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压裂气井防支撑剂回流技术研究

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压裂设计 分段压裂 修井监督 压裂施工设计 压裂方案设计
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第 13 卷 第 1 期 重庆科技学院学报 (自然科学版 ) 2011 年 2 月收稿日期 :2010钟烨 (1985-),女 ,四川营山人 ,西南石油大学在读硕士研究生 ,研究方向为油气层改造及增产机理 。压后支撑剂回流危害性极大 ,其回流主要受流体粘度 、返排速度 、气液两相渗流 、裂缝闭合程度 、抽汲及气举强烈程度 、开关井作业等因素的影响 。 通过优化压裂施工顶替液量 、压后排液工艺措施和压裂液的破胶性能可以有效地控制缝中支撑剂回流和井底沉砂 ,从而最大限度地避免支撑剂回流造成的危害[1,2]。1 根据地层条件优化压裂施工顶替液量在设计顶替液量时 ,既要保证井筒附近的裂缝中有足够的支撑剂 ,又要使井筒中基本不留有携砂液 ,使其能有效地控制裂缝中支撑剂的回流 ,同时使裂缝保持较高的导流能力 ,其具体优化措施为 :(1)对致密 、近井带岩石不破碎井层进行压裂施工时 ,宜采用足量注顶替液的方法来防止井底沉砂 。致密地层对人工裂缝的夹持作用强 ,因而缝口附近的支撑剂能获得良好的固定作用 。 在压后返排时 ,先用小排量强制裂缝闭合 ,待裂缝闭合后支撑剂就牢牢地固定在裂缝中 ,换用大油嘴放喷 ,支撑剂就难以移动进入井筒 ,从而达到预防出砂的效果 。(2)对疏松 、岩石易破碎地层进行压裂施工时 ,宜采用适当过量注顶替液的方法 ,可防止缝内支撑剂大量回流 。 施工过程中支撑剂的强烈冲蚀作用将在缝口附近形成一定程度的 “喇叭口 ”形状 ,施工结束后 ,排液时支撑剂的部分回流可起到充填缝口的作用 。其顶入深度一般根据压裂层疏松 、破碎程度而定 ,约 1 一般需注顶替液量为  优化压裂液破胶性能在压后排液阶段 ,其他条件相同的情况下 ,破胶液粘度越高 ,支撑剂回流的情况越严重 。因此优化压裂液的破胶性能能有效地控制支撑剂的回流 。(1)压裂液破胶性能对支撑剂回流的影响压裂液破胶越彻底 ,临界出砂流速越高 ;闭合压力越高 ,临界出砂流速越高 。因此 ,在裂缝闭合前 ,采用小排量强制裂缝闭合 ,待裂缝闭合后 ,再采用快速排液技术 。 保证压裂液良好的破胶性能是预防支撑剂回流的重要技术之一 。(2)压裂液破胶性能优化设计技术温度是影响压裂液流变性能的关键因素 。 压裂液进入地层后 ,受地层温度影响逐渐升高 ,离井筒越近其温度越低 。 如按常规方法在地层原始温度下评价压裂液 ,必将提高稠化剂 、交联剂和 造成井筒附近压裂液的破胶困难 ,导致排液时压裂液的粘滞力大增 ,携带支撑剂回流 。这种情况在地层温度越高时就越为突出 。3 优化压后排液测试工艺(1)优化排液方法压裂井排液过程中 ,处理高压 、高产能 、疏松地压裂气井防支撑剂回流技术研究钟 烨 邓 燕 郭建春 李勇明(西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室 ,成都 610500)摘 要 :压裂气井支撑剂回流造成的危害极大 。 从优化压裂施工顶替液量 、压裂液的破胶性 、压后排液工艺措施以及树脂涂层支撑剂和纤维支撑剂的防回流技术等方面分析了各种防回流技术的原理及其工艺特征 。 对纤维支撑剂进行了室内混合性评价 ,分析了压裂液破胶性能和闭合压力对支撑剂稳定性的影响 ,为压裂防止支撑剂回流技术提供依据 。关键词 :压裂 ;支撑剂回流 ;导流能力 ;纤维支撑剂中图分类号 :献标识码 :A 文章编号 :1673011)01·钟 烨 ,邓燕 ,郭建春 ,李勇明 :压裂气井防支撑剂回流技术研究层有两个难点 :一是排液速度过快会造成支撑剂回流返吐 ,。 