多尺度暂堵剂粒度参数优化及应用

为提高多尺度暂堵剂封堵效果，提出了一种基于粒度组成调控封堵层渗透率及强度的粒度优化方法。首先将d1/2理论和5/6匹配原则相结合，确定出不同缝宽下暂堵剂稳定堆积的粒度分布基线；然后，在考虑暂堵剂性能参数的基础上，基于Kozeny-Carman模型，通过分形理论建立了封堵层渗透率模型；最后，综合考虑摩擦和剪切失稳准则，建立封堵层强度模型，优化暂堵剂粒度分布和封堵层长度。根据优化设计方法开展室内封堵效果评价，设计了代表粒径为1.14 mm的暂堵剂对缝宽为3 mm的岩心进行封堵。结果表明：在闭合压力为40 MPa的条件下，封堵层的承压能力为33 MPa，渗透率为2.2×10-3μm2，渗透率和封堵强度实验值与建立的理论模型预测值相对误差分别为9.09%和6.06%，表明优化设计方法可靠。现场应用结果显示，加入暂堵剂后，施工压力从88.4 MPa上升到93.2 MPa，微地震表明暂堵剂的加入促使裂缝转向开启，有效提高了裂缝复杂程度并增加了改造体积。研究成果可为暂堵剂粒度参数优化提供理论支撑。