压裂液滤失深度及滤失速度计算新模型-论文
浅谈煤层气压裂中的滤失问题
浅谈煤层气压裂中的滤失问题X梁 知1,杨兆中1,李小刚1,程文博2(1.西南石油大学石油工程学院;2.川庆钻探国际工程公司,四川成都 610050) 摘 要:煤层气是以煤为储层的一种非常规天然气,主要成份为甲烷(CH 4),以吸附态吸附在煤的微孔隙壁表面。
煤层气资源量巨大,全球埋深浅于2000m 的煤层气资源约为260×1012m 3。
由于能源需求迫切,对煤层气的开采十分迫切,目前,水力压裂改造措施是国内外煤层气井增产的主要手段。
煤层割理和天然裂缝系统发育,应力敏感性强,因此,煤层的压裂与常规油气藏压裂相比滤失量更大,滤失机理更为复杂,形成长缝更加困难。
此外,压裂液大量进入煤层中的割理和天然裂缝系统,容易造成储层造成污染、砂堵等现象。
因此,降低滤失不仅有利于提高压裂液效率,减少压裂液用量,使裂缝具有较高的导流能力,还可以减少压裂液在油气层的滞留,降低压裂液对油气层的损害。
鉴于此,压裂液滤失对煤层气压裂的负面影响不容小视,降低压裂液滤失迫在眉睫。
目前,控制煤层气压裂滤失的有效措施主要有:粉砂降滤;在煤层压裂中使用泡沫压裂液;采用合理的施工排量。
关键词:煤层气;割理;天然裂缝;滤失;储层污染;砂堵;粉砂降滤;泡沫压裂液 中图分类号:T E375 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)13—0033—03 煤层气俗称“瓦斯”,主要成份为甲烷(CH 4),含量在95%以上,资源量巨大,全球埋深浅于2000m 的煤层气资源约为260×1012m 3,为常规天然气探明储量的两倍多[1,2]。
20世纪70年代,美国第一次通过地面钻孔将煤层气作为资源开采,是世界上煤层气商业化开发最成功的国家,煤层气产量至今位居全球第一。
目前,世界上有74个国家都蕴藏着煤层气资源,其中,主要产煤大国有俄罗斯、加拿大、中国、美国、澳大利亚等十几个国家[3,4]。
煤层气资源量丰富,在能源需求迫切的今天,对煤层气的开采尤为重要。
新型聚合物压裂液的动态滤失及其对地层伤害规律研究
工有限责任公司） ， Ｈ Ｔ Ｃ ． １ ６ ０ （ 胍胶交联剂 ， 东营市信 德化 工有 限责 任 公 司 ） ， Ｋ Ｃ １ 、 Ｎ ａ Ｃ １ 、 Ｍｇ Ｃ １ 、 Ｃ ａ Ｃ １ ２ （ 国 药集 团化学 试剂 有 限公 司 ， 分 析纯 ） ， 去离 子水 。 主要 实 验 设 备 ： 高温高 压动态 滤失 仪 ， Ａ ｎ ｔ ｏ ｎ —
１ 实 验部 分
１ ． １ 实验材 料及 装置
主要实 验 材 料 ： Ｌ Ｐ ． ３ Ａ（ 聚合物 ， 东 营 市 现 河 工 贸有 限责任 公 司 ） ， Ｌ Ｐ ． ３ Ｂ （ 聚合 物交 联 剂 ， 东 营 市 现
河 工 贸有 限责任 公 司 ） ， 羟 丙 基胍 胶 （ 东 营市 信 德化
中图分 类号 ： Ｔ Ｅ ３ ５ ７ 文 献标 识码 ： Ａ
我 国低 渗透 、 超 低 渗 透 油气 田的 探 明储 量 逐 年 增加 ， 该 类油 气 田大 多 需要 经 过 压 裂 才 能获 得 工 业 产能¨ 引。压裂 液性 能 的优 劣 是 决 定 压裂 增 产 效 果 的一个 关键 因素 。 目前 广泛 应 用 的植 物胶 压裂 液存 在 吸 附性强 、 破胶 不 完 全 、 残 渣 含量 高等 缺 点 ， 在 岩 石 中滤 失会 带来 大量 污 染 ， 不 利 于 压 裂增 产 效 果 的 提 高 Ｊ 。２ ０世 纪 ９ ０年代 后 期 研 发 的 黏 弹 性 表 面 潘 性剂 压裂 液虽 然具 有 低 伤 害 的 优势 ， 但其 滤 失 量 大、 耐 温性 差 ， 且价格较高 ， 难 以广 泛 应 用 。本 文 研制 了一 种新 型 聚合物 压裂 液 ， 它具 有 低伤 害 、 高
