支撑剂嵌入对水力压裂裂缝导流能力的影响

根据室内实验,对蒙纳尔钢片、砂岩岩心板和泥岩岩心板在相同的铺置浓度和相同的裂缝闭合应力下的缝宽、渗透率以及导流能力进行了比较,就支撑剂嵌入对于裂缝宽度、渗透率以及导流能力的伤害等影响做了详细的研究。研究发现,支撑剂在裂缝闭合后将不可避免的嵌入到岩层中,砂岩纯度越高,其嵌入越小,从而对于支撑裂缝缝宽和导流能力影响越小,泥质含量越高,则其嵌入越严重,支撑裂缝的导流能力损失就越大;而对于蒙纳尔钢片几乎没有嵌入,其导流能力跟嵌入几乎没有关系。     

支撑剂嵌入及对裂缝导流能力损害的实验

对于岩石较软的地层,在压裂过程中的支撑剂嵌入会降低压裂充填后的裂缝宽度,同时嵌入区地层碎屑也会损害支撑剂充填层的导流能力,因而有必要对支撑剂的嵌入进行研究,并为压裂施工中的支撑剂优选提供依据。为此,运用API标准导流室和基于API标准导流室自行研制的测试仪器,对地层岩心的支撑剂嵌入情况进行了实验研究,并在支撑剂嵌入的基础上,考虑了地层碎屑对裂缝导流能力损害的影响。在国内首次对支撑剂嵌入后的岩心进行了微观分析,更加直观地反映了嵌入程度和嵌入状态。实验考察了不同铺砂浓度、不同压力下对不同岩心的支撑剂嵌入情况。实验表明：由于支撑剂的嵌入,会使支撑裂缝宽度有较大程度的减小;铺砂浓度越低,地层岩石越软,嵌入越严重。还模拟了支撑剂嵌入后不同碎屑浓度对同一种岩心的导流能力伤害程度,并发现在嵌入后的碎屑达到一定浓度后会直接堵塞孔道。     

水力压裂支撑裂缝导流能力计算与分析

水力压裂已广泛用于油气藏开发,而裂缝导流能力是压裂优化设计的重要指标.目前很少有研究涉及到楔形裂缝的导流能力,而水力压裂后裂缝多呈现为近井筒处开口大,远井筒处开口小的楔形.在考虑支撑剂嵌入、裂缝形态(楔形)的基础上,建立了支撑裂缝导流能力计算模型,通过与文献中的数据对比验证了模型的准确性,并分析了关键参数对裂缝导流能力的影响.结果表明:沿着裂缝远离井筒,导流能力降低,降低趋势为裂缝跟端附近降低快、趾端附近降低慢;支撑剂嵌入导致有效流动空间减小、裂缝导流能力降低;裂缝宽度一定时,支撑剂越小,裂缝有效流动空间越小,导流能力越低.该文提出的支撑裂缝导流能力计算模型很容易嵌入到压裂数值模拟软件中,具有广泛的应用前景.     

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。     

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。     

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...     

考虑支撑剂及其嵌入程度对支撑裂缝导流能力影响的数值模拟

目前支撑剂粒径、铺置浓度、嵌入程度对裂缝导流能力的影响主要为实验研究,缺乏相应的理论计算模型研究,而理论计算模型会促使压裂方案设计更加合理、可靠,增加施工的成功率,达到预期的改造效果。为此,根据Carman Kozeny公式,建立了一种考虑支撑剂在岩石表面嵌入的支撑裂缝导流能力数值计算模型,利用实验数据对理论模型进行拟合校正,并通过校正后的理论模型计算了20～40目、30～50目和40～70目支撑剂在不同铺置层数、不同嵌入程度条件下的裂缝导流能力,分析了铺置层数、嵌入程度对导流能力的影响。结果表明：支撑剂粒径越大、铺置层数越多,裂缝导流能力越大;在单层铺置情况下,嵌入程度对导流能力的影响较大,嵌入程度从0增加到33%,导流能力降低85%。所建立的模型为致密油、页岩气等不同类型储层的粒径优选、砂比优化提供了参考和依据,也为后续考虑支撑剂嵌入的相关软件研究提供了理论模型。     

支撑剂裂缝长期导流能力测量仪的研制

国外的长期导流测量仪器价格昂贵,且售后服务不方便,为此研制了CDLY-2006智能化长期导流能力测量仪。该仪器是按照现代仪器模块化、集成化和网络化思想而设计研制的,其自动压力加载系统采用液压泵快速加载与微量泵自动平衡控制技术,数据采集控制系统采用模块加网络解决方案,自动化程度高,性能稳定可靠。试验及应用情况表明,该仪器能在0～100MPa的闭合压力下,按要求匀速加载到各个设定压力,24～300h精确保载,压力波动范围≤0.5MPa,相同条件下平行样品检测误差≤5%,符合试验检测标准要求。     

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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。     

碳酸盐岩酸蚀裂缝导流能力试验研究

利用酸蚀裂缝导流仪,以胶凝酸为反应介质,对大理石和灰岩露头进行酸蚀裂缝导流能力实验,分别考察了裂缝缝宽、注酸排量、实验温度、闭合压力、测试流量等因素对裂缝导流能力的影响.实验结果表明:窄裂缝缝宽和高注酸排量能使酸液在裂缝中的流速加快,有利于形成高导流能力通道;升高温度能加快酸-岩反应速率,利于提高酸溶蚀率更高的大理石裂缝导流能力;而灰岩露头与酸反应产生的不溶物及刻蚀坑对裂缝导流能力影响较大,影响测试结果;闭合压力的增加使得裂缝导流能力快速下降,灰岩露头在闭合压力高于30MPa后的有效导流能力能下降至极低水平;测试流量的增加也会使裂缝导流能力测试值下降.另对岩板表面的刻蚀形态差异性及其对裂缝导流能力的影响进行了分析.     

