压裂液综合滤失系数的计算方法研究 (2005年)

准确认识和计算压裂液综合滤失系数,既是压裂施工设计中的一个关键问题,也是压后分析评估的一个核心内容。通过对压裂液综合滤失系数的四种计算方法,即理论计算方法、压后压力降落分析、瞬时关井压力梯度法和压裂过程压力反演方法综合分析后认为,理论计算方法得到的压裂液综合滤失系数往往小于实际情况,而且地层渗透率越低问题越严重,对此给出了理论计算方法计算的压裂液综合滤失系数的修正关系式,具有重要的借鉴和指导意义。 ### 压裂液综合滤失系数的计算方法研究 #### 概述 本文主要探讨了压裂液综合滤失系数的计算方法及其在实际应用中的重要意义。压裂技术是提高油气井产能的一种常用手段，而压裂液的滤失特性直接影响着裂缝的发展形态和最终效果。因此，对压裂液综合滤失系数进行准确计算对于优化压裂设计和提高施工效率至关重要。 #### 综合滤失系数的重要性 压裂液在注入过程中，会因为缝内外的压力差而向地层中滤失。合理的滤失有助于形成较宽的裂缝，但如果滤失过多，则可能导致以下问题：一是导致裂缝体积减小，影响裂缝的有效扩展；二是携砂液滤失导致缝中砂浓度增加，可能引起砂堵，进而迫使停泵或引发其他施工事故；三是如果压裂液与地层岩性不匹配，还可能导致地层渗透率降低等问题。 #### 综合滤失系数的计算方法 根据文章提供的信息，压裂液综合滤失系数可以通过以下几种方式进行计算： 1. **理论计算方法**：这种方法基于压裂液滤失的三种机制——粘度控制滤失、地层流体压缩性控制滤失以及造壁性滤失来确定综合滤失系数。公式分别为： - 粘度控制滤失系数 \(c_1 = \frac{0.24}{\mu} \sqrt{\frac{K}{\Delta p}}\) - 地层流体压缩性控制滤失系数 \(c_2 = \frac{0.1386}{C_f} \sqrt{\frac{K}{\Delta p}}\) - 造壁性滤失系数 \(c_3 = c'_w \sqrt{\frac{K}{\Delta p'}}\)（其中 \(c'_w\) 为实验室测量的造壁性滤失系数） 综合滤失系数可以通过调和平均法或改进后的分压降计算法获得，其中调和平均法的公式为 \(C = \frac{1}{\frac{1}{c_1} + \frac{1}{c_2} + \frac{1}{c_3}}\)，而分压降计算法则为 \(C = \frac{2c_1c_2c_3}{c_1c_3 + c_2c_3 + \sqrt{c_1^2c_3^2 + 4c_1c_2c_3(c_1 + c_3)}}\)。研究表明，分压降计算法更为精确。 2. **压后压力降落分析**：通过分析压裂施工结束后井口压力或井底压力的递减情况，可以间接获取有关参数。这种方法依赖于压后压力递减曲线的拟合，具体计算综合滤失系数的公式依据所采用的不同裂缝模型而有所不同。例如，对于传统二维裂缝模型，公式为 \(C = \frac{2(1-\gamma^2)H \beta p_{fit}}{EHL_r \sqrt{\pi t_{inj}}}\)；而对于拟三维裂缝模型，则采用 \(C = \frac{2(1-\gamma^2)H \beta p_{fit}}{3EH \sqrt{p_{fit} t_{inj}}}\)。 3. **瞬时关井压力梯度法**：这种方法通过测量关井后瞬时压力变化来估算综合滤失系数，适用于快速评估现场情况。 4. **压裂过程压力反演方法**：通过监测整个压裂过程中的压力变化，结合数值模拟技术反演出综合滤失系数。 #### 理论计算方法的问题与修正 文章指出，理论计算方法得到的综合滤失系数往往偏小，特别是在低渗透率地层中更为明显。为了改善这一情况，文中提出了一种修正关系式，用于调整理论计算得出的综合滤失系数，使其更接近实际情况。这种修正对于提高压裂设计的准确性具有重要意义。 #### 结论 压裂液综合滤失系数的准确计算对于压裂施工的成功至关重要。目前，已有多种计算方法被提出，每种方法都有其适用场景和局限性。理论计算方法因其简便性而在实际工作中得到了广泛应用，但需要注意其结果可能需要根据具体情况加以修正。此外，压后压力降落分析和压裂过程压力反演方法等也能提供宝贵的信息，有助于更全面地评估压裂效果。未来的研究应进一步探索如何结合多种方法的优势，以实现更加精准的压裂液滤失特性预测。