压裂液滤失对测试产能的影响研究

王杏尊

(中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津塘沽 300450)

对于低渗油气藏，必须结合储层改造等手段才能突破经济开发的门槛[1]。压裂时由于压裂液滤失导致的水锁伤害、滤失带启动压力增加、返排压差等对压裂液的返排效率有着较大的影响[2]，因此压裂后压力液返排率很难达到100%。此前的研究表明，压裂液滤失对产能影响程度低[3-5]。 但通过对实际压裂井的试采情况统计得出，压裂液滤失对一些压裂井的初期产能有显著的影响，即初期产能较低，当进入储层的滤液逐渐排出时，产能逐步上升。受到储层物性的影响，压力液完全返排需要的时间长[2]，短期测试很难准确获取地层真实产能。而此前的压裂产能计算方法中仅考虑了滤失带渗透率的变化，其计算结果仅仅表现出初期产能高，后期逐渐降低的规律[6]，忽略了随着压裂液的逐渐排出，产能渐渐提高的规律，与实际井的生产规律不符。

1 压裂液滤失对压裂井产能影响分析

随着压裂技术的进步，压裂规模越来越大。受到储层物性的影响，压裂液进入储层后并不能及时完全排出，此时测试初期产能并不能代表地层真实生产能力。从图1中可以看出，随着压裂液的不断排出，测试初期的产能呈现上升趋势，后期由于缺少能量的补充，产能逐渐降低。

目前低渗井的压裂规模大，滞留于地层中的液体多，对产能的影响主要体现在两方面：一方面压裂液滤失地层以后降低了滤失带的渗透率；另一方面进入储层的大量滤液增加了滤失带层含水饱和度。因此要准确计算压裂液滤失后的产能，需要确定滤失带的径向距离和含水饱和度变化。

图1 Y1井压裂试采动态曲线

2 考虑压裂液滤失影响的数值模拟

2.1 压裂液滤失侵入距离计算

压裂液通过裂缝进入储层以后引起额外的压力降，相当于减小了有效的井筒半径[7]。这种影响主要取决于油藏参数、裂缝几何形态、滤液的黏度等。

通过研究，采用Crawford推出的公式计算压裂液滤失总量比较准确[8]，其计算公式为：

Vst=A(3CtT0.5)

(1)

式中：Vst为压裂液的总滤失量, m3;A为裂缝面面积,m2;Ct为总滤失系数, m/ s0.5;T为总注入时间, min。

则每条裂缝面的滤失量Vs为：

Vs=A(0.75CtT0.5)

(2)

假定滤液在裂缝面的渗入为均匀的活塞式推进，则液体通过裂缝面进入储层的距离bs为 ：

油井：

(3)

气井：

(4)

式中：bs为压裂液由裂缝面滤失到储层的距离，m；Xf为裂缝半长,m；φ为储层孔隙度,%；h为储层厚度，m；Soi和Sor分别为初始含油饱和度和残余油饱和度，% ；Sgi和Sgc分别为初始含气饱和度和临界含气饱和度，%。

从上式中可以看出，进入储层的液体越多，液相侵入的距离就越大，滤失带也就越大，对压后初期产能的影响也就越大。

2.2 不同侵入距离内含水饱和度分布计算

依据(3)式或者(4)式计算出的压裂液侵入距离，然后根据Buckley-Leverett方程求解不同位置的含水饱和度分布。

在压裂液滤失过程中，不考虑岩石流体的压缩性以及毛管力的作用。根据文献[9-11]可以推导出来任意位置压差与该位置对应的含水饱和度关系式为[9-11]：

(5)

式中：ΔP为地层中两点的压差，MPa;v为侵入速度，m/s；μw为水相黏度，mPa·s；K为储层渗透率,10-3μm2；Swa为地层中某一点的含水饱和度;f′(Sw)为分流导数，当知道黏度和相渗曲线时利用作图法求出[11]。

由于在压裂过程中每条裂缝液滤失量可以根据返排率计算出来，用Vs表示，则滤液进入储层的速度v可以用下式代替：

(6)

因此(5)式可以表示为：

(7)

从(7)式中可以看出只要能求解出滤失带某一位置的压差，则可以计算出该点的含水饱和度。

为了求解滤失带任意一点的压差，假定压裂液滤失到地层的过程属于平面径向流，利用达西渗流定律，可得出地层中任意一点的压力梯度表达式[9]：

(8)

式中：r为地层中任意一点到井的距离,m；P为地层中r处的压力，MPa。

将边界条件带入上式中即可求出滤失带任意一点与井筒间的压差ΔP：

(9)

式中，Pi为原始地层压力，MPa;Pf为裂缝面中的压力，MPa；Wf为裂缝宽度。

联立(7)式和(9)式整理以后，可以得出不同位置滤液侵入的含水饱和度分布计算式：

(10)

从(10)式中可以看出，滤失带含水饱和度的分布受到滤失距离、滤失量、滤液黏度、裂缝参数等的影响。

2.3 裂缝模型建立

在建立裂缝模型时采用Eclipse软件的黑油模型，采用局部网格加密方式建立与实际尺寸相当的裂缝网格。为了便于计算，裂缝周边网格采用不等间距加密[12]，以便于设置压裂滤液引起饱和度的变化。根据(10)式计算出的饱和度随压力的分布关系，设置裂缝周边网格的饱和度值，以描述进入储层的滤液引起的饱和度变化。

3 应用实例

以某区块一口水平分段压裂井P1为例。该井为评价井，水平段长度为700 m，平均渗透率为0.18×10-3μm2，孔隙度为4.5%，原始含水饱和度为51%，原始地层压力为34 MPa。2012年5月21日压裂，压裂11段，加砂545.4 m3，液4 985.9 m3，裂缝半长为110 m。2012年6月1日用8 mm油嘴放喷求产，但井口产量低，到6月5日测得井口日产气量为10×104m3，第一天返排170 m3压裂液后，其余每天返排液量为6～7 m3。返排率仅为4%左右，计划停止测试。

通过分析认为，该井由于受到压裂液侵入的影响，储层日产气量低，该产能不代表储层真实产能。为了进一步验证该结论，采用本文中的方法计算出每条裂缝的滤失带距离为1.5 m。采用(10)式中的方法计算出了滤失带含水饱和度分布(图2)。

采用Eclipse软件的E100中的黑油模型进行计算，裂缝周围1.5m宽的网格采用局部网格加密，将其含水饱和度按照计算的结果赋值。计算出的结果为，当返排率达到50%时，日产气量为18×104m3，所需要的时间将近60天。

图2 滤失带含水饱和度分布

为了能够准确地测试出储层的产能，后期决定延长测试，当延长10天时，测试出日产气量为14×104m3/d(图3)，这个结果与本文计算的结果接近。

图3 P1井测试动态曲线

4 结论和建议

(1)压裂液滤失侵入地层后，导致裂缝周围含水饱和度升高，当返排率较低时对初期产能影响较大。生产动态曲线表现出产量前期逐渐升高，后期降低的规律。当不考虑滤失带含水饱和度的变化时，不能准确计算出这种规律。

(2)根据滤失距离结合渗流力学理论推导出的滤失带含水饱和度的变化计算式表明，滤失带含水饱和度的分布受到滤失距离、滤失量、滤液黏度、裂缝参数等的影响。

(3)本文的压裂裂缝模型计算出的压裂产能曲线，与实际测试动态表现一致，表明本文提出的方法可以用来指导压裂测试制度的建立和压裂储层生产能力的准确评价。

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