楊振周 陳勉 胥云 蒙傳幼 許志赫

1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院

火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力試驗(yàn)

楊振周1,2陳勉1胥云2蒙傳幼2許志赫2

1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院

火山巖氣藏的壓后效果和壓裂有效期取決于壓裂支撐劑的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力,以往采用短期導(dǎo)流能力室內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì),不能反映真實(shí)的裂縫導(dǎo)流能力,導(dǎo)致預(yù)測(cè)的氣井產(chǎn)能差別較大。為了得到真實(shí)的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力,采用改進(jìn)的壓裂支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試裝置對(duì)火山巖巖板進(jìn)行了長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試,發(fā)現(xiàn)支撐劑在火山巖巖板上有明顯的嵌入,造成導(dǎo)流能力明顯下降,并且50 h后導(dǎo)流能力還沒有完全穩(wěn)定,導(dǎo)流能力的變化趨勢(shì)也不同于鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力(而鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力50 h后的導(dǎo)流能力數(shù)值基本穩(wěn)定)。同時(shí),對(duì)不同閉合壓力下的巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力和鋼板短期導(dǎo)流能力進(jìn)行了對(duì)比,得出了兩者之間的關(guān)系。巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力提供了模擬儲(chǔ)層條件下的真實(shí)數(shù)據(jù),也反映了裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力變化趨勢(shì),對(duì)于準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)火山巖氣藏的生產(chǎn)能力有著重要意義。

火山巖 壓裂 長(zhǎng)期導(dǎo)流能力 支撐劑 壓力 試驗(yàn)

深層火山巖埋藏深,儲(chǔ)層閉合壓力大,支撐劑在閉合壓力的長(zhǎng)期作用下易破碎,導(dǎo)致導(dǎo)流能力明顯下降[1-2]。同時(shí),由于火山巖巖性復(fù)雜,裂縫發(fā)育,巖石堅(jiān)硬,楊氏模量高,對(duì)支撐劑是否嵌入火山巖儲(chǔ)層影響導(dǎo)流能力認(rèn)識(shí)不清[3]?；鹕綆r氣藏的壓后效果和壓裂有效期取決于壓裂支撐劑的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力,因此壓裂支撐劑室內(nèi)導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)一直是壓裂設(shè)計(jì)人員最為關(guān)心的數(shù)據(jù)之一。如何獲得接近地層條件下的支撐劑長(zhǎng)期裂縫導(dǎo)流能力一直困擾壓裂設(shè)計(jì)的一個(gè)難題[4]。準(zhǔn)確的長(zhǎng)期導(dǎo)流數(shù)值可以大大提高壓裂設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,但是室內(nèi)測(cè)試值往往為短期導(dǎo)流能力值,每個(gè)閉合壓力點(diǎn)只測(cè)試0.25 h,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)是不夠的,因?yàn)樵谶@么短的時(shí)間內(nèi),導(dǎo)流能力數(shù)值還沒有穩(wěn)定,還在變化,無法為壓裂設(shè)計(jì)提供精確的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力變化曲線[5]。長(zhǎng)期導(dǎo)流能力采用10、20、30、40、50、60、70 M Pa共7個(gè)導(dǎo)流能力測(cè)試點(diǎn),單點(diǎn)測(cè)試時(shí)間為50 h。

1 火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)裝置

在20世紀(jì)80年代,壓裂支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試裝置已經(jīng)基本統(tǒng)一,API RP61中推薦的線性流支撐劑短期導(dǎo)流能力測(cè)試裝置被廣泛采用。使用API線性流裝置獲得的短期導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)不僅用來評(píng)價(jià)支撐劑的性能,而且用于計(jì)算機(jī)程序壓裂設(shè)計(jì)的輸入?yún)?shù)。

API支撐劑線性流短期導(dǎo)流能力測(cè)試裝置解決了測(cè)量介質(zhì)的達(dá)西流動(dòng),模擬的流動(dòng)狀態(tài)比徑向流裝置更接近地層情況。采用先進(jìn)的微壓差計(jì),測(cè)試結(jié)果也更加準(zhǔn)確。但是,該裝置使用不銹鋼鋼板模擬巖板,測(cè)試時(shí)間也比較短,溫度也僅限于室溫。隨著壓裂設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步,壓裂設(shè)計(jì)對(duì)支撐劑導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)提出了更高的要求,支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試裝置測(cè)試結(jié)果可以滿足壓裂設(shè)計(jì)的需要[6]。

