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运用FCES-100长期裂缝导流仪，在国内首次进行了地层岩心的支撑剂嵌入实验研究，考察了不同类型支撑剂、不同铺砂浓度对不同岩心的嵌入程度以及对导流能力的伤害程度。找到了影响支撑剂嵌入的主要因素和规律，并提出了克服支撑剂嵌入这一不良影响的有效方法。通过实验发现由于支撑剂的嵌入会使导流能力产生很大程度的下降；铺砂浓度越大，嵌入对导流能力的伤害程度越小；只有当闭合压力达到一定值时，嵌入的伤害才表现出来；铺砂浓度对导流能力的影响也很大，铺砂浓度增大一倍，导流能力将成数倍增加；在相同地层条件下，支撑剂在砾岩中的嵌入最为严重，泥岩其次，粉砂岩最小。文中还根据实验结果回归出了导流能力随闭合压力以及随时间变化的关系表达式，可以用来预测支撑裂缝导流能力的衰减趋势，对现场压裂有一定的指导意义。     

影响支撑剂嵌入的因素研究

运用FCES-100裂缝导流仪,进行了大量地层岩心的支撑剂嵌入实验研究.通过对比导流能力,全面考察了不同类型、不同铺砂浓度、不同粒径及不同常规性能的陶粒支撑剂在不同岩心和闭合压力条件下的嵌入程度.通过实验发现:支撑剂的嵌入使导流能力大幅度降低;不同类型的支撑剂在相同条件下嵌入程度不同,嵌入程度从大到小依次为石英砂、陶粒...     

致密油储层支撑剂嵌入导流能力伤害实验分析

致密油储层相比于致密气需要更高的支撑裂缝导流能力,而致密油泥质含量通常较高,支撑剂嵌入岩石较严重;常规支撑剂嵌入测试未考虑岩石矿物组成、力学性质及压裂液的影响,不能正确认识支撑剂嵌入对导流能力的影响,对铺砂浓度优化和支撑剂的优选带来较大的困难。对致密油岩样矿物成分及力学参数进行分析,分别使用不同液体浸泡岩心和非浸泡岩心,利用自行研制的嵌入和导流能力测试仪器进行嵌入测试。实验数据分析表明:闭合压力越大,支撑剂粒径越大,铺砂浓度越低,支撑剂嵌入深度越大;脆性矿物含量越高,粘土含量越低,嵌入深度越低;浸泡后的岩心较未浸泡岩心嵌入深度大,氯化钾溶液浸泡岩心较清水浸泡岩心嵌入深度低。研究表明加强压裂液的防膨能力和尽可能使用大粒径的支撑剂,能够有效降低支撑剂嵌入对导流能力的伤害。     

页岩气网络压裂支撑剂导流特性评价

页岩气水平井长缝网络压裂支撑剂铺置浓度低,嵌入伤害大,导流特性与常规油气藏不同,与北美页岩气水平井中短缝压裂也有明显差异。为评价不同类型支撑剂在低铺砂浓度下的导流特性,采集龙马溪组地层页岩露头制作试验岩样,使用 FCES-100 裂缝导流仪对陶粒、石英砂、覆膜砂3种类型支撑剂在不同粒径、不同铺砂浓度和不同闭合压力条件下的导流特性进行了评价。结果表明:支撑剂类型、闭合压力和铺砂浓度对页岩支撑裂缝的导流能力影响较大;中高闭合压力和低铺砂浓度条件下,覆膜砂的导流能力最大,陶粒次之,石英砂最小。评价结果可为页岩气ESRV（effective stimulation reservoir volume）网络压裂裂缝导流能力的优化、支撑剂的优选和压裂设计提供依据。      