携砂液在裂缝中的流动阻力理论分析

从压裂液在裂缝中的层流流动机理出发,考虑缝宽与缝长方向的压力梯度,对裂缝中的压裂液流速进行了计算。以固液两相流的流动理论为基础,运用托马斯定律对含砂压裂液的表观粘度进行了简化计算。考虑了砂粒与裂缝壁面的相互作用,从理论上建立了求解裂缝中含砂液流动阻力的计算模型,进而对不同含砂浓度、含砂粒径对压裂液流动性能的影响进行了分析,为计算压裂液在裂缝中的流动阻力提供了理论依据。     

地层温度、岩石杨氏模量对支撑剂导流能力影响的定量评估

水力裂缝中支撑剂的导流能力受多种因素的影响。阐述了国内首次使用计算机软件研究温度、岩石杨氏模量对支撑刘导流能力的影响,给出了上述因素对支撑剂导流能力影响的定量结果。模拟计算的研究结果表明,对温度较高、杨氏模量较低的油、气层进行水力压裂设计时,不能忽视这两方面的影响,这对定量压裂优化设计与实施有一定的指导意义。     

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储集岩层通常具有明显的层状结构，煤岩层尤其如此。为提高煤层气井水力压裂施工的有效性，结合实际对水力压裂目的岩层采用横观各向同性体这一力学模型来进行研究，从而运用弹性力学理论和材料强度理论，对煤层横观各向同性体水压致造缝机理进行了深入的认识和探讨，认为形成裂缝的关键因素是地应力及其分布和岩层力学的固有特性，压裂液的性质和注入方式同时也对裂缝形成有一定影响；在岩石力学物理性质测试中，应充分考虑岩石的各向异性特性，以便取得各项弹性参数；所获研究结果对水力压裂设计与施工有指导意义。     

覆膜支撑剂长期导流能力评价

压裂支撑剂的长期导流能力对油气井的压裂效果和压裂有效期具有重要影响。为了正确评价覆膜支撑剂作为压裂支撑剂的有效性，用裂缝导流仪首次在国内对覆膜支撑剂的长期导流能力进行了评价，并对实验后的样品进行了电镜观察。从实验结果分析中发现，覆膜陶粒支撑剂的长期导流能力早期随时间变化急剧降低，7 ｄ后变化趋缓，其值明显低于短期导流能力，而且长期导流能力比短期导流能力实验后的覆膜陶粒支撑剂涂层破坏明显；单涂层砂比双涂层砂长期导流能力效果好。     

支撑剂回流及其在裂缝内分布影响因素研究

针对压裂施工后压裂液返排时裂缝内支撑剂的运动特性建立数学模型,模拟裂缝内压裂液返排及支撑剂的回流过程,通过模拟计算掌握了压裂液返排粘度、支撑剂密度、支撑剂粒径对支撑剂回流量及支撑剂在裂缝内分布的影响规律。结果表明对于所研究的影响因素伴随着支撑剂回流量的减少缝内支撑剂的分布状况逐渐变差,因此在具体设计时必须综合考虑各方面的影响,以便获得最优的结果。     

多场耦合作用对水力裂缝形态的影响

为深入研究水力裂缝几何形态变化,基于热流固耦合基本理论,将压裂过程中物性参数视为应力、应变、孔隙压力、温度的函数,采用位移不连续法、有限差分、迭代等计算方法,分析热流、流固、热流固、非热流固耦合条件等因素对裂缝形态的影响。结果表明:压裂过程中耦合作用对储层温度场影响较小,对井底附近裂缝内流体温度影响较大;考虑耦合效应与不考虑耦合效应条件下,裂缝形态有较大差异,流固、热流固耦合作用使裂缝长度、缝内流体压力、缝宽相对减小,而热流耦合作用则相反;相对非热流固耦合条件,流固耦合影响最为突出,热流耦合影响相对较小,热流固耦合作用下裂缝形态与现场测试数据最为匹配。     

岩石弹性参数对渗流测试分析的影响

岩石的动、静弹性参数在地质勘探与油气开发等多种工程技术领域均有着重要的应用意义。采用岩石物性参数自动测试系统，进行了实验测试分析，得到了不同岩石的动、静弹性模量和动、静泊松比。分析结果表明：不同岩性的岩石动、静弹性参数关系并非线性关系，其中储层砂岩的动、静弹性模量关系为幂函数曲线，砂岩的动、静泊松比关系为二次函数曲线；使用上述函数，可以由岩石动弹性模量与动泊松比计算出储层岩石静弹性模量及静泊松比，再根据弹性模量与压缩系数的关系，可准确获得储层岩石的压缩系数，从而为油气渗流测试分析提供精确的基础资料。此外，根据砂岩气藏渗流气井实测压力恢复资料，进行了实例井的试井分析，得到了砂岩气藏渗流气井压力历史拟合曲线和双对数拟合曲线。研究表明：当岩石体积模量减小（即岩石压缩系数增大）引起综合压缩系数增大20%时，得到的岩石渗透率减小24.73%，井筒存储系数增大3.7%，表皮系数减小44.92%。因此，岩石弹性参数对渗流测试分析有着较大地影响。