返吐的支撑剂还会冲蚀刺坏地面测试管线及输气管线 ;二是排液速度过慢 ,就会增加压裂液浸泡气层的伤害时间和滤液进入地层的总量 ,以及支撑剂沉入井底堆积掩埋气层 ,造成井内事故 。 因此 ,确定相应的 、合理的排液措施和排液速度 ,控制裂缝内支撑剂回流 ,是减少储层损害 ,使裂缝保持较高渗流能力的关键所在 。(2)排液测试流程优化节流嘴上游 ,压力较高 ,流体流速较慢 、砂粒与天然气密度差较大 ,导致砂粒沉砂速度大于悬浮速度 ,砂粒呈滑动状态被输送 ,使其流型成为滑移床层 ,对管道及管汇产生磨蚀损坏 ;而在节流嘴下游 ,管流通径变小 ,流体及砂粒在油嘴处形成很大的回旋涡流 ,从而对油嘴产生很强的磨蚀作用 。 在油嘴套及放喷出口弯管处 ,砂粒高速冲击管壁及堵头 ,致使其被冲蚀破坏 。 测试流程的优化有助于防止支撑剂回流刺坏地面 。4 树脂涂层支撑剂防回流技术(1)树脂涂层支撑剂防砂作用原理树脂涂层支撑剂通过将可固结树脂预包在石英砂 、陶粒等支撑剂的表面 ,并使其干燥制成 。 该种支撑剂进入裂缝中 ,能降低压裂面颗粒的嵌埋 ,使支撑剂裂缝保持较高的宽度和渗透率 ,同时使得裂缝保持长期导流的能力 ,由于分散了颗粒上的负荷 ,砂粒具有较高的抗破碎能力 。(2)树脂涂层支撑剂防回流压裂工艺技术由于树脂涂层支撑剂费用高 ,一般采用尾追法 ,在最后加砂阶段尾追总入地支撑剂体积的 5%~25%。在尾追量较低时 ,随着树脂涂层支撑剂尾追量的增加 ,防砂效果变好 ,当尾追量大于一定的比例后防砂效果趋于稳定 。 按照 计算出缝口至裂缝约 40~605 维支撑剂压裂原理该技术把人造纤维混在携砂液中尾随注入 ,在井筒附近的裂缝中形成复合性支撑剂 。 压裂液开始返排后 ,流体冲刷使支撑剂颗粒发生塑性剪切形变 ,形成砂拱 。 在排液过程中 ,纤维轴向力分解为切向 、法向两部分 ,间接抵抗砂拱剪切变形 ,提高了砂拱的稳定性和临界返排速度 。另外 ,一条纤维可以同时与10~20个砂粒作用使它们缠绕在一起 , 通过纤维与支撑剂间形成的空间网状结构将支撑剂稳定在原始位置 ,从而增加了支撑剂耐冲刷的能力 。维加砂压裂工艺的主要特征(1)纤维加砂压裂施工工艺为了使纤维能够与携砂液均匀混合 , 要求使用延迟胶联压裂液 ,延迟交联时间一般为 2~3为了节约成本 ,一般推荐纤维尾追加入 ,尾追量一般控制在 15%~30%就能起到较理想的防砂效果 。 在相同条件下纤维支撑剂充填层失稳时的裂缝宽度将远大于 5倍支撑剂直径 。经过调研 , 目前在国内外还没有形成成熟的纤维加入方式 。 项目组成员根据现场经验和纤维防回流工艺技术的特点 ,制定了三种纤维加入方式 :人工加入法 、 机械计量装置加入法和干混罐混合后加入法 。 其中干混罐混合后加入法能满足纤维计量和均匀混合的要求 ,且使用成本低 、操作简单 ,比另外两种方法更具优势 。(2)纤维加砂压裂压后排液工艺对于采用纤维加砂压裂施工的井 ,压后 30 对地面放喷管线的一个特殊要求是采用双油嘴排液 ,其主要目的是 :压裂液返排期间如果纤维堵塞一个油嘴后就可以用另一个油嘴进行返排 。 当产液量很少并且无支撑剂产生时就可以连接到输气管线上 。由于纤维的增强作用 , 排液的显著特征就是返排速度特别快 。 应用尾追纤维加砂压裂井和常规加砂压裂井的压后排液速度的对比如图 1所示 。图 1 尾追纤维压裂与常规压裂排液速率对比图(3)纤维加砂压裂的增产及防砂效果与常规的压裂施工相比 , 采用纤维加砂压裂施工的油气井压后排液速度较快 ; 尾追纤维加砂压裂常规压裂纤维压裂350280210140070流量/( 10 2030 40 50 60 70 80时间 /·钟 烨 ,邓燕 ,郭建春 ,李勇明 :压裂气井防支撑剂回流技术研究施工能显著减少或消除支撑剂的回流 ,从而有助于提高压裂缝的导流能力 ;由于纤维靠物理作用稳定支撑剂充填层 ,不会造成地层伤害 。