高时 ， 初 期 压裂 液滤 失量及 滤 失 系数 均升 高。３种 影 响 因素 下 新 型聚 合 物压 裂液 相 对 于胍 胶 压 裂 液均表 现 出良好 的低 滤失 性及低 伤 害性 。
天然裂缝开启前后的煤层压裂液滤失计算
２０ ０ ６年 ２月
油
气
井
测
试
第 １ ５卷
第１ 期
天然裂缝 开 启前后 的煤层压 裂液滤 失计算
李 勇明 王 中武 郭建 春 赵金洲
（． １西南石油学院“ 油气 藏地 质及开发工程” 国家 重点实验室 四川成都 ６ ０ ０ ： １５ ０ ２新疆 油 田公司陆梁油 田作业 区 新疆克 拉玛 依 ８４ １ ） ． ３ ０ １
（ ｔ＝ ０ ＞０ ， ） （ ＝ ０ ｔ＞ Ｏ ， ） （ 一 ∞， ｔ＞０ ） （） １ ｕ ： — ＝ ＝ 一～ ， —ｐ —ｊ ＝— （ ， 一 ｉ ｐ 一ｓ ＤＩ Ｊ ）
、 ｃ ／ ｐ ／７口ｔ ｚ
Ｐ ＝Ｐ Ｐ ＝ Ｐ ｔ （ ） Ｐ ＝Ｐ
（） ４
将 （ ） 、４式 代入 （） ３式 （） ２ 式得
ｐ ， 肌 小ｅ 厂 １（ ｃ ）
由达西定 律 确定滤 失 速度 ， 则
ｕ ＝
）
（） ５
启的滤 失计算 采用 均质 油藏 滤 失模 型。其 中， 以 Ｅ ｏｏ ｉ ｓ ｃｎｍ ｄ Ｅ模型为代表 ， ｅ３ ３ 并在端部脱砂 压裂设计
一
式 中 ： — — 综 合 压缩 系数 ， ａ Ｋ， — 煤层 裂 缝 Ｃ Ｐ ～； —
渗透率 ， ｍ； ——单井控制边界 ， ｍ冲 ——流体压 力 ， ａ ｐ——地 层压力 ， ａ △ ——裂 缝净 压力 ， Ｐ； ｉ Ｐ； ｐ
Ｐ ； —— 压 裂 液 有效 粘 度 ， ａ ｓ ｔ ａ 。 Ｐ ・；—— 滤 失 时 间 ， ｓａ —煤 层 岩石 的 特 征 系数 ； 标 厂 ｍ— —煤 层 ；— 下 ，
模 型 。本 文对 此 进行 了较 为 深 入 的 研 究 ， 立 了考 建
砂砾岩储层压裂液滤失模型研究
第１ ５卷 第 １期
重 庆科 技学 院学报 （ 自然 科学 版 ）
２ ０ １ ３年 ２月
砂 砾 岩 储 层 压 裂 液 滤 失 模 型 研 究
赵 志 红 车 继 明 耿 彤。
（ １ ． 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 ６ １ ０ ５ ０ ０ ；
／ Ｊｉ ＝
ｌ Ａ ：
将边 界条 件 、 初 始 条件无 因次可得 ：
ｆ
ｐ 巾 。 ＝ 。
而 者
（ ３ ）
２ ． ３ 双重 介 质 区压 裂液 滤 失 ２ ． ３ ． １ 砾 缘缝 和微 裂缝 系统 参数 （ １ ） 裂缝 在 压裂 过程 中的张开 宽度 裂缝 张开 宽度 随裂缝 净 压力 的变 化关 系为 ： ： △ ｐ ｄ＋ （ ４ ）
Ｋｗ ￣Ｐ，
石油压裂中压力液滤失过程动态研究
石油压裂中压力液滤失过程动态仿真研究孙晓荣 刘翠玲北京工商大学计算机与信息工程学院 北京市海淀区阜成路北京工商大小 100048摘要： 本文主要研究了石油水力压裂过程中压力液的滤失机理，结合压裂液的粘度、地层流体的压缩性及压裂的造壁性三种控制机理，得出压裂液的综合滤失系数。
结合压裂液滤失的数值模拟方法，建立了压裂液滤失的动态仿真模型，在此基础上实现了定性结合定量的仿真模型。
关键词： 水力压裂；压裂液滤失；数值模拟； 1．引言水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要措施。
当地面高压泵将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起超过井壁附近的应力及岩石抗压强度后，即在地层中形成裂缝。
