压裂液滤失控制技术研究

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压裂液是压裂工艺的核心,它的主要功能是劈开裂缝并沿缝输送支撑剂。压裂液的效率不仅会直接影响裂缝的动态几何尺寸,也在很大程度上决定了压裂施工的成败,因此,控制压裂液滤失是有效压裂施工的关键之一。压裂液滤失带来的影响是很大的,压裂液大量滤失后,除了液体效率降低外,压裂液的粘度、流变性能等都会发生明显变化,滤失严重时出现砂堵、压裂液变的不可泵送等现象,造成压裂难度加大,甚至导致压裂失败;其次,压裂液大量滤失后会在岩石表面形成致密的滤饼,由于滤饼的渗透率比地层渗透率小得多,阻碍了地层流体向裂缝的流动,同时滤饼占据了部分以至整个支撑剂之间的间隙,对裂缝的导流能力也会造成巨大伤害;最后,压裂液滤液进入地层后会对地层造成不同程度的伤害,导致压裂增产效果差。所以既能有效控制滤失,又能降低压裂液对储层伤害一直是滤失控制技术研究的方向。本文以研究压裂液滤失控制技术为主线,在文献调研的基础上,首先分析了目前的压裂液滤失控制技术的研究现状,然后从常规聚合物压裂液滤失控制技术和新型无残渣压裂液滤失控制技术两大方面进行了理论和实验研究。在传统一维滤失模型下对常规聚合物压裂液滤失机理进行了分析总结,确定了压裂液滤失控制的三种机理及相应的滤失系数,受压裂液造壁性控制的滤失系数Cw是研究的重点。在对常规聚合物压裂液滤失控制技术的实验研究中,找出了几种因素作用下压裂液的滤失规律,并通过对实验结果分析,提出了常规聚合物压裂液滤失控制时存在的问题和拟解决的矛盾,其中降低压裂液滤失的同时却增加了对储层的伤害成为了主要矛盾问题。通过对各种降滤失剂滤失控制技术的实验研究可知,目前常用的降滤失剂都具有良好的降滤失性能,但使用后对储层的伤害不可忽视,储层基质岩心渗透率和支撑裂缝导流能力的伤害率都较高,这也是降滤失剂存在的问题,所以降滤失剂滤失控制技术也并未很好地解决压裂液滤失和伤害这一矛盾问题,有待进一步研究。对于无造壁性的压裂液体系,滤失机理不同,其滤失控制的影响因素也有所不同,一直以来在这一方面的研究都较少,使得压裂液滤失控制技术研究存在一定的局限性。为此,本文进一步研究了新型无残渣压裂液滤失控制技术,根据GRF压裂液滤失的实际情况,设计了一套适合此种压裂液的滤失量测定装置并建立一种准确可行的滤失测定方法。采用人造岩心作为滤失介质对GRF压裂液进行了滤失性能评价,结果表明GRF压裂液滤失性能良好。通过对GRF压裂液滤失的影响因素的研究发现,GRF压裂液在液测渗透率低于10×10-3μm2的地层中压裂液滤失性能很好,当液测渗透率高于10×10-3μm2时,压裂液滤失系数增大速率较大,要考虑辅助的滤失控制措施(如氮气伴注);由于GRF压裂液滤失时不会产生滤饼,压差对GRF压裂液的滤失影响较小;温度对压裂液的滤失影响较大,温度越高,GRF压裂液滤失越大。大量的理论、室内实验以及现场试验研究结果表明:GRF系列压裂液具有良好的滤失控制性能,这主要是受其粘弹性决定的,由此提出了GRF系列压裂液的粘弹性控制滤失的观点。值得重视的是,在GRF压裂液对储层伤害测试实验中,GRF压裂液表现出了显著的低伤害性,其对岩心基质渗透率和裂缝导流能力的伤害都较小,所以在有效控制滤失的同时又减小了压裂液对储层的伤害,具有相当的优势和应用前景。总的来说,本文通过对压裂液滤失控制技术的研究,了解了各种滤失控制技术的优缺点和使用的局限性,可以为压裂液优化及压裂施工提供有效的理论和实验依据。并找到了一种既能有效控制滤失、又在很大程度上降低对储层伤害的新型无残渣压裂液,可以为压裂液滤失控制技术提供新的研究思路、为低渗透油藏的压裂开采和储层保护提供新的研究方向。
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