压后返排支撑剂回流模型研究(英文)

支撑剂回流是压后返排工艺中一个重要的评价标准.在分析了支撑剂运移回流的物理过程基础上,对于裂缝闭合前后支撑剂不同的受力情况,建立了支撑剂回流力学模型.计算结果表明:裂缝闭合前,沉降在裂缝底部的支撑剂不易发生回流,悬浮在裂缝上部的支撑剂较易发生回流.裂缝闭合后,闭合应力开始作用在支撑剂上,颗粒之间胶结更加紧密,发生回流需要的临界流速也变得更大.破胶压裂液粘度直接影响支撑剂回流效果,粘度越大,返排临界流速越小,支撑剂回流越容易发生.裂缝闭合前采用小流速返排,裂缝闭合后增大返排流速,同时尽可能降低破胶压裂液粘度,即可使压裂液得以尽快返排,同时保证了尽可能多的支撑剂停留在裂缝中,该模型丰富和完善了压裂返排支撑剂回流理论.     

压裂气井返排压力新模型研究

气井压裂后返排阶段压力的准确预测对于优化返排工作制度具有重要意义,目前的返排压力模型缺乏对两相返排阶段的研究,压力模型不完善。为此,根据质量守恒原理、能量守恒原理、岩石力学理论和地层渗流理论,建立了考虑裂缝闭合前后不同返排规律和压力变化规律的返排压力新模型。新模型包含单相压裂液返排和气液两相返排的不同阶段,将压裂返排过程与地层产能综合分析,最终得到从停泵返排初期直至气井稳定产气整个过程的返排压力变化规律。现场实例表明,新模型的计算结果与现场实测压力吻合较好。放喷油嘴尺寸越大、裂缝闭合时间越短,到达稳定产气阶段的时间越短,稳定产气阶段的井底压力也越低。新模型可为现场合理返排制度的确定提供理论指导。     

苏里格气田加纤维压裂技术的应用研究

针对苏里格气田气井压裂返排过程中支撑剂回流的实际情况,制备出适合苏里格气井的压裂用纤维,并确定
了加入纤维的尺寸与浓度;通过模拟裂缝强制闭合模式,结合返排过程中临界返排流量、支撑剂沉降速度等计算模型,
编制了纤维防支撑剂回流压裂返排优化设计软件,并结合实际的压裂施工资料进行分析设计,为压裂液返排及控制支
撑剂回流提供指导。现场的加纤维压裂和控制放喷试验表明：所研制纤维适合苏里格地区气井的防支撑剂回流要求,
较为显著地减少了支撑剂回流量,提高了放喷排液速度,同时还降低了排液过程中由于支撑剂回流导致的针、闸阀损
毁情况发生的概率。     

压裂气井支撑剂回流及出砂控制研究及其应用

加砂压裂是低渗气藏开发评价和增储上产必不可少的技术措施,然而经过大量的现场施工发现,如果压裂后气井排液控制不当或生产过程中配产不合理,将导致支撑剂回流或出砂,引起气井产能严重下降,从而影响最终的压裂效果.分析了支撑剂回流机理,建立了压裂液返排过程中临界返排流量、支撑剂返排速度和沉降速度计算模型,提出了控制支撑剂回流的放喷油嘴选择原则.在考虑气井生产过程中既要返排注入地层中的压裂液,同时又不将地层砂(包括支撑剂)带入井筒的前提下,推导出了压裂气井的临界产量计算公式.结合实际的压裂施工资料进行了实例计算分析,为指导压裂液返排和确定气井合理产能提供依据.     

压裂直井压后返排油嘴直径优选方法

随着非常规能源的开发,压裂技术得到了更广泛的应用。压后强制返排技术是保证裂缝高导流能力的有效措施;然而,选取合理的油嘴直径进行返排一直是现场施工的难题。油嘴直径过大,会造成支撑剂大量回流;油嘴直径过小,压裂液向储层大量滤失,对储层造成伤害,不利于油气增产。利用物质平衡原理,在支撑剂回流启动模型的基础上,结合裂缝的闭合特性,导出了压裂液返排过程中井口压力与最优返排油嘴直径的关系式,为现场施工提供指导。分析表明,裂缝闭合时机是油嘴选取的临界状态,裂缝闭合前,支撑剂在裂缝中启动流速低,不宜用大油嘴返排;裂缝闭合后,最优返排油嘴随压降变化敏感,可以及时更换大油嘴进行返排。     