支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流測(cè)試裝置是在API線形導(dǎo)流裝置的基礎(chǔ)上改造而成,減少了為獲得平行數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間,組裝時(shí)將2個(gè)以上的導(dǎo)流室疊加在一起。單個(gè)壓力點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間達(dá)到50 h,所獲得的支撐劑導(dǎo)流數(shù)據(jù)更接近地層實(shí)際情況。雖然支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)還屬于非標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),但已經(jīng)廣泛地被國(guó)際石油工程界接受,國(guó)際服務(wù)公司大都按支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)或支撐劑驗(yàn)收的依據(jù)[7]。

實(shí)驗(yàn)條件:測(cè)試樣品河南高密度陶粒支撐劑(中國(guó)有代表性的陶粒支撐劑);支撐劑鋪置濃度為10 kg/ m2;測(cè)量方式為API線形流;測(cè)量介質(zhì)為二次蒸餾水, 2%的鹽水;測(cè)試溫度為24℃(室溫)、80℃;流體流量為6 m L/m in、2 m L/m in;使用4Cr13不銹鋼片,火山巖巖板;實(shí)驗(yàn)點(diǎn)為45 M Pa、50 h,10、20、30、40、50、60、70 M Pa共7個(gè)導(dǎo)流能力測(cè)試點(diǎn),單點(diǎn)測(cè)試時(shí)間為50 h;實(shí)驗(yàn)方法參考美國(guó)STIM -LAB長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試方法。

2 常規(guī)粒徑的火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力

選擇的支撐劑鋪置濃度為10 kg/m2,所獲得的數(shù)據(jù)可與數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。短期導(dǎo)流每個(gè)閉合壓力點(diǎn)測(cè)試0.25 h,長(zhǎng)期導(dǎo)流每個(gè)閉合壓力點(diǎn)測(cè)試50 h。

長(zhǎng)期導(dǎo)流能力的實(shí)驗(yàn)條件均考慮了地層溫度、地層鹽水的影響,為了實(shí)際考察支撐劑嵌入地層的影響,使用了火山巖巖板。實(shí)驗(yàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)驗(yàn)時(shí)間超過300 h。

從實(shí)驗(yàn)后的巖板照片(圖1、2)并結(jié)合導(dǎo)流曲線分析,嵌入的印記清楚,影響十分明顯,這種影響并非來自縫寬的減少,而是源于被嵌入造成碎屑進(jìn)入支撐劑縫,并且隨測(cè)量介質(zhì)的流動(dòng)產(chǎn)生長(zhǎng)期的運(yùn)移和沉積而造成。隨著閉合壓力的增加,這種影響變得更加明顯。因此,在支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)中使用巖板模擬地層條件十分必要。

圖1 火山巖原樣樣板圖

圖2 支撐劑嵌入后的火山巖樣板圖

閉合壓力一定的情況下,50 h后導(dǎo)流能力還沒有完全穩(wěn)定,說明導(dǎo)流能力還有進(jìn)一步下降的趨勢(shì)(圖3),導(dǎo)流能力的變化趨勢(shì)不同于鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力,而鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力50 h后的導(dǎo)流能力數(shù)值基本穩(wěn)定。

圖3 高密度陶粒10 kg/m2長(zhǎng)期導(dǎo)流能力曲線圖

在閉合壓力一定的情況下,火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力比鋼板短期導(dǎo)流能力低28.66～49.86μm2·cm,火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力和鋼板短期導(dǎo)流能力之比值為0.62～0.85。不同閉合壓力下的兩者的比值也不一樣(表1)。因此為了得到準(zhǔn)確的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力巖板的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)是必要的。以往的國(guó)內(nèi)壓裂設(shè)計(jì)在沒有長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的情況下,有經(jīng)驗(yàn)的壓裂設(shè)計(jì)人員經(jīng)常取短期值的1/3作為計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)軟件的輸入數(shù)據(jù),以此來降低因?qū)Я髂芰Σ钪翟斐傻挠?jì)算結(jié)果的誤差。

