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实际上，不同井口压力所对应的油嘴直径是不一样的，并且在返排过程中，井口压力随着时间是逐渐递减的，因此，油嘴的优化是一个动态的过程，根据上述模型和油嘴尺寸的确定准则，最佳油嘴直径的动态优化结果如图3-4所示。
10油嘴直径(mm)8642002.557.51012.5井口压力(MPa)
图3-4 不同井口压力下最佳油嘴直径的动态优化
3.6 室实验模拟研究
为了更好地了解压裂液的返排规律，验证理论模型，以便能更加有效地判别压裂后储层的产液性质，进行了室的模拟实验研究。
3.6.1 实验方法 3.6.1.1 实验原理
先分别向岩心中饱和油和饱和水，然后向其中注入压裂液，憋起一定的压力，最后进行返排，那么返排量及井底压力随时间的变化规律应该不同，通过对比不同的返排量及井底压力与时间的关系曲线，判别地层中的产液性质。
3.6.1.2 实验装置
方岩心（45?45?300mm）若干，实验室配制的压裂液、试管、油、模拟地层水、中间容器、平流泵、恒温箱、压力传感器、压力表、连接阀门和连接管线若干。 3.6.1.3 实验步骤 压裂水层：
（1）将实验用的流体、岩心、仪器以及其它所需物品准备好； （2）连接实验所需的仪器，检查各部分是否连接正确；
（3）将中间容器中装好地层水，然后在45℃时驱出3PV，停泵，关好出口和入口的阀门；
（4）将中间容器中的地层水换成压裂液，打开阀门再驱出0.5PV，然后关闭出口的阀
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门，继续驱，直到压力升到1MPa时，停泵，关闭入口处的阀门，老化1h；
（5）慢慢打开入口处的阀门，控制液体流出的速度，然后计量不同的返排量及井底压力与其所对应的时间的值；
（6）重复几块岩心，步骤同（3）~（5），记录实验数据值。 压裂油层：
将中间容器中的模拟地层水换成油，然后重复上述步骤。
3.6.2 实验数据及处理 3.6.2.1 压裂水层模拟实验
将压裂液注入饱和过模拟地层水的岩心，压裂液返排时的各项参数变化如表3-2所示：
表3-2 模拟压裂水层后的压裂液返排数据
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
t(min) 0.88 1.50 3.25 4.33 5.17 5.38 5.55 5.67 5.83 6.00 6.83 7.25 7.75 9.45 9.67 10.30
p(MPa) 0.251 0.232 0.127 0.105 0. 0. 0.064 0. 0.047 0.040 0.032 0.027 0.020 0.015 0. 0.005
V(mL) 1.6 2.0 5.6 6.8 8.4 9.0 10.0 11.6 12.0 13.8 15.0 16.0 20.0 22.8 23.0 24.2
Q(×10-3m3/min)
1.920 0.648 2. 1.111 1.905 2.857 5.882 13.333 2.500 10.588 1.446 2.381 8.000 1.647 0.909 1.905
根据表格的数据绘制压力随时间变化的关系曲线，如图3-4所示：
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0.3000.250压力（MPa）0.2000.1500.1000.0500.0000.884.335.556.007.7510.30时间（min）压力变化
图3-4 压裂水层时压裂液返排压力随时间的变化规律
由图3-4可以看出，压裂水层时压裂液返排压力是随返排时间的增长而下降的，造成这种结果的原因是停泵后地层集聚的压力在地层累积，使得刚时开始返排时压力差很大，而后随着时间的加长压力逐渐消耗变得越来越低。所以有图3-4所示的返排压力变化趋势。
3.6.2.2 压裂油层模拟实验
将压裂液注入饱和油的岩心，压裂液返排时的各项参数变化如表3-3所示：
表3-3 压裂油层时压裂液返排数据
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
t(min) 0.50 1.00 1.17 1.33 1.50 1.67 1.83 2.00 2.17 2.33 2.50 2.67 2.83
p(MPa) 0. 0.06 0.05 0.05 0.04 0.04 0.039 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038
V(mL) 0 5.8 6.6 7 7.2 7.5 7.7 7.8 7.8 8 8.1 8.2 8.3
Q(×10-3m3/min)
0 11.6 0.69 0.3 0.13 0.18 0.11 0.05 0 0.09 0.04 0.04 0.04
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14 15 16 17 18 19 20 21 22
3.00 3.17 3.33 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00
0.038 0. 0.03 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025
8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9 9 9
0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0 0
根据表3-3的实验数据绘制压力随时间变化的关系曲线，见图3-5。
0.080.06压力（MPa）0.040.02001.53时间（min）4.56
图3-5 模拟地层油时压力随时间变化的曲线
由图3-5可以看出，压裂油层时压力仍是随时间的延长而降低。原因与中间容器为水时道理相同。
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第4章 压裂液返排的实验研究
压裂液在压裂油层的过程中会堵塞油层的孔道，使油层渗透率降低。而压裂液返排会减缓压裂液对油层的伤害，排出一定的堵塞物。好的返排效果会使压裂井的产量明显提高，因而如何提高返排效果是我们研究的一个重要问题。通过研究发现返排过程中存在一个最大返排压差，同时返排压力的提高也会影响油层渗透率的恢复能力，于是我们安排了下面的实验研究以上问题。
4.1 实验仪器材料
仪器设备：JB—Ⅲ型手动泵、单联自控恒温箱，平流泵、岩心夹持器、中间容器、压力传感器、压力表、连接阀门和连接管线若干等。
实验材料：岩心若干、一定量的田菁胶、瓜胶压裂液、模拟地层水。
经测定田菁胶压裂液的密度为0.986g/ml，pH值为8。瓜胶压裂液的密度为1.002g/ml，pH值为6。
4.2 实验步骤
（1）将实验用的流体、岩心、仪器以及其他所需物品准备好。连接实验所需的仪器，检查各部分是否正确连接。
（2）将中间容器中装好模拟地层水，然后在45℃时用模拟地层水对岩样进行水驱，测定岩样的初始正向地层水渗透率KW1。
（3）将中间容器中的地层水换成压裂液，以一定的流量对岩心进行压裂液损害，记录损害时间与累计滤液的体积，直到累计滤液体积达到稳定值为止。
（4）打开岩心夹持器，将岩心两端对调位置。同时将中间容器中的压裂液换为地层水，将实验设备重新连接好。
（5）用模拟地层水以一定的流量对岩心进行驱替，每隔一定时间记录压力值，在压力稳定时测得的正向地层水渗透率为K0。
（6）提高泵的流量，加大返排过程中的压差，计算渗透率恢复值K0/10?3μm2。
4.3 实验数据处理与结果分析 4.3.1 采用瓜胶压裂液进行压裂实验
由资料可知，岩心截面积A=4.9cm2，岩心长度L=10cm，岩样气体渗透率K=53×
10?3μm2，模拟地层水粘度为1mPa?s。
QuL=20.34?10?3μm2 A?p岩样的初始正向地层水渗透率KW1=
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