控制天然缝滤失的主要方法
控制液体滤失是优化水力压裂施工的重要因素,其主要目的是保证裂缝达到高穿透、支撑剂很好铺置和防止液体侵入地层过多,对地层造成伤害的目的。在常规压裂施工中,都假设液体滤失系数为一个常数,但是对于天然缝发育地层,由于地层内天然缝的存在,该类地层在压裂施工中的滤失量是很大的。
对于天然缝对地层滤失特性、裂缝张开条件和压力敏感滤失方程的研究已经很多(Nolte和Smith,1981;Castillo, 1987;Nolte,1991;Warpinski,1991;Barree,1996,1997)。在原始储层条件下(裂缝内压力等于原始地层压力),裂缝为变形或闭合状态,当液体刚进入时,液体压力小于裂缝闭合压力,裂缝为闭合状态,但此时已存在滤失,随着液体压力增加,等于或大于闭合压力,此时裂缝张开,滤失加大;当滤失量增加到一定量时,出现脱砂。Warpinski(1990)的研究表明,当缝内净压超过裂缝张开压力时,滤失系数将增加50倍。而Barree在1997的天然缝滤失研究表明天然缝的滤失系数为基质滤失系数的10倍左右。
总而言之,天然缝发育地层的滤失系数远比均质地层大,因此,如何很好地控制压裂液向天然缝内滤失,减少滤失量,提高液体效率是减少施工中砂堵和保证施工成功的关键。有效通过室内实验和现场施工实践,主要利用两种方法来控制天然缝地层的压裂液滤失,一种是采用高粘度压裂液或采用交联液作为前置液进行造缝,另一种方法就是添加固体防滤失剂来控制滤失。
Vinod等人的实验研究表明,低渗天然缝地层和高渗地层具有相似的滤失特性;交联液不但可以很好地控制液体的滤失,而且对地层的潜在伤害也比较小。而固体颗粒防滤失剂类型、颗粒大小和形状都对防滤失效果有不同程度的影响。几种防滤失剂的防滤失实验结果对比见表3。从表中可以看出,NSp.C降滤失效果较好,而硅胶粉对地层的伤害最小。
在加砂压裂中,小颗粒防滤失剂(300m)应在前置液注入过程中全程加入,提高天然缝内的液体压力,从施工开始就降低滤失。而对于外力张开型天然缝,为了控制其滤失速度,应在注入支撑剂前注入大颗粒防滤失剂(100m砂),它可以桥塞张开的裂缝或阻止缝的张开,因此阻止液体进入裂缝和滤失速度的增加。
在使用固相防滤失剂时,需要采用正确的注入程序,使用固相防滤失剂不能与支撑剂一同注入,否则将导致早期砂堵。
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