表1 火山巖長(zhǎng)期導(dǎo)流能力和鋼板短期導(dǎo)流能力的比較表

在閉合壓力50～60 M Pa時(shí),火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力和鋼板短期導(dǎo)流能力的比值較小(圖4),說明支撐劑的嵌入和破碎對(duì)支撐劑導(dǎo)流能力影響較大,因此要獲得接近地層實(shí)際情況的支撐劑導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì),而不能再依賴經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖4 高密度陶粒短期導(dǎo)流與長(zhǎng)期導(dǎo)流能力比較圖

3 結(jié)論和建議

1)短期導(dǎo)流能力及鋼板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力可以用于比較支撐劑性能的優(yōu)劣,但其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于優(yōu)化設(shè)計(jì),導(dǎo)致優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果出現(xiàn)誤差,建議壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)要采用火山巖的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力數(shù)據(jù)。

2)支撐劑在高閉合應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下會(huì)產(chǎn)生嵌入現(xiàn)象和破碎,導(dǎo)致裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力下降,因此應(yīng)根據(jù)不同儲(chǔ)層深度優(yōu)選合適的高強(qiáng)度支撐劑。

3)火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力提供了模擬儲(chǔ)層條件的真實(shí)的數(shù)據(jù),反映了裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力變化趨勢(shì),有較高的參考價(jià)值。

[1]馮程濱,謝朝陽(yáng),張永平.大慶深部裂縫型火山巖儲(chǔ)氣層壓裂技術(shù)試驗(yàn)[J].天然氣工業(yè),2006,26(6):108-110.

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An experimental study of long-term flow conductivity of volcan ic rock core plate

Yang Zhenzhou1,2,Chen M ian1,Xu Yun2,Meng Chuanyou2,Xu Zhihe2
(1.China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.Langfang B ranch of Petroleum Ex p loration and Development Research Institute,PetroChina,L angfang,Hebei 065007,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 10,pp.42-44,10/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

Both post-frac result and effective p roducing time after fracturing in volcanic gas reservoirsare determined by the long-term flow conductivity of the p roppant.The fracturing op timization design based on the laboratory data of sho rt-term flow conductivity can not reflect a real flow conductivity of fractures in field p ractices,w hich results in a large difference in the p rediction of a gaswell’s p roductivity.In view of this,the imp roved equipments on testing flow conductivity of p roppant are used to test the long-term flow conductivity of a volcanic rock co re plate.The experiments show that there isobvious imbedding of p roppant in the volcanic rock core plate,w hich results in a significant decrease of flow conductivity.Furthermore,after 50 hrs,the flow conductivity of the volcanic rock core p late,unlike that of a steel plate,is still unsteady and its changing trend is also different.Meanw hile,the long-term flow conductivity of a core p late and the sho rt-term flow conductivity of a steel p late are compared and their relationship is drawn.The long-term flow conductivity of a core p late p rovides the real data under the simulated reservoirsand reflects the changing trend of the long-term flow conductivity of fractures.This study is of significance for the accurate evaluation of the p roductivity of volcanic gas reservoirs.

volcanic rocks,fracturing,long-term conductivity,suppo rt agent,p ressure,test

楊振周等.火山巖巖板長(zhǎng)期導(dǎo)流能力試驗(yàn).天然氣工業(yè),2010,30(10):42-44.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.10.010

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“含CO2天然氣藏安全開發(fā)與CO2利用技術(shù)”(編號(hào)2008ZX05016)。

楊振周,1966年生,高級(jí)工程師,博士;現(xiàn)在在中國(guó)石油大學(xué)(北京)博士后科研流動(dòng)站工作;主要從事壓裂酸化工藝技術(shù)研究工作。地址:(102249)北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號(hào)。電話:(010)69213496。E-mail:yzz69@163.com

(修改回稿日期 2010-08-10 編輯 韓曉渝)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.10.010

Yang Zhenzhou,senior engineer,born in 1966,is studying fo r a Ph.D degree,being mainly engaged in research on technologiesof f racturing and acidizing.

Add:Mail Box 219,No.18,Fuxue Rd.,Changping District,Beijing 102249,P.R.China

Tel:+86-10-6921 3496 E-mail:yzz69@163.com