火山巖巖板長期導(dǎo)流能力試驗

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)進行壓裂優(yōu)化設(shè)計，不能反映真實的裂縫導(dǎo)流能力，導(dǎo)致預(yù)測的氣井產(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)進行壓裂優(yōu)化設(shè)計，不能反映真實的裂縫導(dǎo)流能力，導(dǎo)致預(yù)測的氣井產(chǎn)能差別較大。為了得到真實的長期導(dǎo)流能力，采用改進的壓裂支撐劑導(dǎo)流能力測試裝置對火山巖巖板進行了長期導(dǎo)流能力測試，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)流能力還沒有完全穩(wěn)定，導(dǎo)流能力的變化趨勢也不同于鋼板長期導(dǎo)流能力(而鋼板長期導(dǎo)流能力50h后的導(dǎo)流能力數(shù)值基本穩(wěn)定)。同時，對不同閉合壓力下的巖板長期導(dǎo)流能力和鋼板短期導(dǎo)流能力進行了對比，得出了兩者之間的關(guān)系。巖板長期導(dǎo)流能力提供了模擬儲層條件下的真實數(shù)據(jù)，也反映了裂縫的長期導(dǎo)流能力變化趨勢，對于準確認識火山巖氣藏的生產(chǎn)能力有著重要意義。
關(guān)鍵詞：火山巖；壓裂；長期導(dǎo)流能力；支撐劑；壓力；試驗
    深層火山巖埋藏深，儲層閉合壓力大，支撐劑在閉合壓力的長期作用下易破碎，導(dǎo)致導(dǎo)流能力明顯下降[1～2]。同時，由于火山巖巖性復(fù)雜，裂縫發(fā)育，巖石堅硬，楊氏模量高，對支撐劑是否嵌入火山巖儲層影響導(dǎo)流能力認識不清[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期裂縫導(dǎo)流能力一直困擾壓裂設(shè)計的一個難題[4]。準確的長期導(dǎo)流數(shù)值可以大大提高壓裂設(shè)計的準確性，但是室內(nèi)測試值往往為短期導(dǎo)流能力值，每個閉合壓力點只測試0.25h，這遠遠是不夠的，因為在這么短的時間內(nèi)，導(dǎo)流能力數(shù)值還沒有穩(wěn)定，還在變化，無法為壓裂設(shè)計提供精確的長期導(dǎo)流能力變化曲線[5]。長期導(dǎo)流能力采用10、20、30、40、50、60、70MPa共7個導(dǎo)流能力測試點，單點測試時間為50h。
1 火山巖巖板長期導(dǎo)流能力實驗裝置
    在20世紀80年代，壓裂支撐劑導(dǎo)流能力測試裝置已經(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)不僅用來評價支撐劑的性能，而且用于計算機程序壓裂設(shè)計的輸入?yún)?shù)。
    API支撐劑線性流短期導(dǎo)流能力測試裝置解決了測量介質(zhì)的達西流動，模擬的流動狀態(tài)比徑向流裝置更接近地層情況。采用先進的微壓差計，測試結(jié)果也更加準確。但是，該裝置使用不銹鋼鋼板模擬巖板，測試時間也比較短，溫度也僅限于室溫。隨著壓裂設(shè)計技術(shù)的不斷進步，壓裂設(shè)計對支撐劑導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)提出了更高的要求，支撐劑長期導(dǎo)流能力測試裝置測試結(jié)果可以滿足壓裂設(shè)計的需要[6]。
    支撐劑長期導(dǎo)流測試裝置是在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)所需要的時間，組裝時將2個以上的導(dǎo)流室疊加在一起。單個壓力點的測試時間達到50h，所獲得的支撐劑導(dǎo)流數(shù)據(jù)更接近地層實際情況。雖然支撐劑長期導(dǎo)流能力實驗還屬于非標準實驗，但已經(jīng)廣泛地被國際石油工程界接受，國際服務(wù)公司大都按支撐劑長期導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)進行壓裂設(shè)計或支撐劑驗收的依據(jù)[7]。
    實驗條件：測試樣品河南高密度陶粒支撐劑(中國有代表性的陶粒支撐劑)；支撐劑鋪置濃度為10kg/m2；測量方式為API線形流；測量介質(zhì)為二次蒸餾水，2%的鹽水；測試溫度為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；實驗點為45MPa、50h，10、20、30、40、50、60、70MPa共7個導(dǎo)流能力測試點，單點測試時間為50h；實驗方法參考美國STIM-LAB長期導(dǎo)流能力測試方法。
2 常規(guī)粒徑的火山巖巖板長期導(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)進行比較。短期導(dǎo)流每個閉合壓力點測試0.25h，長期導(dǎo)流每個閉合壓力點測試50h。
    長期導(dǎo)流能力的實驗條件均考慮了地層溫度、地層鹽水的影響，為了實際考察支撐劑嵌入地層的影響，使用了火山巖巖板。實驗連續(xù)運轉(zhuǎn)，實驗時間超過300h。
    從實驗后的巖板照片(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，這種影響并非來自縫寬的減少，而是源于被嵌入造成碎屑進入支撐劑縫，并且隨測量介質(zhì)的流動產(chǎn)生長期的運移和沉積而造成。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)流能力實驗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)流能力還沒有完全穩(wěn)定，說明導(dǎo)流能力還有進一步下降的趨勢(圖3)，導(dǎo)流能力的變化趨勢不同于鋼板長期導(dǎo)流能力，而鋼板長期導(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)。因此為了得到準確的長期導(dǎo)流能力巖板的長期導(dǎo)流能力實驗是必要的。以往的國內(nèi)壓裂設(shè)計在沒有長期導(dǎo)流能力實驗系統(tǒng)的情況下，有經(jīng)驗的壓裂設(shè)計人員經(jīng)常取短期值的1/3作為計算機程序設(shè)計軟件的輸入數(shù)據(jù)，以此來降低因?qū)Я髂芰Σ钪翟斐傻挠嬎憬Y(jié)果的誤差。
 

    在閉合壓力50～60MPa時，火山巖巖板長期導(dǎo)流能力和鋼板短期導(dǎo)流能力的比值較小(圖4)，說明支撐劑的嵌入和破碎對支撐劑導(dǎo)流能力影響較大，因此要獲得接近地層實際情況的支撐劑導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)進行壓裂設(shè)計，而不能再依賴經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論和建議
    1) 短期導(dǎo)流能力及鋼板長期導(dǎo)流能力可以用于比較支撐劑性能的優(yōu)劣，但其實驗數(shù)據(jù)用于優(yōu)化設(shè)計，導(dǎo)致優(yōu)化設(shè)計結(jié)果出現(xiàn)誤差，建議壓裂優(yōu)化設(shè)計要采用火山巖的長期導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)。
2) 支撐劑在高閉合應(yīng)力的長期作用下會產(chǎn)生嵌入現(xiàn)象和破碎，導(dǎo)致裂縫的長期導(dǎo)流能力下降，因此應(yīng)根據(jù)不同儲層深度優(yōu)選合適的高強度支撐劑。
3) 火山巖巖板長期導(dǎo)流能力提供了模擬儲層條件的真實的數(shù)據(jù)，反映了裂縫的長期導(dǎo)流能力變化趨勢，有較高的參考價值。
參考文獻
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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.中國石油大學(xué)(北京)；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院)