深層致密砂巖氣藏干濕交替誘發(fā)氣井出砂實(shí)驗(yàn)?zāi)M

康毅力，邵佳新，游利軍，黃恒清，張 震，張翔宇

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000；3.中國石化勝利油田分公司純梁采油廠，山東濱州 256505）

世界范圍非常規(guī)致密型氣藏已成功商業(yè)化開發(fā)利用，勘探開發(fā)技術(shù)已經(jīng)取得跨越式發(fā)展。深層致密砂巖氣藏等天然氣資源逐漸成為勘探開發(fā)的新目標(biāo)和重點(diǎn)領(lǐng)域［1］。塔里木盆地庫車坳陷深層致密砂巖氣藏具有基塊致密、天然裂縫發(fā)育及高溫、高壓和高地應(yīng)力的特征［2-3］，部分深層致密砂巖氣藏還具有高地層水礦化度、局部存在超低含水飽和度現(xiàn)象［4-6］。

以塔里木盆地庫車坳陷深層致密砂巖氣藏為例，DB-W908井經(jīng)歷四開氣體鉆開氣藏后使用水基壓井液，壓井后五開繼續(xù)氣體鉆進(jìn)，然后又進(jìn)行酸壓的過程。氣體鉆開深層致密砂巖氣藏過程中，由于高速氣流循環(huán)使得近井地帶水分蒸發(fā)，產(chǎn)出的天然氣還會(huì)攜帶氣藏氣態(tài)水，進(jìn)一步降低近井地帶氣藏含水飽和度。在氣體鉆進(jìn)結(jié)束后、或中途測(cè)試后以及處理井下復(fù)雜情況時(shí)，一般會(huì)轉(zhuǎn)換為水基工作液壓井并鉆進(jìn)，或恢復(fù)氣體鉆進(jìn)。即使使用液體鉆開氣藏，也將面臨壓井、酸化和酸壓等過程而增加氣藏含水飽和度。氣體鉆進(jìn)過程中，氣藏含水飽和度驟降，而后續(xù)水基工作液侵入氣藏又使得近井地帶氣藏含水飽和度驟增。深層致密砂巖氣井完井和生產(chǎn)作業(yè)過程中，氣藏含水飽和度的這種劇烈變化現(xiàn)象，被稱為干濕交替［7］。氣體鉆開氣藏后使用水基工作液交替作業(yè)，或是氣藏生產(chǎn)過程中汽化攜液引起的地層水蒸發(fā)現(xiàn)象，使巖石經(jīng)歷干濕交替，有可能加劇巖石的再變形和再破壞進(jìn)程［8］。巖石力學(xué)及工程地質(zhì)學(xué)者研究指出，巖樣在含水與干燥狀態(tài)下的巖石強(qiáng)度存在明顯差異［9］，且縱橫波速變化顯著［10］，經(jīng)歷過干濕交替的巖石更容易在較低的應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生裂紋擴(kuò)展［11］，隨著干濕交替輪次的增加，巖石強(qiáng)度的弱化加?。?2-13］。