随着带有支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸。
这样在地层中形成足够长度及宽度的填沙裂缝。
由于它具有很高的渗透性，使油气能顺畅的流入井中，起到增产作用。
在水力裂缝延伸过程中，由于缝内外存在较大压差，导致部分液体由壁面滤失于油层中，压裂液滤失过多会产生不利影响。
首先是减少了缝宽及缝长，缝越窄压裂液的剪切降解作用越大。
其次，压裂液在滤失后形成滤饼从而阻塞了液体的进一步流动。
施工结束后，一定的滤失速度又会促使已形成的裂缝闭合，滤失速度过慢，沙子会在缝中沉降，不能在整个高度上起支撑作用，如果裂缝在没有支撑高度上闭合，将会降低增产效果。
降低滤失量，提高压裂液性能及改善施工工艺是提高压裂效益的重要途径。
2．滤失机理的分析在经典的滤失理论中，压裂液滤失是由于地层受三种机理的控制即压裂液的粘度、地层流体的压缩性及压裂的造壁性。
2.1受压裂液粘度控制的滤失系数1C当压裂液的粘度大大超过地油层的粘度时，压裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度。
当高粘度液体在恒定压差下，压裂液在多孔介质中的实际渗流速度a v 为：LpK v a a φμ∆=058.0 （1） 式中a v ——实际滤失速度，min /m ；K ——地层垂直于滤失方向的渗透率，2m μ；p ∆——裂缝内外的压差，MPa ；a μ——压裂液在缝内流动条件下的视粘度，s mPa ⋅； L ——由缝壁面向地层内的滤失距离，m ；φ——地层孔隙度。
低速非达西流压裂液滤失系数计算方法研究
一组可变弹簧吊 架 处，操 作 工 况 下，因 方 案 二 设 置 较 多 的 弹 簧
综上，两种方 案 各 有 其 优 势 与 劣 势。 在 管 道 设 计 工 作 中，
支架，荷载分配较为均匀，没有较大的集中荷载出现。
因方案一的可靠性和安装便利性，成为优选方案。如考虑设备
表中 Ｎ１和 Ｎ２表示罐顶的两个卸料管口。从表 １中的数 管口荷载和结构设计的合理性，方案二更具优势。在设计过程
第 １１期
辛莹娟，等：低速非达西流压裂液滤失系数计算方法研究
在界面处 ｓ（ｔ）＝ｂ槡ｔ，压力连续，则有 ｐ１＝ｐ２
·８７·
若参数给定，可通过（１０）迭代计算出常系数 ｂ。 其中：
其中 ｂ由式（１０）迭代解出。
３ 影响因素分析
从推导中可看出，压裂液的滤失系数随着孔隙度 、压裂液 粘度 μａ等影响因素的变化而变化。
４ 论
本文提出的压裂液滤失模型是将地层中液体流动视为非
达西流，裂缝中液 体 流 动 视 为 达 西 流，更 加 贴 近 于 低 渗 透 储 层
的实际情况，此模型计算得出的低渗透储层的压裂液滤失系数
更为准确。另外，本文还通过 Ｍａｔｌａｂ软件绘制典型图版曲线，
更加明确的说明了压裂液滤失系数的影响因素。
由于界面处 ｓ（ｔ）＝ｂ槡ｔ，其流速连续，则：
将
图 ２ 随孔隙度的变化图 假设： ① 油藏流体有轻微的压缩性； ② 地层中液体流动视为非达西流，裂缝中液体流动视为达 西流； ③ 滤液以活塞流的方式驱动油藏流体。
则： 将
代入（２．６）有： 代入（２．６）有：
收稿日期：２０１９－０３－２５ 基金项目：校级科研项目：斜井试井分析技术开发及应用（项目编号为：２０１８ＫＹＣ０６） 作者简介：辛莹娟（１９８６—），女，陕西咸阳人，助教职称，工学硕士，２０１１年毕业于西安石油大学油气田开发工程专业，研究方 向为油气田开发。
压裂液单相滤失模型适用条件研究
≤ （ １＋ ） ｚ（ ２ ２ ）
当 压 裂液 与 油 藏 流 体 的 粘 度 与 压 缩 系 数 满 足