维支撑剂室内混合性评价实验对 3种不同的纤维分别进行了混合性评价实验 ,实验结果见表 1。实验程序 :先配制压裂液基液并充分搅拌溶胀2~5h,然后加入不同浓度的纤维 ,并同时加入延迟交联剂 、破胶剂和支撑剂 ,用机械搅拌器充分搅拌混合均匀 , 然后放入恒温水浴箱中加热破胶 2~5h,待其充分破胶后 ,取出来倒入过滤器中 ,即得到混合后的纤维  实验温度为 45℃和 65℃。延迟交联剂 (正达产 )的延迟交联时间 3~5维混合时的砂比约为 30%。实验结果 :与支撑剂的混合非常均匀 。 且与支撑剂混合时呈现条块状缠结 ,使其在支撑剂中的混合性不好 ,容易堵塞施工管线和射孔孔眼 。表 1 裂液破胶性能和闭合压力对支撑剂稳定性影响实验由调研数据可知 ,如果压裂液破胶不彻底 ,则支撑剂的临界出砂流速很低 ,返排时 ,压裂井必定出砂无疑 。 破胶越彻底 ,临界出砂流速就越高 。 一般要求压裂液破胶粘度低于 10 且破胶液粘度越低越好 。同时闭合压力也对临界出砂流速有着重要影响 。闭合压力越高 ,临界出砂流速就越高 。在压裂液破胶彻底 (粘度小于 10 的情况下 ,当裂缝的闭合压力大于 1 其临界出砂流速大于230mL/意味着支撑剂已经很难被带出来 。 因此 ,压后排液时一般要求小排量控制放喷 (强制裂缝闭合 ),待裂缝闭合后才逐步加大返排速度 。6 结 语(1)目前国内外压裂气井控制支撑剂返排的技术有很多种 ,包括优化压裂施工顶替液量 、优化压裂液的破胶性 、 优化压后排液工艺措施以及树脂涂层支撑剂和纤维支撑剂的防回流技术等 。 针对具体井层条件 ,分析这些工艺技术措施的经济可行性 ,选择适宜的措施提高裂缝导流能力 ,提高气井产量 。(2)经调研分析评价得出 ,纤维支撑剂能有效稳定支撑剂充填层 ,提高裂缝的导流能力 ;压裂液的破胶性能和裂缝闭合压力影响支撑剂的临界出砂速度 , 优化压裂液的破胶性能和提高闭合压力能有效防止压裂井出砂 。参考文献[1] 傅英 D]西南石油大学 ,2006.[2] 焦国盈 ,王嘉淮 ,潘竟军 J]2007,3(4):643] 姜春河 ,郎学军 ,易明新 ]2008,31(6):1514] 宋军正 D]西南石油大学 ,2005.[5] 胡景宏 ,何顺利 ,李勇明  应 用 研 究 [J]. 西南石油大学学报 ,2008,30(4):1116] 王雷 ,张士诚 J]2008,15(1):1017] 李天才 ,郭建春 ,赵金洲 J]2006,21(3):448] 焦国盈 J]2007,30(6):669] 张绍彬 ,谭明文 ,张朝举 ,等 J]2005,25(11):X 白色 亮白色 暗白色与陶粒的混合性 混合性好 混合性好 混合性较差与石英砂的混合性 混合性好 混合性好 混合性较差(下转第 84 页 )72· ·e I il 10500)he of in is In it on of of of as as to of It by it of on in of 接第 72 页 )方小娟 ,陈青 ,易晓燕 ,张文洪 ,徐卫峰 ,王贵生 :大牛地气田盒 3 气藏单井增压时机探讨[2] 王雨生 10、J]2003,24(4):303] 王雨生 . 新场气田蓬莱镇组气藏整体增压开采方案研究[J]2005,27(5):404] 苏欣 ,陈彰兵 ,张琳 ]2008,34(6):115] 陈平 ,樊洪 ,漆明勇 J]2004,23(增刊 ):1366] 俞启泰 ]2000,27(1):507] 丁希南 ,黄全华 ,关成礼 ,等 5区块增压开采时机的确定 [J]. 石油天然气学报 (江汉石油学院学报 ),2009,31(1):10059;19000)e3 is a to a In of is to in to it of of of  of is of  it of to a of e3 ·

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