前人對(duì)近地表層降雨和邊坡水位升降等引發(fā)的干濕交替對(duì)巖石強(qiáng)度的作用研究較多，即干濕交替自身對(duì)巖石強(qiáng)度的影響。在高溫、高壓、高地應(yīng)力致密氣藏中，除了干濕交替自身弱化巖石強(qiáng)度外，重點(diǎn)關(guān)注了干濕交替過程中酸壓、高速氣流、應(yīng)力釋放、高地層水礦化度和黏土礦物等對(duì)巖石強(qiáng)度弱化的作用。疏松砂巖油氣藏巖石膠結(jié)性差，油氣開采過程中近井地帶的出砂現(xiàn)象較為普遍。然而，深層致密砂巖氣藏巖石顆粒膠結(jié)程度強(qiáng)，出砂機(jī)理與疏松砂巖差別較大，且出砂機(jī)理復(fù)雜。深層致密砂巖氣藏出砂現(xiàn)象已逐漸引起關(guān)注，尤其是經(jīng)歷復(fù)雜干濕交替變化的氣井表現(xiàn)更為突出，僅有極少數(shù)學(xué)者提出幾種可能的誘因［14-15］。為此，筆者將系統(tǒng)開展深層致密砂巖氣藏巖樣與不同類型液體作用的干濕交替實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)前后巖樣的縱橫波傳播速率并計(jì)算動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)，同時(shí)開展干濕交替前后應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，分析干濕交替誘發(fā)深層致密砂巖氣藏出砂機(jī)理，探討其對(duì)氣井生產(chǎn)的影響，并提出控制出砂的技術(shù)措施和建議。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)巖樣取自塔里木盆地庫車坳陷DB 深層致密砂巖氣藏。平均埋深為5 000 m，溫度為136～145 ℃，壓力為79.46～83.49 MPa，最大和最小水平主地應(yīng)力分別為148.39 和125.70 MPa，部分地層水礦化度高達(dá)200 000 mg/L。巖石類型以巖屑砂巖和砂礫巖為主，膠結(jié)類型主要為孔隙式、孔隙-基底式，顆粒接觸關(guān)系主要為線接觸。分析儲(chǔ)層巖石學(xué)特征，其中石英含量為57.2%～81.7%，平均為68.2%；鉀長石含量為2%～14%，平均約為10.2%；斜長石含量為1%～10%，平均約為5.5%。全巖及黏土礦物分析結(jié)果顯示，研究區(qū)塊儲(chǔ)層的石英含量較高，平均達(dá)79.5%，黏土礦物的平均含量為5.4%，以伊利石及伊/蒙間層為主，含少量綠泥石和高嶺石。研究區(qū)構(gòu)造核心區(qū)儲(chǔ)層孔隙度為1%～14%，基塊滲透率為0.004～0.1 mD。裂縫線密度為0.7～1.47 條/m，平均約為1 條/m。選取8 塊巖樣開展干濕交替和應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，巖樣的基礎(chǔ)物性參數(shù)如表1所示。

表1 巖樣基礎(chǔ)物性參數(shù)及干濕交替液體類型Table1 Basic physical parameters of rock samples and types of dry-wet alternating liquids

實(shí)驗(yàn)用水為根據(jù)研究區(qū)地層水配制的模擬地層水，總礦化度為209 237.52 mg/L，其中NaHCO3，Na2SO4，NaCl，KCl，MgCl2和CaCl2的質(zhì)量濃度分別為563.24，649.22，185 905.74，12 441.50，3 524.50 和6 153.32 mg/L。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 干濕交替實(shí)驗(yàn)

深層致密砂巖干濕交替實(shí)驗(yàn)的具體步驟包括：①對(duì)巖樣進(jìn)行洗鹽和烘干等預(yù)處理，巖樣DB-1 和DB-2 使用高密度有機(jī)鹽工作液開展干濕交替實(shí)驗(yàn)，巖樣DB-3 和DB-4 使用模擬地層水開展干濕交替實(shí)驗(yàn)。利用SCMS-J 型聲電測(cè)試系統(tǒng)（由SCMS-J型聲電測(cè)試儀、巖心夾持器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成）測(cè)定干巖樣在圍壓為3 MPa 下的縱橫波傳播速率。②將模擬地層水溶液過濾后分別盛入200 mL 的燒杯內(nèi)，巖樣一端置于60 ℃干燥環(huán)境中，另一端置于溶液中，在60 ℃下加熱12 h（圖1）。③利用SCMS-J型聲電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定干濕交替后巖樣在圍壓為3MPa下的縱橫波傳播速率。④通過測(cè)定的縱橫波傳播速率計(jì)算巖樣干濕交替前后的動(dòng)態(tài)楊氏模量和動(dòng)態(tài)泊松比［8］。其計(jì)算式分別為：

圖1 深層致密砂巖干濕交替實(shí)驗(yàn)?zāi)M示意Fig.1 Simulation of dry-wet alternation experiment with samples of deep tight sandstone gas reservoir

1.2.2 應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)

