端部脱砂

端部脱砂压裂曹钦亚研究背景水力压裂作为一项增产措施，在低渗油藏中得到了广泛的应用。在致密储层中,建立长的高导流裂缝能够极大地提高产量,这是传统的水力压裂的主要优势。但是，在当地层渗透率达到一定程度后，压后产量随着缝长的增加效果不明显。原因是油气井压裂后，流体沿着具有高导流能力的裂缝进行流动时，流动阻力非常小，因此地层流体流入井底不再遵循径向流动模式，而是形成双线性流动模式。相反,建立短而宽的高导流裂缝才可能解除损害、防止近井地带坍塌和实现产量的大幅度提高。基于这种形式，国外于80年代中期研究开发了端部脱砂压裂技术。研究背景压裂前后井筒附近流体流动方式示意图概念端部脱砂压裂，又称为高砂比压裂、短宽缝压裂，该方法是当缝长达到一定值后，有意在裂缝的端部（周边）形成砂堵，阻止裂缝向前沿缝长方向延伸，同时以一定的排量继续泵入不同支撑剂浓度的压裂液，迫使裂缝“膨胀”，获得较宽的裂缝和较高的砂浓度(一般支撑剂在裂缝中的铺置浓度可达40kg/m2)，达到提高导流能力的目的。工艺发展第一例端部脱砂压裂是对一非常软的白垩地层实施的，该地层严重的出砂现象使得不得不造出异常宽的裂缝。后来有意识地使用端部脱砂压裂技术处理高渗透油气藏，却是为了获得最大的裂缝导流能力，而不仅仅是为了减小支撑剂嵌入的影响。进入九十年代,美国和英国在墨西哥湾、北阿拉斯加和北海等油田,以及其它一些国家在不同油气田对高渗透层进行端部脱砂压裂,都取得了使油气井长期增产的良好效果。从那时起，端部脱砂压裂技术就越来越多地被应用于中高渗透地层的生产改造中。高渗透层高渗透层压裂要求产生的裂缝较短,但裂缝较宽,特别是应当具有更高的裂缝导流能力。因为：①高渗透层本身具有很高的导流能力,储层流体较易于流向裂缝。因此,加大裂缝长度,不是提高高渗透层产量的关键因素。②泵送的压力更多地用于扩大裂缝宽度,它有利于疏通地层污染带,减小表皮因子，提高产量。③建立短而宽的高导流裂缝,有效地增大了井筒泄油半径。因此,降低近井地带的生产压差和径向流动速度,可防止或减少地层出砂和井壁坍塌,实现在较低的生产压差下获得较高的产量,还可提高了储层能量利用率。④对于层状油藏,控制恰当的裂缝高度,还可使层间互相连通,扩大增产效果。端部脱砂压裂机理当压裂液靠近裂缝端部时，有两个原因会使砂堵发生。其一是裂缝端部比较狭窄，以至于支撑剂颗粒难以通过；其二是压裂液在缝端滤失极高，使得携砂液严重脱水，而形成一段高粘段塞。不论哪种情况发生，继续注入的支撑剂将形成砂堵，从而终止了裂缝的进一步延伸。端部脱砂压裂有两个明显不同的阶段;①造缝至端部脱砂阶段（与常规压裂相同）;②裂缝膨胀变宽和支撑剂充填阶段（裂缝膨胀，压力上升）。端部脱砂机理（1）携砂液在裂缝内能够保持良好的冻胶状态，保证缝内砂浆以悬砂状态运移，使地面泵注的各级压裂液在缝内能够呈现出一定的次序规律;（2）前置液和携砂液在压裂过程中所处的温度条件和机械剪切条件有较大的区别，使得前置液的破胶速度比携砂液快;（3）根据前置液和携砂液在胶体状态、初滤失和有效滤失时间等方面的差别，可以得出在脱砂压裂过程中前置液的滤失速度明显大于携砂液的滤失速度;（4）裂缝面具有一定的硬度，可以保证脱砂砂桥的稳定性，从而控制了裂缝的扩展。