压裂防砂数值模拟技术研究及应用

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1、压裂防砂数值模拟技术研究及应用摘要：本文论述了疏松砂岩油藏压裂防砂机理、大键理论技术，重点进行了数伉模拟研究，并以Mfrac,Gohfcr>Fracpro软件为例，进行丫裂缝形状及参数预测、压后效果分析、射孔层段/排最/液呈优化组合、加转向剂缝高控制模拟等，数模结果在众多区块、油井的现场应用中取得了良好效果，为该类汕藏防砂和髙效开发提供了借鉴。关键词：疏松砂岩汕藏压裂防砂数值模拟现场应川效果分析一、概述在疏松砂岩油藏在开发过程中，由干出砂严重及钻井污染得不到解除，严重影响油外正常生产，主要表现在：疏松砂岩渗透层不仅在近并地带普遍存在污染

2、带，地层深部的渗透率也会因生产过程屮的微粒移动不断卜'降，奋的还相当严重。常规解堵方法不仅奋效期短，而且不能解决地层深部伤害的解除和防范问题。常规防砂方法如化学防砂、机械防砂会造成汕井产能进一步降低。W此利用防膨稳砂剂作为预先处理液，采取适当的压裂充填措施，能够在很大程度上缓解上述矛盾或彻底解决科关问题。灰裂防砂技术可在地层屮形成高导流能力裂缝，从而防止汕层深部岩石微粒运移，实现近井地带解堵及深部穿透污染带，形成冇效的防砂带，降低生产压差和近井地带压降漏斗，改变径14流动为双性流动模式，缓解或解除出砂趋势。压裂防砂工艺技术主要包括防膨稳

3、砂、端部脱砂压裂技术（TSO）和压裂充填技术。目前压裂防砂是国外首选的防砂工艺技术，在中国也F1益受到重视，应用范围不断扩大。二、压裂防砂机理及关键技术分析研究（一）压裂防砂机理压裂是低渗透汕藏幵发的主导丄艺。压裂防砂之所以能够防砂，是由于裂缝的存在而形成了典型的双线性流动形式，而支撑带对地层微粒又具有桥堵作用。1、压后地层流体的双线性流动模式地层流体向井底的流动必然沿若肌力最小的通道。对于均质未压裂地层，流体流入井底的模式为标准径向流，不M的等压线为大小不Ml的以井底为圆心的同心圆。油井压裂以后，流体沿着具有高导流能力裂缝的流动m力非

4、常小。-•般简化为垂直于裂缝的直线流和裂缝内的直线流，称为“双线性流动模式”（见图1）。■■物——~麗■nnTn图1压前径向流及压后典彻双线性流动校堺2、裂缝对缓解或避免岩石破坏的作用对于疏松砂岩而言，成功的压裂吋使油井的产能提高2-3倍；井底污染堵塞严重的井，压裂增产倍数还会更高。如果保持压裂前后相同的产量，压P生产压差可以降低2倍以上，液体流动压力梯度会有更人幅度的降低。可见，其有高导流能力的压裂裂缝在穿透井底污染堵塞帯的同吋，将地层流体原来的径向流形式转变为双线流形式，不但可以达到增产II的，而且可以适当降低生产压差和较大幅度地降

5、低压力梯度，从而缓解或避免了岩石骨架的破坏，缓解了出砂趋势和出砂程度。3、裂缝对降低流体携带微粒能力的作用对于压前径向流动，随着流体向井底的积聚，流动速度越来越米越大。压后双线性流动形式决定了具有较人的裂缝面，对流体有很好的分流作用，从而人人降低流速。压后和压前流速的定量比例关系见表1。表1压P和压前流速比例关系v/vrQ/Qr=1Q/Qr-2Q/Qr=3Lf=30m40mLf=30m40mLf=30m40mR=0.1m0.00520.00390.01040.00780.01560.0117R=1.0m0.0520.0390.1040.

6、0780.1560.117R=5.0m0.26().1950.520.390.780.585由表1可以看出，当灰P产朵是灰前产:W:的2倍时，压r流体流h'd裂缝的速度比乐前井壁出（r=O.lm）的流速降低了100倍以上，比压前r=1.0m处的流速降低了10倍以上，比压前r=5.0m出的流速降低r2倍以上。很明显，裂缝导致的双线流动形式发挥丫很好的分流作用，从而大大降低了流动对地层微粒的冲刷携带作用。4、裂缝支撑带对地层微粒的桥堵作用裂缝支撑带对地层微粒的桥堵作用类似井底砾石充填层的防砂作用。根据地层微粒的粒径分布规律和砾石充填中选择砾

7、石大小的准则，同样对以选择压裂砂粒径规格。必要时还吋以设计完全充填涂料砂或在近井的缝口段充填涂料砂，以提高裂缝对地层砂的桥堵作川。由以上所述，压裂产生的高导流能力裂缝对地层出砂趋势的控制作川表现在三个关键环节上：防止减缓岩石结构的破坏，降低流体对地层微粒的冲刷和携带能力以及裂缝填砂带对地层微粒的桥堵作用。三种作川机理的结合形成压裂裂缝的综合防砂机理。（二）压裂防砂关键技术分析研究压裂技术作为一项常规增产增注措施工艺¥已在低渗油气藏得到广泛应用，技术十分成熟。而将压裂工艺人规模应用于高渗透胶结疏松的软地屋作为防砂完井措施却是二十世纪九十年

8、代的事。Smith等人首次发表了以充填宽裂缝为主要目的的“端部脱砂压裂”技术，使得中、高渗油藏的压裂防砂进入了一个工业应用阶段。n前，在全世界范围内，压裂充填防砂施工井数与日俱增,而且，施工井数已占它各类防