一种新型石油压裂支撑剂的研制

利用贵州丰富的铝土矿为主要原料，配以特殊的辅料，经加工、熔化、特殊的成球及热处理等工艺过程研制成新型石油压裂支撑剂，为中深油井压裂提供性能较好的支撑剂。     

模糊神经网络在石油压裂支撑剂研制中的应用

石油压裂支撑剂的研制是一项复杂有难度的技术，受到很多因素的影响。针对研制过程中各项指标具有较大模糊性的特点，应用模糊神经网络系统(FNNS)来获取各影响因素与支撑剂质量的关系模型和预测模型，从而找到原料配比、成球工艺参数、烧结温度与产品质量之间的最佳关系。     

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。     

高强度耐酸支撑剂的研制与开发

目前国内常用支撑剂普遍抗酸蚀性能差、密度高、抗压强度低,难以满足塔河油田压裂与酸化复合改造工艺的要求.为此,研制开发了新型高强度支撑剂H-1.其性能测试表明,酸溶解度为1.6%,在86 MPa下的破碎率为2.1%,在高温、高闭合应力及强酸性环境中可保持较高的导流能力,可满足塔河油田压裂与酸化复合改造的要求.     

压裂用陶粒支撑剂短期导流能力试验研究

压裂裂缝的导流能力试验研究对低渗油田的开发具有重要作用,在文中就压裂用陶粒支撑剂进行了两种铺砂浓度（５．０ｋｇ／ｍ＾２、１０．０ｋｍ／ｍ＾２）在１０－１００Ｍｐａ下的短期导流能力试验,并分析了影响导流能力的因素,提出了提高裂缝导流能力的方法,该试验研究结果将对低渗油田的压裂优化设计提供有益的帮助。     

新型通道压裂支撑剂铺置试验

为了解决常规高速通道压裂技术存在的加砂及泵注程序复杂、纤维要求高等问题,提出支撑剂在裂缝中实现不连续充填的新方法,应用可视化裂缝模拟装置开展新型支撑剂铺置的室内试验,同时运用标准API裂缝导流能力测试仪分析新型铺置方式下的裂缝导流能力。结果表明:新型支撑剂铺置方式可实现不连续充填,且形成的充填层导流能力在低压(5 MPa)及高压(60 MPa)下均有优于常规支撑剂连续铺置时的表现;一定范围内增大溶解性支撑剂比例和粒径可以形成更高的通道率;影响新型不连续充填层导流能力的因素主要有通道收缩、支撑剂间的压实和支撑剂破碎,当闭合压力较低时,通道的收缩及支撑剂间的压实起主导作用,当闭合压力较高时,支撑剂破碎起主导作用。     

地层流体对压裂用疏水支撑剂润湿性的影响

通过Washburn法测试了两种疏水支撑剂的三氯甲烷接触角,考察了疏水支撑剂经模拟地层流体在不同条件作用后的润湿性变化情况。实验研究表明:经模拟地层水浸泡的疏水支撑剂,其表面润湿性向亲水性方向转变,且温度越高、地层矿化度越高和作用时间越长,支撑剂的表面润湿性愈向亲水性转变;而经模拟油浸泡的疏水支撑剂,具有相似的规律,但其表面润湿性是向亲油性(疏水性)方向转变。     

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。     

滑溜水压裂支撑剂在水平井筒内沉降规律研究

为了研究支撑剂在水平井水平段内沉降规律,自主设计了实验装置及实验方法,分别研究了水平井直径、排量、砂比、压裂液黏度等参数对临界沉降速度和临界再悬浮速度的影响。实验结果表明:支撑剂的临界沉降速度和临界再悬浮速度随着砂比、水平井直径的增大而增大,随着压裂液黏度的增大而减小;临界速度受水平井筒直径、压裂液黏度影响较大,受砂比影响较小;在相同条件下,临界再悬浮速度比临界沉降速度大。基于实验数据,通过多元非线性拟合,建立了临界速度计算模型,该模型考虑了支撑剂、压裂液、水平井直径、砂比等影响因素,能较准确预测临界沉降速度和临界再悬浮速度。     

压裂用陶粒支撑剂短期导流能力试验研究

压裂裂缝的导流能力试验研究对低渗油田的开发具有重要作用 .在文中就压裂用陶粒支撑剂进行了两种铺砂浓度 (5.0 kg/m2 、1 0 .0 kg/m2 )在 1 0～ 1 0 0 MPa下的短期导流能力试验 ,并分析了影响导流能力的因素 ,提出了提高裂缝导流能力的方法 .该试验研究结果将对低渗油田的压裂优化设计提供有益的帮助     