水力压裂支撑剂回流控制措施探讨

从两个方面对支撑剂回流控制措施进行了研究,一是改善压裂支撑剂的性能;另一方面是近井筒地带支撑剂填充层的稳定性,采用有控制的裂缝闭合工序,让裂缝尽早闭合。在前人研究工作的基础上,对改善性能后的支撑剂和添加剂进行了总结,包括树脂包胶支撑剂、加纤维支撑剂、热塑性薄膜支撑剂、表面改良支撑剂、可变形支撑剂、树脂冲洗措施等,总结其性质和适用性。总结前人的成果,建立模型,分析了评估支撑剂回流的重要参数——压裂液临界返排流量的影响因素及变化规律,提出了对压裂液返排程序进行优化设计的准则和方法,指导返排,控制回流。     

压裂液返排速度对支撑剂回流量影响实验研究

压裂液返排速度是影响油气井压后效果的重要因素。为研究压裂液返排速度对支撑剂回流量的影响,运用自主研发的裂缝模拟实验装置,进行不同压裂液返排速度下支撑剂回流量的实验测试。实验过程中针对每一个压裂液返排速度,测试不同返排阶段支撑剂的回流量。实验结果表明,压裂液返排速度以43.2 m~3/d为界限,返排速度低于43.2 m~3/d时支撑剂回流量随压裂液返排速度增加较慢;而当返排速度高于43.2 m~3/d后,支撑剂回流量增加明显加快。支撑剂回流主要集中在压裂液返排初期,前33.33%的返排液量携带出了75%以上的回流支撑剂;因此在压裂液返排初期应选用相对较小的返排速度以达到控制支撑剂回流的目的,返排后期在不造成出砂的前提下,适当增大返排速度以实现压裂液尽快返排,减少地层伤害。     

基于边界元法的压裂液返排数值模拟

为研究水力压裂后压裂液的返排问题并设计出科学合理的返排方案,采用边界元方法,建立压后返排数值模型,综合考虑裂缝变形过程与流体滤失及流动过程,构建流固耦合非线性方程组,并采用牛顿迭代法进行求解,以实现对返排全程的定量化控制.研究表明:裂缝延伸越深,裂缝宽度越窄,且随着返排进行,裂缝逐渐发生闭合;返排初期流体压力下降较快,返排后期降速减低,当井口压力降为大气压时,返排停止;在返排后期合理调整喷嘴尺寸可加快返排,会导致流量升高、流速加快,井口压降曲线斜率明显增大.可见本模型能准确刻画出压裂液回流过程中裂缝宽度的分布与变化过程,能准确反映流体压力、流量流速的变化规律,对非常规能源的生产开发具有一定的借鉴意义.     

基于Cross本构方程的裂缝内清洁压裂液支撑剂铺置行为数值模拟

支撑剂在裂缝中的铺置行为直接决定着压裂增产效果。以提高支撑剂在裂缝中的携砂能力为目的,采用流变仪研究了黏弹性表面活性剂清洁压裂液的流变特性,运用Cross非牛顿流体本构方程拟合得到了清洁压裂液的流变参数,基于Eular-granular颗粒动力学方法研究了支撑剂在清洁压裂液中的运移特性。模拟结果表明,Eular-granular颗粒动力学方法模拟结果与室内实验吻合较好,能够描述裂缝内砂堤铺置行为。对清洁压裂液而言,零剪切黏度越高,剪切稀化性越低,结构松弛时间越小,其携砂性能越好;采用低密度、小粒径的支撑剂可以有效降低缝内砂堤平衡高度,延长支撑剂的铺置距离,减少裂缝内近井段支撑剂的堆积,防止返排时产生回流。     

压裂水平井支撑剂运移及产量研究

根据压裂水平井实际情况,首先建立了支撑剂在三维裂缝的运移分布和水平井压后产能预测模型;结合裂缝三维延伸模型、温度场模型和压裂优化设计方法研制了压裂水平井设计软件。其中支撑剂运移模型通过引入支撑剂对流质量传递方程,考虑了支撑剂对流、温度分布、压裂液滤失等因素对支撑裂缝尺寸的影响;产能预测模型考虑了水平井压后形成的多裂缝间的相互干扰、裂缝条数、裂缝间距、裂缝导流能力、裂缝平面与水平井筒夹角等因素对水平井压后产能的影响。通过实例应用,模拟结果与实际情况吻合程度高,表明了模型的可靠性。     

