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。     

考虑支撑剂变形的压后支撑缝宽预测新模型

支撑剂嵌入裂缝壁面会降低人工裂缝的导流能力,加快产能递减,使前期的压裂增产施工效率降低,甚至无效化。因此,在生产实践中,多采用多层铺置的模式增加裂缝导流能力,降低支撑剂嵌入及变形的负面影响。但是,现有支撑剂嵌入模型大多建立在支撑剂正方形排列单层铺置的基础上,模型太过理想化,对嵌入后导流能力的模拟并不准确。为使模型计算结果更接近实际,充分考虑支撑剂菱形排列多层铺置对压后支撑缝宽的影响,基于弹性力学和Hertz接触理论对支撑剂在原地应力作用下的应变进行分析,建立了压后支撑缝宽变化的数学模型,并结合实验数据与模型计算结果,对闭合压力、粒径、支撑剂铺置层数等参数进行了敏感性分析,认为适当增加支撑剂铺置层数和选用较大粒径支撑剂有利于降低压后缝宽变化幅度;最后分析了不同储层弹性模量下支撑剂变形量与嵌入量的相对大小,给出了根据云图图版优选不同弹性模量支撑剂的方法。该研究对加砂压裂施工中的砂比优化和支撑剂类型优选具有一定指导意义。     

高阶煤支撑剂嵌入模型

 支撑剂嵌入煤层会损害压裂支撑裂缝导流能力。目前关于煤岩支撑剂嵌入的研究主要为实验研究,缺乏相应的理论数值计算模型。为此,对沁水盆地端氏、曲堤和候村高阶煤层的支撑剂进行嵌入实验,分析了闭合压力和煤岩坚固性系数对支撑剂嵌入的影响;根据Langmuir 定律,推导出二维多层支撑剂嵌入煤岩的缝宽模型和压嵌模型,利用实验数据对模型进行了验证。结果表明：支撑剂嵌入煤岩时,存在临界嵌入压力,煤岩坚固性系数越小,临界嵌入压力越小,支撑剂越易嵌入煤岩;在闭合压力小于30 MPa 时,支撑剂嵌入煤岩程度小于支撑剂粒径的1/2 时,模型计算结果与实验测试结果相似程度较高,推导出的缝宽模型和压嵌模型能有效指导沁水盆地高阶煤层的水力压裂施工设计。     

页岩水化作用对支撑剂嵌入影响实验研究

页岩压裂改造过程中大量压裂液进入储层后滞留于孔隙或微裂隙中,滞留的流体与页岩发生复杂的物理-化学作用,会改变储层物性和力学性能,加剧压裂裂缝的支撑剂嵌入程度,从而影响压裂裂缝的导流能力。采用页岩自渗吸测试与支撑剂嵌入实验测试,明确了页岩自渗吸量变化特征以及吸水软化对支撑剂嵌入程度的影响。通过实验研究发现：页岩储层的自渗吸量与黏土矿物含量呈正相关,黏土矿物含量越高,单位体积页岩自渗吸量越大。滑溜水中的助排剂和防水锁剂能降低页岩与压裂液的表界面张力与毛细管力,导致页岩自渗吸量降低。页岩弹性模量越小,相同闭合应力条件支撑剂嵌入深度越大。页岩吸水导致弹性模量和强度降低,支撑剂嵌入深度大幅度提升。支撑剂嵌入深度与闭合压力线性相关,吸水后页岩的支撑剂嵌入深度与闭合应力关系的斜率大幅度提升。地应力对支撑剂嵌入的影响作用明显,围压增加,支撑剂嵌入深度大幅度降低,以期为页岩压裂效果评价和压后产能评估提供参考和理论支撑。     

不同类型储层支撑裂缝长期导流能力实验研究

在油气田压裂作业过程中,对于不同类型岩性储层,支撑剂的嵌入和破碎程度不同,不同程度的嵌入和破碎都会导致裂缝缝宽变窄、导流通道堵塞,使裂缝导流能力降低。为分析不同岩性储层长期导流能力变化趋势以及嵌入和破碎的影响机制,采用FCS-842裂缝导流能力测试系统在模拟地层条件下分别测试了钢板、页岩岩板、中、细砂岩岩板的长期导流能力;并对实验后的各类型岩板和支撑剂进行了微观观察。实验结果表明:各种岩性岩板的导流能力虽大小不同但变化趋势相似,前10 h下降较快,后期趋于稳定略有下降;支撑剂嵌入程度与各岩性岩板的力学性质相关,嵌入程度随闭合压力增加而增加,在低压下嵌入速度较慢;支撑剂和岩板破碎产生的碎屑运移堵塞导流通道会使实验后期导流能力缓慢下降。     

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.     

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。     

通道压裂裂缝导流能力影响因素研究

为了研究高速通道压裂裂缝内的支撑规律及裂缝导流能力,利用FCES-100导流仪对砂岩岩板进行室内导流能力测试。对比通道压裂铺砂与连续铺砂裂缝导游能力的差异,分析了纤维浓度、铺砂方式和支撑剂类型对通道压裂裂缝导流能力的影响。实验结果表明:低闭合压力下,通道压裂裂缝比连续铺砂裂缝导流能力大,随着闭合压力增加,通道压裂裂缝导流能力下降速度更快;纤维缠绕支撑剂形成网状结构,增加支撑剂团的稳定性,压裂液中最佳纤维质量分数为0.5%;支撑剂团的面积变化系数越大,通道压裂裂缝导流能力越低;支撑剂团块总面积大有利于增大通道压裂裂缝承压能力,但总面积过大裂缝导流能力反而会降低;对比通道压裂中3种支撑剂,覆膜砂的效果最好,其次是陶粒,石英砂效果最差。     

盐间非砂岩地层支撑裂缝长期导流能力实验研究

盐间非砂岩地层是强度较低、塑性变形量大、流变性强的储层,如果支撑剂选择不当,支撑剂嵌入将很严重,支撑裂缝的长期导流能力将损失巨大.运用FCES-100裂缝导流仪,模拟盐间非砂岩地层的温度与闭合应力条件,采用3种支撑剂、2种铺砂浓度,进行了盐间非砂岩地层岩石的支撑裂缝长期导流能力实验.发现:盐间非砂岩地层的支撑剂嵌入问题较严重,有必要使用高铺砂浓度、优质以及大粒径的支撑剂,以获得更高的支撑裂缝长期导流能力.根据实验结果回归出了在70℃、20MPa闭合压力情况下,支撑裂缝导流能力随时间变化的关系式,可以用其来预测盐间非砂岩地层中支撑裂缝导流能力的衰减趋势,对现场压裂有一定指导意义.     

砂泥岩交互储层支撑剂导流能力实验及应用

在砂泥岩互层的压裂施工中,由于压裂层数多且薄,所造缝的缝宽较窄,且由于支撑剂的大量嵌入,导致支撑裂缝导流能力进一步变差。为使裂缝参数与地层参数相匹配,在对不同粒径、铺砂浓度和支撑剂嵌入等复杂条件下的导流能力进行评价的基础上,进行了组合粒径实验研究,结果表明:尽管在闭合压力较小时,20/40目与16/30目组合粒径导流能力均与16/30目支撑剂有较大差距,但随着闭合压力的升高,使用组合粒径(20/40:16/30=3:1)获得的裂缝导流能力已经接近单一粒径(16/30目)的导流能力。现场对Y34-38井优化得到了组合粒径的最佳比例,压裂施工后取得了显著效果。研究成果对胜利油田滩坝砂岩储层的压裂改造有重要的指导意义。