端部脱砂技术使用条件(1)被深度污染伤害了的中高渗地层，在这种情况下酸化不可能有效的解除。(2)有些地层不适于采用酸化处理。(3)存在有底水、气顶或靠近注水井的地层或油气井在这种情况下，由于缝高及缝长的限制，不可能进行大规模压裂。(4)胶结疏松的易出砂地层，实施TSO（端部脱砂）的压裂充填后，砂层得以支撑。(5)有条件的应用于重复压裂的井层。端部脱砂压裂的应用1、解堵2、增产3、油藏管理4、防砂（1）缓解或避免岩石结构的破坏（2）降低流体对地层微粒的冲刷和携带能力（3）裂缝支撑带对地层微粒的桥堵作用（4）减轻地层伤害压裂填充砾石充填是常规的防砂方法，但是其往往引起地层伤害。在这种情况下控制出砂就是以降低油井总产量为代价的。压裂充填就是把缝端脱砂压裂技术和砾石充填防砂技术结合来进一步改善防砂效果的。有一步法、两步法和油管压裂充填三种方法。①一步法是指射孔后洗井,下入砾石充填总成,然后一次完成端部脱砂和充填②两步法是指形成端部脱砂后洗井,再下入砾石充填总成,完成充填。③油管压裂充填亦称不需要钻机的压裂填充，即不需要井下砾石充填设备,但必须使用具有长期防砂作用的支撑剂。目前应用最多、相对也比较成熟的是一步法。压裂填充和端部脱砂区别一般说来，实施压裂充填的地层渗透率比端部脱砂的高，裂缝效率比端部脱砂的低。常规的端部脱砂只有裂缝的周边被填充，而压裂充填从缝口到缝端都得到充填，并且铺砂浓度都等于砂堤浓度，从而很大的提高了裂缝的导流能力。常规的端部脱砂压裂一般用于中渗硬地层，而压裂充填多用于未胶结的高渗软地层。成功的压裂充填的优点在于它在砂堤浓度下将所有的动态缝宽填充起来。而常规端部脱砂压裂中支撑裂缝的宽度仅为沉降的砂堤浓度除以泵入结束时裂缝中压裂液的浓度。端部脱砂压裂设计端部脱砂压裂设计是一个十分繁琐的过程，另外它还包含许多不确定性因素，因此，除了进行压前数值模拟与优化设计之外，现场在进行正式压裂之前常先进行小规模压裂以摸清地层情况和制定合理的压裂方案。其一般包括两个设计阶段：（1）脱砂前正常的裂缝延伸阶段设计（2）脱砂后裂缝膨胀阶段设计端部脱砂压裂设计结论（1）端部脱砂压裂是一项对中高渗透油气层进行增产改造的有效措施，其机理就是在水力压裂的过程中使压裂液在缝端发生适时的脱砂，形成砂堵，阻止裂缝在缝长方向的延伸；继续泵入压裂液，裂缝膨胀，形成所谓的短宽缝。（2）端部脱砂压裂设计的关键是求出端部脱砂发生的时间及施工结束的时间（控制条件是地层限压值），然后根据预设的初砂比和最大砂比进行加砂程序设计。由加砂方案和所选用的支撑剂类型可以计算裂缝最终导流能力，以判断设计是否达到期望的要求。结论（3）裂缝宽度和高度是根据油藏和油田参数综合考虑的结果，裂缝长度越大时发生端部脱砂的时间越迟，整个施工进行的时间也越长。（4）端部脱砂压裂的目的是要获得很大的裂缝宽度，设计缝长增大时裂缝的最终宽度也将增大，所以缝长是缝宽的一个限制因素，为了达到较大的裂缝宽度可以考虑增加缝长，但是缝长的选定还要考虑井网、井距等因素。（5）端部脱砂压裂又称高砂比压裂，对其压裂液的携砂性能要求较高。增大压裂液的粘度是提高其携砂性能的有效方法。随压裂液粘度的增大，裂缝的最终宽度也将增大，为了达到较大的裂缝宽度可以考虑适当增加压裂液粘度，但是压裂液粘度的选定还要考虑成本、摩阻等方面的要求。谢谢！