致密砂岩水力压裂裂缝对压裂液滤失特征

侯新宇 尹太举 孙少川

摘      要： 为研究致密砂岩水力压裂作用下裂缝对压裂液的滤失特征，通过室内岩心物理实验构建了压裂模型，利用压裂过程全景展示方式，全方位分析压裂过程裂缝对压裂液的滤失特征。研究表明：实验早期4 min前，压裂液的滤失对岩心渗透率伤害较大，渗透率降低幅度在70%～80%之间，当压裂持续进行10 min后，岩心渗透率伤害降低幅度较小。出现这一过程的原因为裂缝内压裂液滤饼的逐渐形成，滤饼形成过程岩心渗透率大幅降低，当实验进行30 min后，滤饼基本形成并趋于稳定后，对岩心渗透率的影响效果减弱。实验结果认为，裂缝内滤饼的出现对压裂液的滤失产生了一定的影响，造成了压裂液滤失系数出现两段式的下降过程。

关  键  词：压裂液;致密砂岩;人工裂缝;滤失

中图分类号：TQ 317        文献标识码： A     文章编号： 1671-0460（2020）08-1737-04

Abstract：  In order to study the effect of fractures on filtration loss characteristics of fracturing fluid under tight sandstone hydraulic fracturing， a fracturing model was built through the indoor core physical experiment， and the filtration characteristics of fracturing fluid in the fracturing process were analyzed by the way of panoramic display of the fracturing process. The results showed that the damage of core permeability caused by the filtration of fracturing fluid before 4 min of the experiment was large， and the decrease range of core permeability was between 70% and 80%. After the fracturing continued for 10 min， the decrease range of core permeability damage was small. The reason for this process was the gradual formation of filter cake of fracturing fluid in the fracture. During the formation of filter cake， the core permeability was greatly reduced. After 30 min of experiment， the filter cake was basically formed and tended to be stable， and the effect on core permeability was weakened. The experimental results showed that the emergence of filter cake in the fracture had a certain impact on the filtration loss of the fracturing fluid， resulting in a two-stage decline process of the filtration coefficient of the fracturing fluid.

Key words： Fracturing fluid; Tight sandstone; Artificial fracture; Filtration

隨着非常规油气勘探开发技术的发展，以压裂酸化为手段的储层改造工艺正广泛运用于现场。而压裂液作为压裂施工过程中的主要工作介质，其质量、稳定性、配伍性都会影响最终压裂效果，所以必须在材料优选、配液和泵送使用阶段进行过程质量监控，确保压裂成功[1]。

在水力压裂过程中，进入油藏的压裂液通常分为两部分：一部分保留在裂缝中，这是一种有效的压裂液，可以促进裂缝的扩展;其余大部分处于压裂过程中随着裂缝的扩散，无效的流体将从裂缝壁流失到储层中。储层中流失的压裂液会影响压裂施工效果并对储层产生一定伤害，需要前期的设计与规避。首先，流体损失的量直接影响裂缝流体的效率和人工裂缝几何形状的大小。如果来自构造层中的裂缝流体的流体损失太大，则有效裂缝流体流速将降低，这将减小裂缝延伸长度和裂缝宽度，从而导致裂缝破裂程度和原始设计体积相比具有最小差异性。这导致使用液体裂缝的效率下降，不符合经济和合理的选择。其次，在压裂过程中注入地层流体的损失直接影响压裂过程人工裂缝的延伸。因此，研究裂缝流体形成过程中流体损失的类型和数量对于裂缝设计和后效预测非常重要[2-3]。裂缝长度太大的原因通常是由于从裂缝流体计算出的流体损失较低。第三，在压裂过程中，由于压裂液的损失，人工裂缝将在压裂液中填充过多的石英砂，这通常会导致砂比增加，导致施工过程中的泵极高压力，并在施工过程中被迫停止泵[4-5]。因此，有必要研究施工过程中和施工后裂缝流体的过滤损失。本文致力于更准确地描述过滤过程，以满足现场将来的科学研究和建设需求。

1  区块概况

进一步规范实验数据，设定实验所用岩芯尺寸为直径2.53～2.51 cm，长度为3～3.2 cm，实验用岩芯孔隙度为7.98%～8.34%。标定s100样本岩芯为实验对象，测定当前实验环境温度为24 ℃，选用之前配置好并放置1天后压裂液载入实验准备槽。加压至实验管汇两端压力至5.88 MPa，阶段性升至7.85 MPa，再阶段性加压至9.85 MPa。在此为保护一手数据资料，故不做列表参数，仅做图像分析（图5、6）。

通过图5、图6综合数据可以看出，数据结果同时表征了实验在起初的时候会得到较大的压裂液滤失响应，但是随着时间的推移这种数据表征会变得缓慢而平稳。分析滤失量实验数据可知，当实验进行5 min时滤饼基本形成，但滤饼尚不稳定。随着时间的持续，大致在实验进行30 min后，滤饼形成与剥蚀速度趋于平衡后，滤饼总体上才开始保持稳定，这是压裂液的滤失基本不再随着时间变化而增长，滤失速率趋于一个稳定值。

压裂液的滤失与压裂液配比以及压裂强度有关，也受到裂缝内滤饼的稳定和破坏的影响，且滤饼的性质（硬度、渗透率）也和压裂过程息息相关。但是这种规律需要进一步的实验进行验证。但是当前的数据列可以充分证明，当实验进行至5 min时，虽然滤饼以极快的速度进行堆积与形成，但是其强度和厚度无法达到时间阈内的稳定值，以至于时间角度下的变化速度和其他可测物理量无法达到平衡，更不能直接性进行规律描述。但是当时间进行至30 min后，这种不可变因素就会减小以至于压裂液滤失量开始呈现稳定。但是真实现场情况下需要进一步的多维参数模拟，以至于还原不同期间下的真实变化。

进一步通过相关标准和一些经验公式进行数据拟合计算，并运用计算机技术进行相关迭代分析，得出部分巖性渗透率比与时间图谱，在此进行岩性实验情况下的污染后影响性质描述，获取相关渗透率多维数据。实验表明：实验初期的渗透率比值呈现大幅下降趋势，通过数据列核算可以进一步得出这种下降在70%～80%之间。后续的实验数据列（10 min标准时间）的渗透率比值成平稳变化，进一步验证了上面数据得出的滤饼初始形成过程中的不稳定过程，通过渗透率减小可知这种稳定性变化与趋势是不可控的。

综上所述，压裂施工过程是一项集动力学、流体力学、机械工程和地质学为一体的综合性系统工程。如何进行致密砂岩水力压裂作用下的压裂液滤失特征描述与裂缝性能的分析是科研工作者和现场技术人员需要注意的。

4  结束语

致密砂岩水力压裂需要进行前期的模拟和设计，在支撑剂可靠、压裂液合规且成本最优的前提下开展相关工作。在现场施工过程中不能因为大规模携砂而无限制进行压裂液的使用。室内实验也证明裂缝对滤失有着较大影响，其中实验进行5 min时相关的滤失量可达到70%，同时会污染岩性。

参考文献：

[1]宋兆杰，陈之尧，侯吉瑞，等.致密储集层压裂液与致密砂岩相互作用研究[J].地质与勘探，2019，55（4）：1059-1065.

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[5]韩剑发，程汉列，王连山.塔中碳酸盐岩水平井酸压效果评价研究[J].河南科学，2017，35（10）：1622-1627.

[6]程汉列，王连山，李林，等.灰色关联法分析塔中油气藏开发效果影响因素[J].中外能源，2016，21（11）：44-47.

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