深層致密砂巖氣藏普遍具有天然裂縫發(fā)育等特點(diǎn)，孔隙是主要的儲(chǔ)集空間，裂縫是重要的滲流通道，鉆完井及生產(chǎn)過程中裂縫的滲透能力變化直接影響著深層致密砂巖氣藏的單井產(chǎn)氣量。開采過程中地層壓力衰竭導(dǎo)致裂縫面滑移、破壞產(chǎn)生破碎巖石骨架顆粒，裂縫面的砂粒極有可能影響深層致密砂巖氣藏的應(yīng)力敏感性?？紤]井筒內(nèi)干濕交替環(huán)境變化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)步驟為：①對(duì)巖樣進(jìn)行洗鹽和烘干等預(yù)處理，將巖樣DB-5—DB-8 均切割為兩半，一半開展應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)，另一半干濕交替后開展應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)。②將預(yù)先處理好的巖樣放入巖心夾持器，在40 MPa圍壓下進(jìn)行巖樣預(yù)處理。③測(cè)試有效應(yīng)力為3，5，10，20，30，35，40，50和55 MPa 條件下的巖樣滲透率，采用應(yīng)力敏感系數(shù)法［14］進(jìn)行應(yīng)力敏感程度評(píng)價(jià)，當(dāng)敏感系數(shù)為［0，0.05］，（0.05，0.3］，（0.3，0.5］，（0.5，0.7］，（0.7，1］和大于1時(shí)，損害程度分別為無、弱、中等偏弱、中等偏強(qiáng)、強(qiáng)和極強(qiáng)。應(yīng)力敏感系數(shù)計(jì)算公式為：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 干濕交替實(shí)驗(yàn)

當(dāng)干濕交替的液體為高密度有機(jī)鹽工作液時(shí)，巖樣DB-1 和DB-2 的動(dòng)態(tài)楊氏模量和動(dòng)態(tài)泊松比整體均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)（圖2），干濕交替過程產(chǎn)生裂縫是引起巖樣動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)降低的主要原因。巖樣DB-1 的動(dòng)態(tài)楊氏模量和巖樣DB-2 的動(dòng)態(tài)泊松比分別在3～4 和2～3 輪次回升，這可能是鹽析產(chǎn)生的結(jié)晶鹽在裂縫中生長而改變了縱橫波的傳播速率所致。當(dāng)干濕交替的液體為模擬地層水時(shí)，巖樣DB-3 和DB-4 的動(dòng)態(tài)楊氏模量和動(dòng)態(tài)泊松比依然整體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)（圖2）。巖樣DB-3和DB-4的動(dòng)態(tài)泊松比在3～4 輪次降幅較大，這表明巖樣內(nèi)的裂縫可能發(fā)生了擴(kuò)展和貫通。巖樣DB-3 在第5 輪次干濕交替后巖石強(qiáng)度弱化（圖3a），巖樣端面掉落了大量巖屑（圖3b）。

圖2 不同液體多輪次干濕交替深層致密砂巖巖樣動(dòng)態(tài)楊氏模量和動(dòng)態(tài)泊松比變化Fig.2 Changes of dynamic Young’s modulus and dynamic Poisson’s ratio of samples of deep tight sandstone gas reservoir with different liquids and multiple rounds of dry-wet alternation

圖3 巖樣DB-3第5輪次干濕交替后巖樣端面狀態(tài)變化Fig.3 Changes of end face state of sample DB-3 after fifth dry-wet alternation

2.2 應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)

應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果表明（表2），深層致密砂巖基塊巖樣的應(yīng)力敏感系數(shù)為0.50～0.89，應(yīng)力敏感程度為中等偏弱—強(qiáng)，裂縫巖樣的應(yīng)力敏感系數(shù)為0.43～0.45，應(yīng)力敏感程度為中等偏弱，深層致密砂巖氣藏基塊巖樣的應(yīng)力敏感程度大于裂縫巖樣。干濕交替后基塊巖樣的應(yīng)力敏感程度增加，裂縫巖樣的應(yīng)力敏感程度降低。

表2 應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Table2 Comparison of experimental results of stress sensitivity

