压裂液损害储层的因素分析与研究:水力压裂后储层油气的流动是径向流

来源:人文社科 发布时间:2019-03-15 05:44:44 点击:

  摘要:以储层损害特征为依据,通过机理分析方法、实验方法、数据分析方法等方法,研究压裂液对储层损害原因、损害类型、损害程度等,从而推出主要的储层损害因素,并提出一些改造措施和相关建议。另外,从机理入手,提出一套比较完整的低损害压裂液工艺,并提出保护储层的压裂液改造方法及其建议。
  关键词:储层损害;损害机理;压裂液
  
  1.压裂液对储层损害的机理分析
  1.1压裂过程中引起储层中粘土矿物的膨胀和颗粒运移
  储层中的粘土矿物含量平均约为10%,虽然比例并不是很大,但它的化学性质极其活跃,往往在储层打开后就会与外来流体发生各种物理或化学反应。造成润失反转,孔隙结构改变,渗透率降低等等一系列损害。所以说,粘土矿物是造成储层损害的主要因素之一。
  就以粘土矿物的水化膨胀为例,利用不镀膜,水化冷冻后制样方法,对含蒙脱石砂岩进行水化前后对比,水化后比水化前孔隙缩小约25%,可见其对储层的损害程度具有很大的影响。
  1.2压裂液滤饼对储层造成的损害
  滤饼和裂缝中残渣将损害到裂缝渗透率,减小导流能力,目前国内外大量使用水基压裂液,其中的成胶剂多数是天然植物粉剂,都有一定数量的残渣,这种残渣一是来自胶粉剂中水不溶物,二是破胶不完全所致。冻胶压裂液在裂缝壁上,由于滤失的作用而形成滤饼,在此处聚集了大量的残渣。滤饼和残渣影响流体的通过,导致导流能力受到不同程度的损害。滤饼的存在也将减小裂缝的有效宽度。由于紧靠缝壁的那一层支撑剂基本上被滤饼粘在一起,相邻的那一层支撑剂相对自由,比较松散。因此,导流能力和渗透率下降的机理是由于滤饼沉积在井壁上而减小了支撑裂缝的有效宽度。
  为了减少滤饼及压裂液残渣带来的损害,提高支撑剂的缝内浓度是一个有效的途径。由于裂缝的导流能力是缝宽与渗透率的体积,所以在设计及施工中无论提高缝宽或渗透率都可使导流能力增加。提高缝内砂浓度,必然会加大闭合后的缝宽,也就增加了填砂裂缝的导流能力。
  在滤饼存在的情况下,对储层孔隙喉道起着严重的封堵作用,阻碍了流体的径向流动,使地层的平均损害率达到了27.48%;而刮掉滤饼后,平均损害率仅为3.91%。因此,压裂液滤饼对地层造成严重损害的同时,又具有降低滤失,阻碍滤失液侵入储层深部,起到减小地层损害程度的作用。
  1.3支撑剂嵌入和返排对储层造成的损害
  支撑剂在裂缝中要受到挤压,当支撑砂子硬度小于岩石硬度时,砂子将嵌入到岩石中。支撑剂对岩石的嵌入而造成有效缝宽的损失,影响了支撑剂的导流能力,从而降低了裂缝的渗透率。
  支撑剂嵌入产生的碎屑必然会影响裂缝的导流能力。国外实验研究的定量认识表明:由于嵌入引起的地层碎屑使裂缝充填层的导流能力明显受到损害。在13.79MPa闭合应力下,只要5%的地层碎屑就可以使损害区域的导流能力降低到只要初始导流能力的45%,20%的碎屑将使导流能力降低到只有27%;在34.48MPa闭合应力下,10%地层碎屑将使嵌入区域中的充填导流能力降低到只有13.79MPa下原始充填导流能力的18%。
  在压后的压裂液返排以及采油生产过程中,容易出现支撑剂返排现象。特别是在一些闭合压力不高,结构较疏松的地层。当支撑剂流回到井眼时,裂缝宽度减小,导致充填层的导流能力总体降低,也严重影响到压裂作业处理效果。
  1.4压裂液与原油乳化对储层造成的损害
  在压裂作业中,常常会用到水基压裂液,与储层原油两相互不相溶,原油中有天然的乳化剂,如胶质、沥青和蜡等,胶质和沥青是具有乳化性能的活性物质。压裂时压裂液的流动具有搅拌作用,当油水在储层孔隙中流动时就会形成油水乳化液。乳化液粘度比地下原油粘度高3.2~3.5倍,使渗流阻力大大增加。为防止乳化形成,可采用适当的表面活性剂加入压裂液中。
  1.5压裂液工艺改造措施
  综合以上的损害机理分析,一般地,提出一种低损害压裂液改造工艺为:
  (1) 选择无残渣或者低残渣的压裂液,尽量减少固相微粒对储层的损害,防止孔隙喉道堵塞;
  (2) 压裂液具有良好的流变性和适当的粘度。压裂作业后才可能迅速返排;
  (3) 压裂液具有良好的流变性和适当的粘度。压裂作业后才可能迅速返排;
  2.室内评价
  设计压裂液滤液对岩心基质渗透率损害率实验,就损害程度进行具体分析,结果见表2-1.
  每隔60s测一次流量,清水流动稳定后的流量为0.105mL/s,则岩心挤入压裂液清液前的岩心渗透率K1为44.5mD。
  为测量岩心挤入压裂液清液后的岩心渗透率K2,测量清水流量,结果见表2-2.
  每隔60s测一次流量,清水流量稳定后其流量为0.107mL/s,则岩心挤入压裂液清液后的岩心渗透率为22.7mD。岩心渗透率损害率为48.99%。
  对此岩心,在注入压裂液的过程中,岩心渗透率迅速下降,从最初的44.5mD降低到22.7mD,压裂液对岩心的损害率达48.99%。由此可知,压裂液对地层渗透率的影响较大。
  3结果分析
  本文针对储层改造中效果不理想的问题,在压裂液对储层敏感性损害方面进行了室内实验,并结合油藏实例进行研究分析,取得了很多有益的认识。
  (1) 造成储层损害的主要因素有粘土膨胀和微粒运移,以及压裂液破胶后的残渣损害。压裂改造过程中的储层损害还应包含压裂液中支撑剂的选择、施工作业后残液的返排问题和添加剂的选择等等,加大对影响因素的研究范围,将会有助于提高增产效果;
  (2) 压裂液进入地层后是通过物理或化学作用引起地层渗透率下降的。一是压裂液滤液引起的地层粘土膨胀分散和运移来堵塞孔道;二是压裂液破胶水化后产生的残留固相颗粒,对地层喉道和支撑裂缝造成堵塞。压裂液进入储集层后破坏了原有的平衡条件,使油气水的相对渗透率发生变化;
   (3) 对于不同的储层,其损害影响因素也各不相同。可依据不同的储层特性,根据压裂液的性能,分析和选择相应的低损害压裂液工艺改造措施。
  
  参考文献:
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  作者简介:
  赵飞,女,1983年10月出生, 工作单位:黑龙江省大庆油田第一采油厂作业大队工艺队。
   注:“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”

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