致密油藏不同沉积岩人工裂缝导流能力实验

人工压裂是致密油藏增产提液的重要手段，准确评价人工裂缝导流能力是进一步开展产能预测的基础。常规室内实验采用均匀铺砂方式无法准确模拟实际储层人工裂缝从井底到远端支撑剂浓度逐渐降低的分布特征，通过开展5种类型沉积岩岩板(滩坝砂、砂砾岩、浊积岩和2种露头岩心)多段非均匀铺砂导流能力测试实验，测试了主裂缝非均匀铺砂模式下的导流能力，并从岩石成分和粒度组成的角度分析了不同沉积岩导流能力产生差异的原因。实验结果表明，非均匀铺砂方式相比于均匀铺砂平均导流能力低4.7~8.5个百分点；当闭合应力为60 MPa时，滩坝砂储层导流能力损失最小，浊积岩储层居中，砂砾岩储层损失最大，导流能力损失率为38.9%~53.7%；其原因是不同沉积岩的抗压能力不同，导致支撑剂嵌入深度不同，从而引起导流能力差异，这为不同类型致密储层保持合理地层压力提供了依据。     

通道压裂支撑裂缝影响因素分析

为了检测通道压裂所能提供导流能力大小及裂缝的有效性,利用某地层构造的砂岩、页岩进行室内导流能力测试。实验结果表明:通道压裂纤维用量为0.6%比较合适;支撑剂粒径对裂缝的导流能力影响较弱,在相同铺砂浓度下,不同粒径间支撑剂的导流能力差别很小;铺砂浓度对通道压裂导流能力影响较大,大量的支撑剂嵌入对低铺砂浓度导流能力伤害较为明显,高闭合压力下易造成明显的导流能力损失;陶粒、石英砂、覆膜砂3种支撑剂,在相同铺砂浓度下,随着闭合压力的增加,导流能力逐渐下降,覆膜砂的导流能力优于陶粒、石英砂;在相同铺砂条件下,支撑剂在砂岩中的嵌入程度高于页岩,导致其导流能力低于页岩中的导流能力。同时全面分析总结了在通道压裂中,影响支撑剂嵌入的各种因素,从而对优化通道压裂具有一定指导意义。     

致密白云岩储层加砂压裂裂缝导流能力实验研究

为了探讨加砂压裂技术在白云岩储层改造中的适应性,开展了致密白云岩储层加砂压裂裂缝导流能力实验,分析不同因素对加砂压裂裂缝导流能力的影响。实验结果表明,影响白云岩储层加砂压裂裂缝导流能力因素依次为支撑剂粒径、铺砂浓度、加砂模式、铺砂方式、支撑剂强度。对比单一支撑剂类型,混合支撑剂铺设时可以获得较好的导流能力,且粒径越大支撑剂占比越高,导流能力表现则越好。脉冲加砂模式下的裂缝导流能力变化波动较大,但是同样可以满足白云岩储层改造的裂缝导流能力。结合压裂施工效果和经济成本,优选支撑剂强度为69 MPa,平均铺砂浓度为1.8 kg/m2的加砂参数即可满足白云岩储层现场加砂压裂的需要。白云岩储层由于杨氏模量高、闭合应力大,所以缝宽较小,而通过实施脉冲加砂模式则可以一定程度降低加砂压裂过程中的砂堵风险。     

低渗气藏压裂中裂缝导流能力的影响因素研究

利用改进的API线性导流仪,对支撑剂充填层气体导流能力的主要影响因素进行了实验研究.研究表明,低渗气藏压裂改造过程中,除支撑剂种类、强度、闭合压力、铺置浓度等影响裂缝导流能力外,充填层的微粒及其含量、液体滞留是气体导流能力下降的主要因素.此外对现场使用的压裂交联液进行了充填层气体导流能力的损害评价,提出了防止和减少压裂液损害的有效方法和措施.     