（ ２ ２ ） 式时 ， 将两 相滤 失 简 化 为单 相 滤 失 的相 对 误 差 上 限为 。
妒。 一一— ２ Ａ Ｋ￥
ａｌ √ １
，
（ １ １ ）
４ 应 用 分 析
Ｑ —ｆ ｄ 一 丝
３ 单 相 滤 失 误 差 计 算
１ 、 ／ 砷
可将 （ ３ ） 式化 常微 分方程 组 的边值 问题 ：
挚＋ ｃ 专 鲁＝ ０。 ≤
为 了 比较 两 相滤 失 与单 相 滤失 的差 异 ， 可推 导
只考 虑压 裂液 单相存 在 的滤失 计算式 （ １ ８ ） 。
根 据 以上模 型 编 制 了 ＶＢ程 序 进 行计 算 分 析 。 基 本数 据如 表 １ 所示。 图 ２为 计算得 到 的两相 滤失速 度 与单相滤 失速 度 曲线 对 比 ， 两相 滤失 速度 为单相 滤失 速度 的数倍 ， 主要原 因为 油藏 流体 小 于 压 裂液 粘 度 ， 两 相 滤 失 阻 力 远小 于单 相滤失 的 阻力 。
ｐ ｆ ＋Ａ ｅ ｒ ｆ（ ｆ ｚ ）一 Ｐ ｉ ＋Ｂ ｅ ｒ ｆ ｃ （ ￣ ／ Ｎ ） （ １ ４ ） 将（ １ ２ ） 、 （ １ ３ ） 带人 （ １ ４ ） 式， 并 整理 可得
・
９ ０・
石
油
地
质
（ １
与
工
程
４
２ ０ １ ３年
３ ２
第１ 期
ｌ Ｏ
整理 ， 得
Ａ 一 一 （ １ ２ ）
由界 面处流 速条 件 （ ２ ） 可得
天然裂缝压裂液滤失模型
压 裂 液 滤 失 量 计 算 是 压 裂 施 工 设 计 的重 要 组
成部分 。在压裂施工过程中 ， 控制滤失量能够提高
进行 了修正 ， 认为滤失速度与裂缝 内流体净压力密
切相关 ， 进 而 提 出 了滤 失 三 区域 概 念 ， 得 到 了压 裂
１ 天 然裂缝 压裂液滤失过程描述
由于裂缝性储层 中天然裂缝发育 ， 水力裂缝在 地层延伸必然会与天然裂缝相交 ， 最终形成以水力
裂 缝 为 主 的 裂缝 网 络 ， 该 网 络 中存 在 水 力 裂缝 、 天
天然 裂缝压 裂液滤 失模 型
夏富国 ， 郭建春 ， 刘立宏 ， 张 冲 ， 张 新。
（ １ ． 中国石化东北油气分公 司 工程技术研究 院， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ６ ２ ； ２ ． 西南石油大学 油气藏地质及开发工程 国家重点实验室 ， 四川 成都 ６ １ ０ ５ ０ ０ ； ３ ． 中国石化东北油气分公 司 勘探开发研究 院， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ６ ２ ）
由式11可得2ppkfximx22?????ae??4ax1?erf??x?ae??4ax2?erfc??x?20mapp1?4a1?r2?4a2???对求导并整理得x22????2ppke??4ax1?erf??x?x1e??4ax2?erfc??x?x1fximappapprr?4a2a1?1?4a2a2?2??21x222?????ae??4ax1?erf??x?ae??4ax2?erfc??x?mapp1r2?4a1??4a2???x值的牛顿迭代式为第4步确定是否进入充填阶段
基于有限元裂缝网络的压裂液滤失模拟
基于有限元裂缝网络的压裂液滤失模拟李勇明;刘鹏;赵金洲;罗攀【摘要】压裂液滤失速度是水力压裂设计分析中的重要参数之一，对于裂缝性储层，它可以用裂缝型储集层压裂液滤失数学模型来计算，但是现有的压裂液滤失数学模型并没有考虑天然裂缝呈不规则网络分布且形态复杂这些因素对滤失的影响。
因此，在考虑这些因素的前提下，以压裂液沿着天然裂缝向基质渗滤为基础，建立了裂缝网络的等效连续介质滤失模型，运用有限元方法求得了数值解。
新方法能模拟复杂裂缝形态对滤失过程中压力分布的影响，克服了传统方法不能模拟裂缝弯曲、相交、方位变化等对滤失影响的局限。