控缝高水力压裂中支撑剂和隔离剂输送规律

研究了水力压裂缝高控制中人工隔层产生的机理,支撑剂和隔离剂输送规律．由全三维裂缝扩展模型得出裂缝几何尺寸、压裂液压力、温度、粘度、流速等参数,在此基础上建立了支撑剂和隔离剂输送模型,对支撑剂浓度控制方程在特征流线上进行分析,给出求解方案．由于施工过程实际上是在不同时间区段注入不同性质、不同浓度的液体和支撑剂或隔离剂,计算中把裂缝面划分成网格,记录在不同时刻、不同网格节点的液体和支撑剂或隔离剂的注入时间区段,可以给出液体的流动轨迹和支撑剂或隔离剂的输送规律．沉积与流固（支撑剂、隔离剂）两相滑移速度相关,而滑移速度可统一由裂缝三维压裂延伸程序求解．经过计算机仿真证实可以比较精确地描述支撑剂和隔离剂在裂缝中输送及最终的分布规律．     

单层铺砂条件下煤岩裂缝导流能力实验研究

为了深入研究煤岩压裂裂缝导流能力,运用FCES-100裂缝导流仪测试了低铺砂浓度尤其是单层铺砂条件下煤岩裂缝导流能力,并考虑了嵌入作用、天然裂缝等因素的影响.实验结果表明:在较低闭合压力下单层铺砂能够支持煤岩裂缝,获得理想的导流能力;不同煤岩由于力学性质的不同,单层铺砂导流能力存在较为明显的差异,在高闭合压力下支撑剂嵌入对质软的煤岩裂缝导流能力伤害严重;时间和实验煤岩板上存在的天然裂缝对单层铺砂煤岩裂缝导流能力存在影响.     

压裂液侵入对页岩储层导流能力伤害

大规模水力分段压裂是页岩气等非常规资源高效开发的关键技术。页岩气井返排率一般较低,大量的压裂液长期滞留地层对储层岩石、支撑剂强度等造成一定的伤害,影响页岩储层压裂改造长期效果。针对该问题,通过室内试验模拟研究现场压裂前后气测导流的变化规律,对压裂液伤害程度进行表征。结果表明:压裂液侵入降低了支撑剂、页岩岩石强度,导致支撑剂破碎率、岩石嵌入程度加剧,导流能力伤害达到60%以上;使用大粒径支撑剂、较高铺砂浓度,优选破胶性能好、低残渣、防膨性强的压裂液,能有效提高导流能力,降低压裂液伤害程度。研究结果对页岩地层压裂设计,降低压裂液伤害提高产量提供参考。     

憎水憎油型支撑剂研究

憎水憎油型支撑剂是一种新型的压裂用支撑剂,可通过在含氟聚合物溶液中以适当的工序处理陶粒、石英砂等压裂用支撑剂获得。从分子结构与附着功的角度分析了含氟聚合物溶液处理常规支撑剂使其表面改性的作用原理,介绍了该支撑剂的处理工艺,同时对憎水憎油型支撑剂的化学稳定性、憎水憎油性、导流能力及其对压裂液携砂性能的影响等方面进行了室内实验研究。结果表明,该支撑剂处理工艺简单、稳定性好,将其应用于压裂施工,明显降低了地层流体对水力裂缝堵塞的可能性,从而使裂缝长时间保持高导流能力,达到延长压裂有效期的目的。     

单层铺砂条件下支撑剂嵌入深度对裂缝导流能力影响实验研究

在支撑剂嵌入深度对裂缝导流能力影响实验中,主要研究了裂缝闭合应力对支撑剂嵌入深度的影响和支撑剂嵌入深度对裂缝导流能力的影响。研究发现,支撑剂嵌入深度随着闭合压力的增大而增大,但并不遵循线性关系,当闭合压力大于25 MPa时,嵌入深度与闭合压力呈直线关系。单层铺砂浓度下,裂缝导流能力随嵌入深度的变化非常明显,趋近于线性变化,对压力较为敏感。文中还建立了支撑剂嵌入深度对裂缝导流能力影响的定量计算模型,可以用来预测支撑裂缝的导流能力,对现场压裂有一定的指导意义。     

基于最优支撑剂指数法优化低渗气藏裂缝参数

现行裂缝参数设计方法没有考虑以压后有效渗透率为设计参数,也没有考虑经济允许的最佳压裂规模,因此不能确保压裂效果的长效性与经济性。基于支撑剂指数法,以经济最大化为目标,考虑非达西流动效应与压裂液伤害对裂缝渗透率的影响,结合经济因素、油藏规模、压裂规模间相互关系得到最优支撑剂指数函数,压裂已知规模气藏时,通过该关系函数可确定唯一的最优支撑剂指数及最优缝长,通过迭代求解可得到非达西流动条件下最优裂缝参数。计算结果表明,非达西流动效应越严重,最优支撑剂指数越小,最优缝长越小,最优缝宽越大,降低裂缝内非达西流动效应的影响需要设计低穿透比和高导流能力的裂缝。