射孔孔道中携砂压裂液输送规律研究

携砂压裂液自射孔孔道进入水力裂缝,其为裂缝和井筒连接的唯一通道,然而实际压裂施工中常会出现支撑剂颗粒沉降在孔道内而将射孔孔眼堵住,或者流经孔道后能量损失过多而严重影响支撑剂在裂缝内的输送。针对此类问题,文章基于自主设计的实验装置研究了支撑剂在射孔孔道内的输送规律。结果表明:射孔孔道内沉降的砂堤厚度随施工排量的增加而降低,随孔径的增加而减小;射孔孔道两端的压差随施工排量的增加而增加,随孔径的增加而减小。携砂压裂液在射孔管道中流动时存在形成砂堤的最小临界排量和砂堤消失的最大临界排量。     

适用于煤矿井下加砂压裂的压裂液性能研究

目前煤矿普遍采取井下清水压裂后抽排瓦斯,但是压后裂缝难免重新闭合,为了提高瓦斯抽排效果,采用加砂压裂。优选适用于煤矿井下加砂压裂的清洁压裂液,评价其携砂、防膨、破胶与伤害性能力等。该压裂液体系煤心伤害率为19.62%,支撑剂在压裂液中基本不沉降,表现出优异的高携砂、低伤害性能,适用于低排量、高砂比的煤矿井下加砂压裂施工。     

煤层气压裂中支撑剂沉降模型的对比与优选

水力压裂过程中涉及到众多固液两相流问题,如使用压裂液将支撑剂输送至地层、压裂液返排时对支撑剂的携带等。由于目前使用的支撑剂密度多大于压裂液密度,支撑剂在随压裂液运动的同时会发生沉降。支撑剂在压裂液中的沉降速度直接关系到现场的工艺设计,因此有必要对支撑剂沉降进行深入研究。目前煤层气压裂主要为清水压裂。针对清水压裂,对常用支撑剂沉降模型的计算值与实验数据进行对比,最终优选出与实际符合最好的支撑剂沉降模型。     

支撑剂的沉降规律研究

水力压裂是油气藏增产的一项重要技术,形成高导流能力的填砂裂缝是水力压裂成功的关键,支撑剂则是压裂施工的关键材料。支撑剂在裂缝中的沉降分布规律影响着压裂施工的好坏,因此研究和掌握支撑剂在裂缝中的沉降规律,对石油压裂工艺发展具有重要意义。本文主要采用可视化缝隙导流沉降装置进行支撑剂在裂缝中沉降模拟实验,对比分析砂堤形态及支撑剂沉降速度,从而达到优选支撑剂的目的。     

计算颗粒粒度分布的递推算法

针对光透过离心沉降法的数据处理,综合应用Stokes公式和Lambert–Beer定律,考虑了颗粒消光系数的影响和离心沉降中的径向稀释效应, 提出计算颗粒粒度分布的递推算法. 实验结果表明, 该算法计算过程简单,结果准确, 也可用于重力沉降.     

大分子聚合物对致密页岩CO2压裂液悬砂性影响模拟

针对CO2用于致密油气地层因低黏度而对支撑剂悬浮性弱的缺陷,通过聚合反应合成了一类有机大分子聚合物并进行化学表征.以多物理场耦合构筑CO2压裂液中的支撑剂颗粒数值模型,以支撑剂下落速度作考察指标,研究不同因素对支撑剂在CO2压裂液中的悬浮能力的影响.结果表明:大分子聚合物质量分数是CO2压裂液悬砂能力改善的最重要因素,并揭示了CO2压裂液悬砂能力改变的根本原因.     

可逆交联聚合物压裂液流变及悬砂性能研究

压裂液流变及悬砂性能是压裂施工成功最关键的因素,支撑剂在压裂液中的沉降速度衡量压裂液的悬砂性能。该研究以SRFP-1增稠剂、SRFC-1交联剂、氯化钾工业品作为研究对象配制可逆交联聚合物压裂液SRFP;评价了该压裂液体系在100~160℃流变性能;以20/40目陶粒为研究对象开展静态悬砂实验;采用单颗粒法和砂比法,考察了不同温度配方SRFP压裂液悬砂性能;最后对比了SRFP压裂液与3种不同厂家生产的聚合物压裂液的悬砂性能。     