【期刊名称】《石油天然气学报》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】5页(P132-136)【关键词】天然裂缝;压裂液;裂缝网络;有限元;滤失模型【作者】李勇明;刘鹏;赵金洲;罗攀【作者单位】油气藏地质与开发工程国家重点实验室西南石油大学，四川成都610500;油气藏地质与开发工程国家重点实验室西南石油大学，四川成都610500;油气藏地质与开发工程国家重点实验室西南石油大学，四川成都610500;油气藏地质与开发工程国家重点实验室西南石油大学，四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE357.12水力压裂施工中,被泵入到地层中的压裂液在裂缝与地层的压力差作用下会向地层发生滤失,其滤失量的大小将直接影响压裂液的效率、裂缝几何尺寸和压后支撑剂在裂缝中的分布。
对此,许多学者也曾提出过相关的滤失模型[1,2]来研究压裂液滤失,但将天然裂缝考虑进来的却很少。
天然裂缝的存在可导致液体滤失量成倍增加,难以形成严格意义上的滤饼区,传统的这些滤失模型就不适合用于天然裂缝较发育的地层滤失。
针对天然裂缝的影响,李勇明等[3,4]建立了考虑裂缝型储集层压裂液滤失的数学模型,并给出了模型的解析解,但也未涉及到天然裂缝呈不规则网络分布、形态复杂等因素的影响。
为此,笔者通过引入裂缝渗透率张量表达式,然后运用有限元方法建立了考虑裂缝呈不规则网络分布的等效连续介质滤失模型,最后模拟裂缝形态,分析了各种复杂的、不规则的呈网络状分布的裂缝对压裂液滤失的影响,为天然裂缝较发育的裂缝型储层进行压裂设计与施工提供了一定的参考价值。
压裂液滤失的控制技术探讨
压裂液滤失的控制技术探讨摘要：压裂工艺是指在油气开采过程，在油气表层形成裂缝的一种技术，是水井和油气井增产增注的有效措施。
压裂技术是通过在裂缝中填充石英砂等支撑剂以增强油气表层的渗透功能，采用此工艺的目的是增加油气的产量，提高国内生产总值。
作为压裂工艺核心的压裂液在打造裂缝并且在裂缝中输送一定强度的支撑剂过程中发挥着重要作用。
它本身所具有的良好流变性和热稳定性在油田开采中得到广泛应用。
本文从我国现阶段压裂技术的发展状况以及对压裂液滤失的控制现状出发，了解了对压裂液的滤失量进行有效控制的必要性和重要意义，并且为压裂液滤失控制技术的发展创新提出了几点建议。
关键词：压裂液；滤失；控制技术；对策在我国油气开采、稳油控水过程中，压裂技术发挥着不可替代的作用。
压裂可以有效地穿透进井周围的危险区，使油井产能恢复甚至超越自然状态下的水准，可以大大提高油气产量。
采用合理的压裂控制技术也是促进我国相关工业发展的重要手段。
压裂液作为压裂施工的重要环节不仅可以影响压裂功效的成败，而且还会影响压后油气层的改造。
为促进压裂技术的发展就要从如何有效的控制压裂液的滤失量，如何增强地层结构角度出发，从最基本的层面入手以保证压裂技术的创新应用。
一、我国现有的压裂技术发展现状经过大半个世纪的改革创新，压裂材料和设备在压裂技术的运用中不断更新，压裂技术以其独特的自身优势，日益成为油田开发和单井产量提高的关键技术。
但是我国对现有压裂技术的发展与国外其发展水平仍存在较大差距，技术不过关且科技含量低等问题的存在十分明显，仍然需要加快科研步伐予以改善提高。
此外，我国重复压裂技术、复杂性储层压裂技术、煤层气压裂技术等应用范围狭窄，需要更加广泛地拓展其发展空间和应用领域。
同时压裂液技术使用过程中，因添加剂使用不当造成地层岩石矿物的损坏，油层的伤害以及压裂施工工程中的损失问题也需要进一步改善，要努力形成控制成本、降低滤失、促进环保的新型压裂液技术发展体系。