裂缝充填模拟试验装置的研制

鉴于常规裂缝导流仪无法有效开展如压裂充填防砂、防支撑剂回流和压裂液在裂缝条件下的破胶过程以及对导流能力的伤害等试验研究问题,研制了裂缝充填模拟试验装置。该装置通过铺置岩板和支撑剂,可以针对不同闭合压力、温度、流体、流速、射孔孔径和孔密,更加全面准确地模拟地层内裂缝前端和两侧壁面的流体渗流、地层砂侵入,支撑剂回流状况,基于出砂量、裂缝导流能力、裂缝缝宽变化或支撑剂回流量等测试结果,可全面地评价优化支撑剂的嵌入程度、防砂和防支撑剂回流效果及裂缝充填层的伤害等指标。该装置为水力压裂中各种参数的优化评价构建了一个合理而有效的平台。     

多重伤害机制下的疏松砂岩裂缝导流能力变化规律

为了明确支撑剂嵌入和微粒运移两种伤害机制对疏松砂岩裂缝导流能力的影响,以人工研制疏松砂岩岩样为研究对象,使用不同粒径的陶粒作为支撑剂,开展了悬浮液注入条件下的疏松砂岩导流能力试验,评价了工程和地质因素对支撑剂嵌入深度和裂缝导流能力的影响。结果表明,铺砂浓度增大能增强导流能力,悬浮液浓度、支撑剂目数和流量的增大会导致导流能力减弱。岩石胶结强度增大、闭合压力降低、支撑剂目数和铺砂浓度增加会使嵌入深度减小,有效缓解嵌入导致的裂缝剥蚀。其中,支撑剂目数增加会使得导流能力减小。相同条件下,流速越大导致导流能力减小,同时也会影响后续的裂缝导流能力。该研究对于后期的油井防砂工作具有重要意义。     

支撑剂嵌入不同坚固性煤岩导流能力实验研究

煤层气井压裂过程中,支撑剂嵌入会影响支撑裂缝的导流能力,从而严重影响煤层气的开发。为了研究支撑剂嵌入不同坚固性煤岩程度及支撑裂缝导流能力,测定了典型矿区煤岩的坚固性系数,运用LD-1A导流能力测试系统进行了支撑剂嵌入不同煤岩及导流能力模拟实验。实验表明,端氏、龙门塔和寨崖底煤岩的坚固性系数分别为1.4、0.4和0.5,35 MPa时,支撑剂嵌入柳林龙门塔煤岩的深度为0.5 mm,嵌入对导流能力损害率可达40%;不同矿区煤岩的坚固性系数差异很大,坚固性系数越小,支撑剂嵌入煤岩越严重,导流能力损害程度越大。该研究可为现场压裂施工提供依据。     

页岩气藏压裂支撑裂缝的有效性评价

为了了解、掌握页岩气藏清水压裂缝网能够提供的导流能力大小及裂缝的有效性,利用四川盆地某构造的页岩进行了室内裂缝导流能力测试。实验结果表明：支撑剂浓度不足单层的情况时,闭合压力低于30 MPa,导流能力可与一定量的高浓度（多层）情况相当,但支撑剂嵌入和破碎显著增加,其导流能力不稳定,随时间增加可持续降低,闭合压力40 MPa时,20/40目陶粒嵌入程度可达71.8%,闭合压力进一步增大,裂缝将闭合失效;较低硬度的页岩支撑剂嵌入严重,导致低支撑剂浓度裂缝残余支撑缝宽不足,仅增加支撑剂粒径不足以克服嵌入影响,裂缝内需要有足够的支撑剂浓度,形成的缝网不能过于复杂;页岩黏土含量高,支撑剂充填层泥化严重,对支撑裂缝有效性的伤害不容忽视,可变形的树脂覆膜砂在一定程度上解决了支撑剂嵌入和充填层泥化问题。     