压裂气井出砂机理研究及防治

水力加砂压裂是低渗透油气田的重要增产措施,由于地质和生产制度原因造成压裂气井回流出砂,危及安全生产,掩埋射孔井段,影响气井产出。研究认为:地层两向水平应力差值的大小是控制压裂缝宽窄的地质因素,因应力差值大形成的“短而宽”压裂缝闭合速度慢,返排压裂液时支撑剂未被裂缝夹住,填充层顶部支撑剂易被流体携带出砂。频繁开关井激动井底,生产制度过大,突破气井出砂临界生产压差使压裂缝中砂拱松散而被流体带出。决定支撑剂回流的临界参数有裂缝闭合应力,油气开采所施加的流体动力及裂缝宽度。     

可逆交联聚合物压裂液流变及悬砂性能研究

压裂液流变及悬砂性能是压裂施工成功最关键的因素,支撑剂在压裂液中的沉降速度衡量压裂液的悬砂性能。该研究以SRFP-1增稠剂、SRFC-1交联剂、氯化钾工业品作为研究对象配制可逆交联聚合物压裂液SRFP;评价了该压裂液体系在100¹60℃流变性能;以20/40目陶粒为研究对象开展静态悬砂实验;采用单颗粒法和砂比法,考察了不同温度配方SRFP压裂液悬砂性能;最后对比了SRFP压裂液与3种不同厂家生产的聚合物压裂液的悬砂性能。     

高速通道压裂技术在大牛地气田的应用

大牛地气田属于低孔、低渗、低压致密砂岩储层,随着规模开发、层位的不断拓展,储层厚度、物性和连续性不断变差。支撑剂的无效铺置、支撑剂运移、压裂液的残渣堵塞伤害等多种原因造成加砂压裂效率降低、开发成本浪费。针对这些问题,室内评价了一种新型压裂工艺——高速通道加砂压裂。通过对岩石力学、支撑剂导流能力、支撑剂在压裂液段塞中的稳定性及开放性通道进行评价,对纤维加量、铺砂浓度剖面和加砂规模优化,以及对纤维降解和纤维加注配套技术优化,优选出纤维加入浓度为4‰,压裂液用量降低39%,支撑剂用量降低44%,施工水马力降低了33%,脉冲时间间隔为1.5~2.5 min。××井现场实验表明高速通道加砂压裂工艺具有压后快速放喷、提高产量、降低成本等特点,取得了较好的试验效果。     

阴离子型VES压裂液在裂缝性油藏中的研究应用

裂缝性油藏中出现的天然裂缝会在水力压裂过程中发生剪切或者破坏等一系列现象,这导致了压裂液的滤失情况十分严重,进一步造成砂堵或者加砂困难等问题。针对裂缝性油藏中压裂液滤失严重的问题,通过研究阴离子型VES压裂液的性能来降低压裂液的滤失量。测试了VES压裂液的流变性能、耐温性能、粘弹性能、悬砂性能及破胶性能。研究表明,VES压裂液的耐剪切性很好,可以维持长时间的工作要求,在低剪切力下可以维持粘度的不变,在提高剪切速率时粘度会开始下降,在剪切速率得到回降后粘度又可以快速恢复;VES压裂液在60℃的地层中利用率最高,此温度下的粘度最大,弹性也最大,不可用于高于80℃的地层;VES压裂液支撑剂沉降速度很低悬砂性能很好,破胶很快且很彻底;这些优越的性能可以大量减少裂缝性油藏在水力压裂过程中压裂液的滤失量。     

Feedback control of proppant bank heights during hydraulic fracturing for enhanced productivity in shale formations

In hydraulic fracturing of shale formations, compared to conventional reservoirs, the fracturing fluid injected is of low‐viscosity and hence during pumping the proppant settles significantly, forming a proppant bank. Motivated by this consideration, we initially develop a high‐fidelity process model of hydraulic fracturing to describe the dominant proppant settling behavior during hydraulic fracturing process. Second, a novel remeshing strategy is developed to handle the high computational requirement due to moving boundaries. Third, a section‐based optimization method is employed to obtain key fracture design parameters for enhanced productivity in shale formations subject to given fracturing resources. Fourth, a reduced‐order model is constructed to design a Kalman filter and to synthesize a real‐time model‐based feedback control system by explicitly taking into account actuator limitations, process safety and economic considerations. We demonstrate that the proposed control scheme can regulate the uniformity of proppant bank heights along the fracture at the end of pumping. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 1638–1650, 2018     

A new model for simulating particle transport in a low‐viscosity fluid for fluid‐driven fracturing

