǎo)流能力測(cè)試點(diǎn)，單點(diǎn)測(cè)試時(shí)間為50h；實(shí)驗(yàn)方法參考美國(guó)STIM-LAB長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試方法。
2 常規(guī)粒徑的火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力
    選擇的支撐劑鋪置濃度為10kg/m2，所獲得的數(shù)據(jù)可與數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。短期導(dǎo)流每個(gè)閉合壓力點(diǎn)測(cè)試0.25h，長(zhǎng)期導(dǎo)流每個(gè)閉合壓力點(diǎn)測(cè)試50h。
    長(zhǎng)期導(dǎo)流能力的實(shí)驗(yàn)條件均考慮了地層溫度、地層鹽水的影響，為了實(shí)際考察支撐劑嵌入地層的影響，使用了火山巖巖板。實(shí)驗(yàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間超過(guò)300h。
    從實(shí)驗(yàn)后的巖板照片(圖1、2)并結(jié)合導(dǎo)流曲線分析，嵌入的印記清楚，影響十分明顯，這種影響并非來(lái)自縫寬的減少，而是源于被嵌入造成碎屑進(jìn)入支撐劑縫，并且隨測(cè)量介質(zhì)的流動(dòng)產(chǎn)生長(zhǎng)期的運(yùn)移和沉積而造成。隨著閉合壓力的增加，這種影響變得更加明顯。因此，在支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)中使用巖板模擬地層條件十分必要。
    閉合壓力一定的情況下，50h后導(dǎo)流能力還沒(méi)有完全穩(wěn)定，說(shuō)明導(dǎo)流能力還有進(jìn)一步下降的趨勢(shì)(圖3)，導(dǎo)流能力的變化趨勢(shì)不同于鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力，而鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力50h后的導(dǎo)流能力數(shù)值基本穩(wěn)定。
 

    在閉合壓力一定的情況下，火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力比鋼板短期導(dǎo)流能力低28.66～49.86ftm2·cm，火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力和鋼板短期導(dǎo)流能力之比值為0.62～0.85。不同閉合壓力下的兩者的比值也不一樣(表1)。因此為了得到準(zhǔn)確的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力巖板的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)是必要的。以往的國(guó)內(nèi)壓裂設(shè)計(jì)在沒(méi)有長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的情況下，有經(jīng)驗(yàn)的壓裂設(shè)計(jì)人員經(jīng)常取短期值的1/3作為計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)軟件的輸入數(shù)據(jù)，以此來(lái)降低因?qū)Я髂芰Σ钪翟斐傻挠?jì)算結(jié)果的誤差。
 

    在閉合壓力50～60MPa時(shí)，火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力和鋼板短期導(dǎo)流能力的比值較小(圖4)，說(shuō)明支撐劑的嵌入和破碎對(duì)支撐劑導(dǎo)流能力影響較大，因此要獲得接近地層實(shí)際情況的支撐劑導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)，而不能再依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論和建議
    1) 短期導(dǎo)流能力及鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力可以用于比較支撐劑性能的優(yōu)劣，但其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于優(yōu)化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果出現(xiàn)誤差，建議壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)要采用火山巖的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)。
2) 支撐劑在高閉合應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下會(huì)產(chǎn)生嵌入現(xiàn)象和破碎，導(dǎo)致裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力下降，因此應(yīng)根據(jù)不同儲(chǔ)層深度優(yōu)選合適的高強(qiáng)度支撐劑。
3) 火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力提供了模擬儲(chǔ)層條件的真實(shí)的數(shù)據(jù)，反映了裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力變化趨勢(shì)，有較高的參考價(jià)值。
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(本文作者：楊振周1，2 陳勉1 胥云2 蒙傳幼2 許志赫2 1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院)