火山巖巖板長期導流能力試驗

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流能力，以往采用短期導流能力室內數據進行壓裂優化設計，不能反映真實的裂縫導流能力，導致預測的氣井產能差別較
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流能力，以往采用短期導流能力室內數據進行壓裂優化設計，不能反映真實的裂縫導流能力，導致預測的氣井產能差別較大。為了得到真實的長期導流能力，采用改進的壓裂支撐劑導流能力測試裝置對火山巖巖板進行了長期導流能力測試，發現支撐劑在火山巖巖板上有明顯的嵌入，造成導流能力明顯下降，并且50h后導流能力還沒有完全穩定，導流能力的變化趨勢也不同于鋼板長期導流能力(而鋼板長期導流能力50h后的導流能力數值基本穩定)。同時，對不同閉合壓力下的巖板長期導流能力和鋼板短期導流能力進行了對比，得出了兩者之間的關系。巖板長期導流能力提供了模擬儲層條件下的真實數據，也反映了裂縫的長期導流能力變化趨勢，對于準確認識火山巖氣藏的生產能力有著重要意義。
關鍵詞：火山巖；壓裂；長期導流能力；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，導致導流能力明顯下降[1～2]。同時，由于火山巖巖性復雜，裂縫發育，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流能力認識不清[3]。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流能力，因此壓裂支撐劑室內導流能力數據一直是壓裂設計人員最為關心的數據之一。如何獲得接近地層條件下的支撐劑長期裂縫導流能力一直困擾壓裂設計的一個難題[4]。準確的長期導流數值可以大大提高壓裂設計的準確性，但是室內測試值往往為短期導流能力值，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，導流能力數值還沒有穩定，還在變化，無法為壓裂設計提供精確的長期導流能力變化曲線[5]。長期導流能力采用10、20、30、40、50、60、70MPa共7個導流能力測試點，單點測試時間為50h。
1 火山巖巖板長期導流能力實驗裝置
    在20世紀80年代，壓裂支撐劑導流能力測試裝置已經基本統一，API RP61中推薦的線性流支撐劑短期導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流能力數據不僅用來評價支撐劑的性能，而且用于計算機程序壓裂設計的輸入參數。
    API支撐劑線性流短期導流能力測試裝置解決了測量介質的達西流動，模擬的流動狀態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。隨著壓裂設計技術的不斷進步，壓裂設計對支撐劑導流能力數據提出了更高的要求，支撐劑長期導流能力測試裝置測試結果可以滿足壓裂設計的需要[6]。
    支撐劑長期導流測試裝置是在API線形導流裝置的基礎上改造而成，減少了為獲得平行數據所需要的時間，組裝時將2個以上的導流室疊加在一起。單個壓力點的測試時間達到50h，所獲得的支撐劑導流數據更接近地層實際情況。雖然支撐劑長期導流能力實驗還屬于非標準實驗，但已經廣泛地被國際石油工程界接受，國際服務公司大都按支撐劑長期導流能力數據進行壓裂設計或支撐劑驗收的依據[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長期導流能力測試方法。
2 常規粒徑的火山巖巖板長期導流能力
    選擇的支撐劑鋪置濃度為10kg/m2，所獲得的數據可與數據進行比較。短期導流每個閉合壓力點測試0.25h，長期導流每個閉合壓力點測試50h。
    長期導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。實驗連續運轉，實驗時間超過300h。
    從實驗后的巖板照片(圖1、2)并結合導流曲線分析，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，并且隨測量介質的流動產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后導流能力還沒有完全穩定，說明導流能力還有進一步下降的趨勢(圖3)，導流能力的變化趨勢不同于鋼板長期導流能力，而鋼板長期導流能力50h后的導流能力數值基本穩定。
 

    在閉合壓力一定的情況下，火山巖巖板長期導流能力比鋼板短期導流能力低28.66～49.86ftm2·cm，火山巖巖板長期導流能力和鋼板短期導流能力之比值為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流能力巖板的長期導流能力實驗是必要的。以往的國內壓裂設計在沒有長期導流能力實驗系統的情況下，有經驗的壓裂設計人員經常取短期值的1/3作為計算機程序設計軟件的輸入數據，以此來降低因導流能力差值造成的計算結果的誤差。
 

    在閉合壓力50～60MPa時，火山巖巖板長期導流能力和鋼板短期導流能力的比值較小(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流能力數據進行壓裂設計，而不能再依賴經驗數據。

3 結論和建議
    1) 短期導流能力及鋼板長期導流能力可以用于比較支撐劑性能的優劣，但其實驗數據用于優化設計，導致優化設計結果出現誤差，建議壓裂優化設計要采用火山巖的長期導流能力數據。
2) 支撐劑在高閉合應力的長期作用下會產生嵌入現象和破碎，導致裂縫的長期導流能力下降，因此應根據不同儲層深度優選合適的高強度支撐劑。
3) 火山巖巖板長期導流能力提供了模擬儲層條件的真實的數據，反映了裂縫的長期導流能力變化趨勢，有較高的參考價值。
參考文獻
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[4] 盧聰，郭建春，王文耀，等.支撐劑嵌入及對裂縫導流能力損害的實驗[J].天然氣工業，2008，28(2)：99-101.
[5] 王雷，張士誠，張文宗，等.復合壓裂不同粒徑支撐劑組合長期導流能力實驗研究[J].天然氣工業，2005，25(9)：64-66.
[6] 張毅，周志齊.壓裂用陶粒支撐劑短期導流能力試驗研究[J].西安石油學院學報，2000，15(5)：39-41.
[7] 溫慶志，張士誠，李林地，等.低滲透油藏支撐裂縫長期導流能力實驗研究[J].油氣地質與采收率，2006，13(2)：97-99.
 
(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(北京)；2.中國石油勘探開發研究院廊坊分院)