Fluid‐driven fracture (i.e., Hydraulic fracturing) is an important way to stimulate the well productivity in the development of unconventional reservoirs. A low‐viscosity fluid called slickwater is widely used in the unconventional fracturing. It is a big challenge to simulate the particle (or proppant) transport in the low‐viscosity fluid in a field‐scale fracture. A new model to simulate particle transport in the low‐viscosity fluid in a field‐scale fracture is developed. First, a new parameter is defined, called the rate of proppant bed wash‐out, by which we incorporated the mechanism of proppant bed wash‐out into Eulerian‐Eulerian proppant transport model. Second, we proposed a novel way to consider the effect of proppant settling on the proppant concentration in the upper layer (or suspending layer) to accurately simulate the proppant transport. Additionally, a dimension reduction strategy was used to make the model quickly solved. Our simulation results were compared with published experimental data and they were consistent. After validation, the effect of fluid viscosity, injection rate, fracture height, and proppant concentration on the proppant distribution in a fracture is investigated. This study provides a new model to simulate particle transport. Meanwhile, it gives critical insights into understanding particle transport in the field‐scale fracture. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 3542–3552, 2018     

压裂用支撑剂应用现状和研究进展

水力压裂是石油、天然气开采中应用较广的一门技术,支撑剂是压裂施工的一种关键材料.支撑剂由压裂液带入到地下裂缝中并直接影响着压裂效果.目前市面上使用的支撑剂主要是石英砂、陶粒、树脂覆膜支撑剂,随着支撑剂技术的日臻成熟,许多新的支撑剂也被研发出来.简要地总结了现在的支撑剂的优缺点,主要介绍了三种新型支撑剂,包括低密度支撑剂、表面改性支撑剂和液体支撑剂等,讨论了发展趋势,对压裂支撑剂研究和相关行业具有一定的指导意义..     

sw8-9-3井混注可降解纤维压裂施工分析

为解决压后返排支撑剂回流问题,对东北分公司sw 8-9-3井进行了全程纤维加砂施工。现场实验和文献调研证明,纤维可提高压裂液携砂能力,有利于提高支撑缝长,改善裂缝中支撑剂的分布剖面。该井后不关井直接进行压裂液快速返排,排液时间显著缩短,返排效率高。加入纤维可以减缓支撑剂的沉降速度,提高悬砂性能,因此可进一步考虑减少聚合物等增粘剂的加入量,最大限度保护储层,优化导流能力,提高产量。     

一种新型滑溜水压裂液降阻剂合成与应用研究

减阻剂是滑溜水压裂液的核心添加剂,采用反相乳液聚合法合成了一种新型降阻剂,并以其为主剂,配制了一种滑溜水压裂液体系。考察了降阻剂的各项性能和滑溜水压裂液体系对岩心渗透伤害和裂缝导流能力伤害性能。试验结果表明:降阻剂具有较好降阻性能和携砂性能;该降阻剂配制的滑溜水压裂液对岩心渗透伤害率低、对支撑剂导流能力的伤害率低,对支撑剂导流能力的伤害恢复率达到95.8%;该降阻剂配制的滑溜水压裂液具有低摩阻和高弹性的特点,可以实施大液量、大排量、大砂量的施工。     

支撑剂回流理论研究

压裂是低渗透油藏的重要开发手段,而压裂返排施工关乎压裂成败。通过对压裂过程中的支撑剂进行受力分析,利用牛顿第二定律分析了支撑剂在水平和竖直方向上的运动状态,建立了支撑剂回流模型。利用室内模拟实验,模拟了在单条裂缝中的支撑剂运动,分析了不同返排流量下的支撑剂运动状态,验证了支撑剂回流模型的准确性。通过室内模拟实验和回流模型计算分析了实际压裂过程中支撑剂在裂缝中的运动,得到支撑剂在裂缝中的运动距离相对于裂缝半长很小,为现场施工过程中进行顶替返排提供理论支撑。     

预凝胶颗粒对支撑裂缝封堵能力实验评价

评价预凝胶颗粒对支撑裂缝封堵能力对压裂裂缝封堵及重复压裂暂堵转向都具有重要意义。通过玻璃填砂管实验,研究了浓度、支撑剂类型和预凝胶颗粒充填方式对支撑裂缝封堵效果的影响。结果表明,预凝胶颗粒对支撑裂缝具有较好的封堵性,预凝胶颗粒浓度对封堵率影响较大,陶粒支撑剂更容易被封堵混合充填方式封堵率较高。预凝胶颗粒具有较好的封堵和暂堵作用。