3 干濕交替誘發(fā)深層致密砂巖氣藏出砂機(jī)理

3.1 氣體鉆井及生產(chǎn)階段

3.1.1 地層孔隙壓力釋放改變近井地帶應(yīng)力分布

氣體鉆井鉆開氣藏后，由于井筒處于負(fù)壓狀態(tài)，孔隙與井筒間存在較大的壓力差，尤其是鉆遇高壓產(chǎn)層時(shí)，高速氣流產(chǎn)出時(shí)對(duì)裂縫面的巖石顆粒產(chǎn)生拖拽力，導(dǎo)致巖石顆粒脫落［16］。氣體鉆進(jìn)過程鉆遇高壓含氣裂縫時(shí)，氣體會(huì)通過基塊孔喉和裂縫等通道產(chǎn)出，強(qiáng)烈的耦合作用使近井地帶應(yīng)力分布和巖石力學(xué)性質(zhì)處于變化中，隨著氣體產(chǎn)出，這種動(dòng)態(tài)變化程度也逐漸加劇，同時(shí)導(dǎo)致近井地帶地層巖石強(qiáng)度降低。氣體鉆進(jìn)過程井底巖石的壓力主要來自氣體壓力和地應(yīng)力（垂向地應(yīng)力、最大水平主地應(yīng)力和最小水平主地應(yīng)力）。研究區(qū)天然裂縫發(fā)育，裂縫內(nèi)可能封閉高壓氣體。氣體鉆進(jìn)過程鉆遇含氣裂縫，井筒與裂縫接近時(shí)，裂縫面的周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力差值增大，巖石發(fā)生壓剪和壓剪-拉伸破壞［17］。當(dāng)井筒附近的巖石強(qiáng)度不足以抵抗圈閉高壓氣體和破壞時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致小規(guī)模的“巖爆”，天然氣和巖石碎屑從氣藏中一起噴出［18］。除此之外，高速氣流本身會(huì)對(duì)井壁形成沖蝕，井壁的巖石微粒被剝落，引起井底出砂。

3.1.2 鹽結(jié)晶誘發(fā)致密砂巖裂縫萌生和延伸

圖4 不同輪次干濕交替后巖樣側(cè)面的鹽析現(xiàn)象Fig.4 Salting out on sides of rock sample after different rounds of dry-wet alternation

圖5 多輪次干濕交替前后巖樣掃描電鏡觀測(cè)結(jié)果Fig.5 SEM images of rock samples before and after multiple rounds of dry-wet alternation

隨著干濕交替輪次的增加，巖樣側(cè)面出現(xiàn)大量結(jié)晶鹽（圖4）。在蒸發(fā)泵作用下，巖樣頂端孔隙水的鹽度逐漸增大，巖樣內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)晶鹽（圖5）。結(jié)晶鹽會(huì)沿著粒間孔縫積聚生長、附著在伊/蒙間層等親水性黏土礦物表面層狀生長［4］。干濕交替過程中，無機(jī)鹽在孔隙或微裂縫中結(jié)晶時(shí)，結(jié)晶鹽的生長將受到孔隙空間的限制，從而對(duì)孔隙或裂縫面產(chǎn)生壓力，即結(jié)晶應(yīng)力，研究顯示多孔介質(zhì)中結(jié)晶應(yīng)力極易誘發(fā)介質(zhì)損傷［19-20］。鹽析對(duì)深層致密砂巖的損害形式包括裂縫面的巖屑剝落和裂縫網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展［21］，最終導(dǎo)致巖石強(qiáng)度降低。近井地帶氣體流速快，汽化攜液作用將加速裂縫內(nèi)鹽析，導(dǎo)致近井地帶約5 m范圍易發(fā)生鹽析［22-23］。

氣藏生產(chǎn)階段，近井地帶附近會(huì)形成壓降漏斗，氣體從遠(yuǎn)離井筒的位置逐漸流向井筒過程中溫度會(huì)降低，但由于垂直方向的地溫梯度及水平方向熱流作用，近井地帶的溫度變化幅度很小，因此將該過程近似為等溫降壓過程。深層致密砂巖氣藏具有局部超低含水飽和度特征，高毛管壓力使得高礦化度地層水運(yùn)移強(qiáng)烈［24］，在近井地帶形成的壓降漏斗范圍內(nèi)，等溫條件下壓力降低，液態(tài)水會(huì)向氣相蒸發(fā)，引起近井地帶氣藏發(fā)生鹽析。

