混合水压裂支撑剂铺置规律模拟研究

陈 鹏

（中国石化华北油气分公司石油工程技术研究院，河南郑州 450006）

水力压裂的目标是形成高导流能力的裂缝，这就要求支撑剂在裂缝中要有效支撑。决定支撑剂在裂缝分布规律的因素，包括施工排量、施工压力、砂比、压裂液和支撑剂性能等[1-3]。研究支撑剂在裂缝中的铺置规律，可以对施工排量和砂比等施工参数优化，选择合适的压裂液和支撑剂体系。目前，对支撑剂在裂缝中的铺置规律研究还不够深刻，通过对支撑剂铺置规律的研究，优化施工参数，提高压裂效果[4，5]。

根据杭锦旗锦58 井区盒1 储层混合水地质特征，建立盒1 储层压裂模型，通过模拟不同压裂液黏度、施工排量、泵注工艺对支撑剂在裂缝中铺置规律的影响。

1 混合水压裂模拟模型

为了分析主缝导流能力对储层压后产能的影响，采用等效渗流理论进行分析，模型假设：（1）用Warren-Root 模型表征双重介质模型；（2）压裂形成的主裂缝只有一条，微裂缝与井筒不相连，裂缝系统等效为基质和微裂缝两个渗流系统；（3）假设渗流均符合达西定律。

根据分析可以看出，主缝平均压力对产能影响较大，提高主缝渗透率（导流能力），可降低缝内压降损失，所以在井底压力一定的情况下，裂缝渗透率越高，缝内平均压力与地层原始压力差值越大，产量越高。同时还可以看出，微裂缝体积、微裂缝渗透率对产能也有明显的影响。因此提高主裂缝渗透率，尽可能的增加微裂缝的复杂程度是提高产量的有效方法。

根据杭锦旗锦58 井区盒1 储层工程地质（见表1）及储隔层结构特征（见图1）建立杭锦旗锦58 井区盒1 储层混合水压裂模拟模型。

表1 锦58 井区盒1 储层压裂模型物性参数

图1 锦58 井区盒1 储层压裂模拟模型

通过裂缝延伸模拟试验，分析压裂液黏度、施工排量、泵注工艺等因素对支撑剂铺置规律的影响。

2 支撑剂铺置规律影响因素分析

2.1 压裂液黏度的影响

通过采用常规压裂方式和混合水压裂方式采用不同的黏度压裂液注入分析支撑剂在裂缝中铺置规律进行分析，分析结果（见图2 和图3）。

图2 常规压裂方式下不同黏度压裂液支撑剂铺置规律

图3 混合水压裂模式下不同压裂液黏度组合支撑剂铺置规律

常规压裂时，随压裂液黏度增加，裂缝缝长大幅增加；压裂液低黏度时支撑剂下沉严重，随压裂液黏度增加，支撑剂铺置更加均匀。

混合水压裂时，由于前置液黏度低，缝长几乎不随黏度的增加而变化；随着混合水黏度的增加，支撑剂在裂缝内的铺置更加均匀。

2.2 施工排量的影响

采用混合水压裂方式，压裂液黏度组合为10+100 mPa·s，模拟不同施工排量下对支撑剂铺置规律的影响，模拟施工排量从3 m3/min 到8 m3/min。随施工排量增加缝长大幅提高，施工排量对缝长的影响远高于压裂液黏度；低施工排量下高支撑剂浓度集中于裂缝前端，随施工排量增加支撑剂的铺置更加均匀；施工排量对支撑剂铺置的影响略低于压裂液黏度。

2.3 泵注工艺的影响

通过采用正向混合水压裂和反向混合水压裂在不同排量下对支撑剂铺置规律的影响。低黏液造缝（10 mPa·s）、高黏液携砂（100 mPa·s），连续加砂。正向混合水压裂支撑剂铺置较为均匀，排量越大支撑剂铺置越均匀，缝长随着排量增加而不断增加。

高黏液造缝、低黏液携砂，连续加砂。反向混合水压裂支撑剂下沉严重、铺置极不均匀。

总体来看，大排量、高黏度携砂液，支撑剂铺置越均匀，缝长随着排量增加而不断增加，正向混合水压裂支撑剂铺置较为均匀。

3 压裂施工参数优化

混合水压裂工艺需满足以下要求：（1）能够快速施工，顺利转层，满足改造要求；（2）满足大排量、大液量施工；（3）压后井筒全通径，满足冲砂要求。通过对四种常用的水平井压裂工艺进行对比分析，优选连续油管带底封分段压裂和可溶桥塞分段压裂工艺作为混合水压裂的主体工艺（见表2）。

通过前面对混合水压裂支撑剂铺置规律影响因素分析，对前置液比例、单段液量、平均砂比、液体体系等施工参数进行优化，形成适合该区域盒1 气层的混合水压裂工艺（见表3）。

表2 混合水压裂工艺优选表

表3 混合水压裂施工参数优化方案

4 现场应用情况

根据研究成果，结合现场实际，按此研究成果实施采用混合水体积分段压裂水平井4 口（JPH-X01/JPHX02/JPH-X03/JPH-X04），全部见气，且较邻井气产量有大幅提升（见表4）。

5 结论

（1）建立混合水压裂数值模型对支撑剂铺置规律影响因素分析，确定了压裂液黏度、施工排量、泵注工艺对支撑剂铺置规律影响。

（2）对施工参数等进行优化，形成杭锦旗锦58 井区盒1 储层水平井混合水压裂工艺技术，现场应用效果良好。

表4 2018 年锦58 井区盒1 层混合水压裂实施效果统计表

（3）该技术能提高致密低渗气藏水平井压裂改造效果，为致密低渗气藏持续经济有效开发提供一种有效的技术途径，具有推广应用前景。