考虑支撑剂裂缝导流能力计算及缝内支撑剂运移模拟

裂缝导流能力是影响油气田产能的重要因素。根据支撑剂的最密排列以及Carman-Kozeny公式,结合弹性力学的相关知识,建立了考虑铺砂浓度、闭合压力、支撑剂粒径、支撑剂材料以及支撑剂嵌入的裂缝导流能力计算模型。结果表明:随着铺砂浓度的增加、支撑剂粒径的变大,裂缝的导流能力增大;低闭合压力的情况下支撑剂嵌入壁面对导流能力影响非常小,而在高压下支撑剂嵌入对导流能力影响稍大。该计算模型很好地结合了上述导流能力的影响因素,为油气田压裂生产提供了理论依据。     

The effect of proppant embedment upon the long-term conductivity of fractures

Experimental research on proppant embedment in formation core has been done for the first time in China using FCES-100 (Long-Term Fracture Conductivity Evaluation System). In the experiments, the degree of embedment to different cores and the damage to conductivity were studied in the condition of different concentrations and types of proppants. The main factors that affect the embedment as well as the principle have been found. An effective way has been brought forward to reduce this passive effect of embedment on the fracture conductivity, which is significant for both theoretical study and field treatments.     

多尺度体积压裂支撑剂导流能力实验研究及应用

裂缝有效导流能力是评价压裂施工效果的主要参数,也是影响压裂增产效果的最重要因素之一。设计了多尺度裂缝导流能力实验方法,采用单一粒径和组合粒径的铺置方式,研究了闭合压力、粒径组合方式、铺砂浓度及应力循化加载条等因素对多尺度主裂缝及分支缝内支撑剂的导流能力变化的影响。实验研究结果表明:随着闭合压力增加,大粒径支撑剂与小粒径支撑剂的导流能力差距逐渐变小,主裂缝及分支缝内支撑剂导流能力逐渐降低,而且这种降低趋势存在明显的转折点。组合粒径铺置条件下,主裂缝及分支缝内支撑剂组合均存在最优的组合方式。主裂缝及分支缝内支撑剂铺置砂浓度越高,导流能力也越高;随着闭合压力增大,高浓度铺砂与低浓度铺砂条件下的导流能力差距逐渐变小。应力加载破坏对支撑剂导流能力的影响是不可逆的。现场应用表明,在满足压裂工艺要求前提下,通过支撑剂组合方式及加砂方式的合理优化,可有效提高裂缝导流能力及压后产量。研究结果为体积压裂方案优化及现场施工提供基础数据依据。      

一种超低密度支撑剂的可用性评价

常规支撑剂的密度一般比较大,严重影响着有效水力裂缝的形成,并难以应用于长缝压裂,超低密度支撑剂的使用能够增加裂缝有效长度,提高压裂井的增产效益。采用室内实验与软件模拟相结合的评价手段,对一种新型空心覆膜陶粒支撑剂（ST-I）进行酸溶解度、抗破碎率等基本性能评价,分析了其导流能力在不同闭合压力、铺砂浓度下的变化规律。同时将这种超低密度支撑剂与普通陶粒支撑剂进行性能比较,测试了其在不同压裂液黏度下的沉降特性。结果表明,该支撑剂具有较好的物理、导流性能,在压裂液中的沉降速度较普通陶粒支撑剂明显较慢,完全满足长缝压裂的基本要求。通过后期合理的压裂施工设计,能够形成有效支撑半缝长达到180 m 左右的裂缝。     

二次加砂压裂工艺研究与应用

华北油田油层杨氏模量低,岩石较软,油层上下没有理想的遮挡层,造成裂缝高度垂向延伸超出油层,支撑剂大部分填充在非目的层,同时支撑剂嵌入严重,降低了裂缝导流能力,导致了大量的无效井及低效井产生。在研究分析低效及无效原因的基础上,研究出二次加砂压裂工艺。此项技术是常规控制裂缝高度技术的发展,它通过改变岩石的力学状态、压裂液的流动路径,达到控制缝高的目的;通过增加支撑剂的铺置层数,扩展裂缝宽度,增加裂缝导流能力。此项技术现场应用40多井次,增加了压裂井的压后有效率及生产周期,取得了可观的经济效益及社会效益。