3.2 氣液轉(zhuǎn)換鉆完井

3.2.1 干濕交替輪次增加巖石強(qiáng)度降低

巖樣一端與液體接觸，另一端暴露在干燥環(huán)境中，巖樣頂端孔隙水強(qiáng)烈蒸發(fā)時(shí)，底端液體通過毛管壓力不斷地運(yùn)輸至巖樣頂端，使得暴露在干燥環(huán)境中的一端不斷地進(jìn)行干濕交替，此過程類似于“蒸發(fā)泵”作用機(jī)制［25］。干濕交替后巖石強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明，巖石強(qiáng)度的降低主要是由于干濕交替誘發(fā)巖樣內(nèi)部萌生裂縫，干濕交替輪次的增加促進(jìn)裂縫的擴(kuò)張、貫通，使巖樣在較低應(yīng)力下發(fā)生裂縫的擴(kuò)展［10，26］。裂縫的存在為水分蒸發(fā)和滲吸增加輸運(yùn)通道，破壞了巖樣完整性。巖樣脫水過程中，裂縫面失去較多水分，加速了裂縫的擴(kuò)展加深［24］。壓裂液和酸液隨著裂縫的擴(kuò)展逐漸侵入天然裂縫，會(huì)增加裂縫內(nèi)孔隙壓力，裂縫內(nèi)有效正應(yīng)力降低，裂縫面間摩擦阻力減小，促使裂縫面發(fā)生摩滑［27］。巖樣經(jīng)過液體浸泡后，裂縫面間微凸體強(qiáng)度減弱，在裂縫面摩滑過程中發(fā)生屈服破壞，導(dǎo)致部分骨架顆粒脫落。

3.2.2 黏土礦物吸水與脫水降低巖石顆粒膠結(jié)強(qiáng)度

深層致密砂巖氣藏天然裂縫發(fā)育，水力裂縫溝通天然裂縫形成的新裂縫網(wǎng)絡(luò)，將加速液相侵入速率，使裂縫面兩側(cè)基塊含水飽和度升高［28］。含水巖石的裂縫擴(kuò)展速率是干燥巖石擴(kuò)展速率的2～3倍［29］，且裂縫尖端孔隙水壓力的增加會(huì)加速裂縫的擴(kuò)展，引起巖石強(qiáng)度降低。黏土礦物是致密砂巖的重要膠結(jié)物，水基工作液侵入使得儲(chǔ)層含水飽和度增加，黏土礦物吸水后膨脹分散，使得巖石顆粒膠結(jié)程度弱化。在高速循環(huán)氣流和氣藏高溫的雙重作用下，氣藏含水飽和度降低過程中黏土礦物中的吸附水脫出，使得黏土微粒間的結(jié)合力弱化，進(jìn)而降低巖石顆粒的膠結(jié)強(qiáng)度。酸壓過程中，酸液侵入會(huì)溶蝕致密砂巖的巖石骨架顆粒（石英、長石）和膠結(jié)物（黏土礦物等），降低巖石強(qiáng)度使得巖石顆粒脫落，同時(shí)也會(huì)增加氣藏的含水飽和度。

3.2.3 類球狀風(fēng)化剝落裂縫面巖石顆粒

球狀風(fēng)化是風(fēng)化過程中巖石裂隙開裂的同時(shí)形成橢球狀巖核，并且?guī)r核在后續(xù)風(fēng)化中產(chǎn)生完整的同心殼并繼續(xù)剝落的過程［30］。該過程一般分為裂縫形成及擴(kuò)展、巖核形成和同心殼分層剝落三個(gè)階段［31］。深層致密砂巖氣藏天然裂縫發(fā)育，氣體鉆井導(dǎo)致井筒附近地應(yīng)力重新分布，地應(yīng)力的擾動(dòng)促使天然裂縫發(fā)生擴(kuò)展。酸壓過程中，隨著孔隙壓力的增加，天然裂縫易發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)或張性破壞，形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，氣液轉(zhuǎn)換鉆完井引發(fā)的多輪次干濕交替也會(huì)加劇裂縫的擴(kuò)展貫通，形成大尺度的交錯(cuò)風(fēng)化裂隙。高速氣流在裂隙邊界產(chǎn)生劇烈的剝離作用，使得巖核逐漸形成，酸壓過程中水基工作液侵入使得黏土礦物吸水膨脹，而黏土礦物膨脹會(huì)加速橢球狀巖核的形成。巖核形成以后，黏土礦物的膨脹還會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力拱作用，黏土礦物總膨脹率只需達(dá)到0.25%就會(huì)產(chǎn)生拱形開裂，使得同心殼逐層剝落。