致密气藏压裂用支撑剂导流能力评价及优化

为降低致密气储层改造成本,探究了石英砂取代压裂用陶粒支撑剂的可行性。采用裂缝导流仪对石英砂和陶粒支撑剂的长期导流能力进行评价,并结合数值模拟开展导流能力与采收率相关性的研究,从而优化支撑剂类型。结果表明：在闭合压力作用下,石英砂和陶粒支撑剂的导流能力随着时间呈现初期递减快、随后递减变缓的趋势,20～40目石英砂与陶粒的导流能力呈现半对数关系递减,40～70目、70～140目的石英砂和陶粒支撑剂的导流能力呈现两段式线性关系递减;导流能力下降的主要原因是支撑剂的破碎,在裂缝闭合8 h以内破碎率增加幅度较快,随后趋于平缓,这与导流能力的变化规律一致;随着支撑裂缝导流能力提高,采收率和稳产期累积产气量逐渐增大,当导流能力大于5μm²·cm时增幅逐渐减缓;可以用石英砂支撑剂代替陶粒支撑剂,渗透率为(0.01～0.10)×10^-3μm²的气藏,选用20～40目石英砂支撑剂,渗透率为1.00×10^-3μm²的气藏,选用40～70目石英砂支撑剂。     

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．     

水平井压裂楔形缝内支撑剂输运特征数值模拟

为使研究结果更符合真实储层中支撑剂运移铺置情况,考虑水平井压裂注入特征和压裂裂缝实际形态特征,突破矩形窄缝数值模型的限制,基于计算流体力学方法建立了工程尺度单孔眼楔形裂缝模型。利用支撑剂输运数值模拟分析了支撑剂粒径、支撑剂密度、压裂液黏度、施工排量和砂比对支撑剂在楔形裂缝中沉降运移的影响。根据数值模拟结果,以在楔形缝内形成具有充分高度和长度且不会带来砂堵风险的砂堤为目标,建议现场压裂施工排量在2.5 m³/min以上,携砂液黏度小于20 mPa·s,砂比控制在10%～20%,并采用粒径为70/140目的支撑剂进行支撑剂充填作业。与常规矩形长板裂缝模型的支撑剂输运模拟结果相比,楔形裂缝模拟中砂堤形态存在明显差异,为现场压裂施工参数提供新的参考。     

高速通道压裂过程中支撑剂运移规律研究

高速通道压裂是近年在非常规致密油气资源开采中出现的新技术.为了研究高速通道压裂过程中支撑剂运移规律,基于CFD-DEM方法,建立高速通道压裂三维模型,首先对纤维柱的有无、纤维柱的排列方式和纤维柱尺寸对高速通道形成的影响,并进一步研究压裂液黏度、支撑剂密度对支撑剂运移规律的影响.结果表明：随着纤维加入压裂液中,支撑剂颗粒流速出现差异性变化;由并行排列变为交错排列,支撑颗粒的流速由快变慢,流速较快的颗粒出现在裂缝底部的数目减少;采取纤维柱交错排列方式且纤维柱半径较小,有利于快速形成支撑柱,获得较高的裂缝导流能力;随着压裂液黏度的增大,纤维吸附颗粒数目在不断减少;当压裂液密度为1000 kg/m³时,支撑柱颗粒数目随支撑剂密度的增大而缩减少,而压裂液密度增大为2000 kg/m³时,支撑柱颗粒数目则呈现增大趋势.研究成果丰富了高速通道压裂技术的研究.     

疏松砂岩地层压裂充填支撑剂粒径优选

在疏松软地层中实施压裂充填工艺,出砂和支撑剂的嵌入是造成裂缝失效的主要因素,而两者都与支撑剂的粒径有密切的关系。针对金县油田高渗储层,设计模拟裂缝壁面的嵌入与砂侵和裂缝端部的砂侵试验。在不同压力下,对两种不同粒度组成的模拟地层砂进行测试,获得支撑剂在软地层中的嵌入程度、不同粒径支撑剂及其组合下的出砂量、出砂粒径以及砂侵后的导流能力。结果表明:在软地层中,支撑剂的嵌入程度随支撑剂粒径的增加而增大,随地层砂粒度中值的增大而减小;压裂充填防砂支撑剂粒径应优选为5～9倍的地层砂粒度中值;支撑剂粒径是地层砂粒度中值的6～9倍时,可形成内部砂桥;适合于压裂充填防砂的支撑剂粒径组合方案是粒径为地层砂粒度中值6～9倍的支撑剂与小于6倍的支撑剂体积比为3∶1。     

通道压裂支撑剂团块形成过程及影响因素

通道压裂中支撑剂与纤维团块的分布决定了裂缝的支撑与通道的形态,明确团块的形成过程和机理是研究通道压裂的关键,采用考虑了裂缝壁面粗糙和滤失的大型复杂裂缝颗粒运移铺置模拟装置进行实验,分析了团块的形成过程及特点,研究了施工排量、纤维比例、压裂液黏度和分支缝对于团块形成过程的影响.实验证明:第一个纤维脉冲形成的纤维团的位置和...     

正交设计优化低密度陶粒支撑剂的制备

一般来说,原料粒度越细,合成的材料性能越好。该文通过研究支撑剂原料的球磨时间和煅烧温度,探究对于支撑剂影响较大的因素,并优化出最优组合。通过正交优化实验,采用三因素五水平的方案,对铝矾土、长石球磨不同时间和不同的烧结温度进行研究。经过实验发现最优组合为铝矾土球磨4 h,长石球磨8 h,烧结温度为1 280℃.最优组合制备的支撑剂的主晶相为刚玉和莫来石,体积密度为1.48 g/cm³,视密度为2.7 g/cm³,在52 MPa压力下破碎率为4.07%,符合国家标准。     

通道压裂支撑剂缝内分布规律研究

通道压裂是低渗透致密油气藏高效、低成本开发的关键技术,通过采用非连续簇团铺砂的方式,使裂缝中形成具有高导流能力的通道,但目前关于通道压裂的理论研究仍然处于起步阶段.因此,基于计算流体力学建立欧拉-欧拉固液两相流模型,对通道压裂过程中支撑剂的分布状态进行模拟,通过与实验结果进行对比,证明了所建立模型的有效性,并系统研究了不同中顶压裂液(纯压裂液脉冲段)黏度、支撑剂密度、泵注排量对通道压裂通道率的影响.结果表明,中顶压裂液的黏度从1 mPa·s增加到20 mPa·s,通道内平均通道率增加5%;支撑剂密度从1400 kg/m³增加到2000 kg/m³时,缝内通道率减小了7%;排量由3 m³/min增加到7 m³/min时,通道率由28%增加到33.5%后减小到31%.现场应用过程中应使用较高黏度中顶压裂液、较低密度支撑剂和合理的泵注排量以保证裂缝中形成有效支撑通道.     

考虑支撑剂嵌入和地层砂运移的支撑剂指数法

南海东部主要为疏松砂岩储层,含蜡量大,出砂严重,常采用压裂充填技术作为增产防砂一体化措施。支撑剂嵌入以及地层砂运移会对裂缝导流能力产生较大的影响,但现有裂缝设计方法没有考虑这些影响。针对这一问题,本研究提出一种考虑支撑剂嵌入和地层砂运移的支撑剂指数法,通过数值迭代求解,对裂缝几何参数进行优化设计。通过南海东部某口井实例计算发现,设定支撑剂体积为20-30m3,传统支撑剂指数法优化的裂缝宽度为2.2-2.7cm,裂缝长度为18.0-22.0m;考虑微粒运移和支撑剂嵌入时,新方法优化的裂缝宽度为3. 5-4.2cm,优化的裂缝长度为11.6-14.2m。地层砂运移和支撑剂嵌入程度越深,优化的裂缝长度有所下降,优化的裂缝宽度有所增加。新方法考虑地层砂运移、支撑剂嵌入的影响,对储层的压裂充填工艺参数设计具有一定的指导意义。     

清水压裂中支撑剂输送沉降行为的CFD模拟

清水压裂技术具有成本低、对地层伤害小等优点,在页岩气等致密气藏开采中得到广泛应用,压裂过程中的湍流效应、颗粒间及颗粒与壁面的相互作用等是影响支撑剂输送沉降行为的重要因素。针对传统支撑剂沉降计算方法没有考虑流固、固固间双向耦合的缺点,建立了欧拉–欧拉两相流模型研究支撑剂在清水压裂过程中的输运沉降行为,模型考虑了流动的湍流效应、高浓度下颗粒间的摩擦应力,并利用Johnson–Jackson边界条件考虑颗粒与壁面间的作用。利用该模型研究了不同进口速度及位置、砂粒密度等参数条件下平板裂缝中压裂液与支撑剂的两相流流动,模拟结果与实验符合度较高,验证了模型的有效性。同时文中也讨论了这些参数对支撑剂输送沉降规律的影响。