4 干濕交替現(xiàn)象及控砂方法

4.1 不同階段的干濕交替現(xiàn)象

深層致密砂巖氣藏巖石顆粒膠結(jié)程度強(qiáng)，巖石基于拉伸破壞產(chǎn)出的地層砂主要為裂縫內(nèi)的地層微粒和附著于裂縫面的骨架砂或巖屑，而非疏松砂巖中的骨架砂；支撐劑返吐也會(huì)成為氣藏出砂的來源。研究區(qū)深層致密砂巖氣井累積出砂井?dāng)?shù)從2013年的2口井增加到2016年的26口井，鑒于此探討研究區(qū)深層致密砂巖氣藏完井及生產(chǎn)階段的干濕交替現(xiàn)象。

完井階段干濕交替現(xiàn)象 以塔里木盆地庫車坳陷某深層致密砂巖氣藏為例，四開采用氣體鉆開氣藏后使用壓井液，壓完井后五開繼續(xù)氣體鉆進(jìn)，然后進(jìn)行酸化壓裂。氣體鉆井后使用工作液引發(fā)近井地帶產(chǎn)生干濕交替現(xiàn)象。富含有機(jī)鹽的工作液在儲(chǔ)層高溫條件下返排時(shí)會(huì)蒸發(fā)，從而發(fā)生干濕交替及其引發(fā)的流體浸泡和少量鹽析現(xiàn)象。

生產(chǎn)階段干濕交替現(xiàn)象 隨著氣藏氣體產(chǎn)出，近井地帶在高溫低壓狀態(tài)下地層水蒸發(fā)劇烈，從而在近井地帶氣藏與井筒內(nèi)發(fā)生干濕交替。生產(chǎn)后期，隨著氣體不斷產(chǎn)出，邊底水會(huì)發(fā)生錐進(jìn)，導(dǎo)致近井地帶氣藏出現(xiàn)干濕交替現(xiàn)象，同時(shí)在進(jìn)行注氣補(bǔ)償?shù)貙幽芰康倪^程中，汽化攜液作用也會(huì)引發(fā)干濕交替現(xiàn)象。干濕交替誘發(fā)裂縫萌生和擴(kuò)展，在干濕交替及其鹽析產(chǎn)生的結(jié)晶應(yīng)力作用下會(huì)導(dǎo)致巖石強(qiáng)度降低。

4.2 針對(duì)干濕交替誘發(fā)出砂的控砂方法

分階段抓主要矛盾 完井階段干濕交替主要是由于酸壓過程中液相侵入氣藏提供“濕”的來源，氣體鉆井的氣體循環(huán)是“干”的主要誘因。應(yīng)減少干濕交替輪次和工作液的使用，及時(shí)返排工作液。而在生產(chǎn)過程中，隨著氣體不斷產(chǎn)出，邊底水會(huì)發(fā)生錐進(jìn)現(xiàn)象，邊底水的錐進(jìn)提供“濕”的主要來源。氣體產(chǎn)出時(shí)的汽化攜液與氣藏高溫是“干”的主要誘因。應(yīng)合理控制生產(chǎn)壓差，避免近井地帶巖石被壓碎而出砂。

優(yōu)化工作液用量并減少滯留液量 氣體鉆開及后續(xù)完井作業(yè)應(yīng)精細(xì)設(shè)計(jì)工作流體，盡量減少高對(duì)比度干濕交替輪次。在深層致密砂巖氣藏巖樣的相對(duì)滲透率曲線中，存在某一含水飽和度區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)氣、水兩相均無法發(fā)生有效流動(dòng)，該區(qū)域被定義為獄滲區(qū)。近井地帶工作液侵入氣藏將造成含水飽和度升高，導(dǎo)致近井地帶氣藏含水飽和度上升至獄滲區(qū)含水飽和度范圍內(nèi)，影響氣、水滲流能力。因此持續(xù)使用水基工作液，也要及時(shí)返排，促進(jìn)返排，盡力降低滯留液量。

防止壓裂支撐劑返吐 壓裂液返排速度過快會(huì)導(dǎo)致支撐劑回流返吐，使得裂縫的導(dǎo)流能力降低。利用纖維控砂工藝使懸浮攜砂能力和支撐劑固定能力增強(qiáng)。壓裂液中加入硬纖維在砂體中分布形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增大砂體強(qiáng)度，或是在壓裂液中加入軟纖維，形成細(xì)粉砂結(jié)合體，提高細(xì)粉砂的臨界流速，從而起到穩(wěn)砂固砂作用。

適度出砂與防砂工藝結(jié)合 適度出砂主要包括兩個(gè)方面，第一是出砂量的適度。深層致密砂巖氣藏生產(chǎn)過程中有效應(yīng)力增大，引起裂縫閉合，而干濕交替導(dǎo)致巖石強(qiáng)度降低，使得裂縫面的砂粒脫落［32］，適度的出砂可對(duì)裂縫形成自支撐，保持裂縫的導(dǎo)流能力。第二是出砂粒徑的適度。根據(jù)氣藏砂的粒徑及分布頻率，有選擇地阻止大于或者等于某一粒徑的氣藏砂隨流體的運(yùn)移，并通過這些砂的堆積，形成濾砂屏障，進(jìn)而阻擋較小粒徑的氣藏砂隨流體運(yùn)移，在形成濾砂屏障以前允許更小粒徑的氣藏砂隨氣運(yùn)移，從而達(dá)到防止一定粒徑氣藏砂產(chǎn)出的目的。同時(shí)采用繞絲篩管控制深層致密砂巖氣藏出砂。

5 結(jié)論

氣體鉆進(jìn)過程中，地層孔隙壓力釋放改變近井地帶應(yīng)力、氣體沖蝕裂縫面和鹽析產(chǎn)生的結(jié)晶應(yīng)力都會(huì)對(duì)巖石強(qiáng)度產(chǎn)生不同程度的損傷。

氣液轉(zhuǎn)換鉆完井過程中，干濕交替、裂縫面摩滑、酸液溶蝕和含水飽和度變化引發(fā)的黏土礦物吸水與脫水和類球狀風(fēng)化對(duì)巖石裂縫面的剝落都會(huì)弱化巖石強(qiáng)度。

干濕交替后裂縫巖樣應(yīng)力敏感程度降低，干濕交替誘發(fā)砂粒脫落對(duì)裂縫形成支撐而弱化裂縫應(yīng)力敏感程度，使裂縫保持導(dǎo)流能力。

減少干濕交替輪次和液相侵入量，難以避免進(jìn)入的液相要快速返排，防止酸液的過渡溶蝕作用。壓裂過程加入纖維以防止支撐劑返吐，采用繞絲篩管控制氣藏出砂。

氣體鉆井引發(fā)深部巖體封閉應(yīng)力釋放使深層致密砂巖氣藏出砂成為一種必然現(xiàn)象，而干濕交替成為深層致密砂巖氣藏出砂的一個(gè)新機(jī)理，為研究深層致密砂巖氣藏出砂機(jī)理提供新思路。

符號(hào)解釋

E——?jiǎng)討B(tài)楊氏模量，GPa；

i——測(cè)試點(diǎn)序號(hào)；

K0——初始有效應(yīng)力σ0對(duì)應(yīng)的滲透率，mD；

Ki——各測(cè)試點(diǎn)的有效應(yīng)力σi對(duì)應(yīng)的滲透率，mD；

v——?jiǎng)討B(tài)泊松比，f；

Vp——致密砂巖縱波傳播速率，km/s；

Vs——致密砂巖橫波傳播速率，km/s；

SS——應(yīng)力敏感系數(shù)，f；

ρ——致密砂巖密度，g/cm3；

σ0——初始有效應(yīng)力，MPa；

σi——各測(cè)試點(diǎn)的有效應(yīng)力，MPa。