支撑裂缝导流能力实验研究

基质渗透率低是低渗透储层最主要的特征,对这类储层的开发,基本都要进行压裂改造.通过实验的方法对影响水力裂缝导流能力和酸蚀导流能力的因素进行了研究.对于同种类型支撑剂,20 ～ 40目的导流能力比40～60目的要大60％以上.支撑剂粒径均为20～40目,在实验压力为69 MPa时,高支撑剂强度(69 MPa)的粒径破碎率比低支撑剂强度(52 MPa)的粒径破碎率低4.3％.在支撑剂中掺入不同质量浓度的纤维之后,纤维的质量浓度为5％时,与其他3种质量浓度(10％、15％和20％)相比导流能力的损失率小20％以上;在不同粒径组合形成的充填层中,掺入纤维后,要获得较大的导流能力,要求大粒径所占的比例大于66.67％.     

支撑裂缝导流能力影响因素实验研究与分析

支撑剂性能好坏直接影响支撑裂缝的导流能力,影响支撑剂性能的因素很多,除了支撑剂自身因素外,外界环境因素也不容忽视。从实验角度研究分析了支撑剂强度、粒径及粒径组合、铺砂浓度、闭合压力、温度和时间、支撑剂嵌入、地层微粒和压裂液残渣对导流能力的影响,实验结果对正确评价支撑剂性能以及合理选择支撑剂具有一定的参考价值。     

水力压裂支撑裂缝导流能力计算与分析

水力压裂已广泛用于油气藏开发,而裂缝导流能力是压裂优化设计的重要指标.目前很少有研究涉及到楔形裂缝的导流能力,而水力压裂后裂缝多呈现为近井筒处开口大,远井筒处开口小的楔形.在考虑支撑剂嵌入、裂缝形态(楔形)的基础上,建立了支撑裂缝导流能力计算模型,通过与文献中的数据对比验证了模型的准确性,并分析了关键参数对裂缝导流能力的影响.结果表明:沿着裂缝远离井筒,导流能力降低,降低趋势为裂缝跟端附近降低快、趾端附近降低慢;支撑剂嵌入导致有效流动空间减小、裂缝导流能力降低;裂缝宽度一定时,支撑剂越小,裂缝有效流动空间越小,导流能力越低.该文提出的支撑裂缝导流能力计算模型很容易嵌入到压裂数值模拟软件中,具有广泛的应用前景.     

支撑裂缝导流能力的数值模拟

裂缝导流能力一般是利用室内实验进行评价,周期长、成本高且仅能测试较短时间的裂缝导流能力。笔者通过离散元颗粒流程序生成了真实尺寸的支撑剂颗粒,再现了微小支撑剂颗粒之间、支撑剂与裂缝面之间的高度非线性接触的物理本质。通过CFD,计算了支撑剂簇空隙流体与支撑剂的流固耦合作用,建立了支撑裂缝的裂缝导流能力的数值模拟模型,开展裂缝闭合应力、储层弹性模量、铺砂浓度和支撑剂组合形式等对裂缝导流能力的影响规律研究,揭示了支撑裂缝导流能力的变化机理。数值模拟结果显示,裂缝导流能力与铺砂浓度和支撑剂颗粒成正比,与闭合应力以及支撑剂嵌入深度成反比。     

支撑裂缝长期导流能力数值计算

运用FCES-100裂缝导流仪,研究了闭合压力、时间等因素对支撑裂缝长期导流能力的影响程度。实验表明,对一定粒径的陶粒,闭合压力和时间是影响导流能力的主要因素。在大量实验数据的基础上,应用统计原理,回归出长期导流能力随闭合压力和时间变化的函数表达式,并通过现场运用,验证了其准确性,对科学研究以及现场压裂施工具有指导意义,同时也是支撑裂缝长期导流能力计算方法的新尝试。     

复杂条件下支撑剂导流能力的实验研究与分析

地层裂缝所处的各种复杂条件对水力压裂施工有重大的影响,利用导流能力测试仪器,测试分析了支撑剂嵌入、压裂液残渣、压裂液破胶效果、地层微粒侵入、闭合时间、酸碱性等复杂条件对支撑裂缝导流能力的影响。实验结果对正确评价支撑剂性能以及合理选择支撑剂具有一定的参考价值。基于实验测试的导流能力数据,应用统计分析原理,回归出导流能力随压力变化的函数关系式,对分析支撑剂导流能力和压裂施工设计具有一定的指导意义。     

低渗透油藏支撑裂缝长期导流能力实验研究

结合胜利油区低渗透油藏的特征,运用FCES-100裂缝导流仪,进行了支撑剂充填裂缝长期导流能力实验,考察了不同闭合压力、支撑剂嵌入与否、不同浓度和用量的压裂液对支撑剂充填裂缝导流能力的伤害程度,分析了各种因素对导流能力的伤害机理。实验结果表明,闭合压力每增加1MPa,导流能力下降1.86μm2·cm,支撑剂的嵌入可使导流能力最多下降46.7%,压裂液残渣的伤害可使导流能力降低90%以上。提出了通过加大铺砂浓度减小各种因素对导流能力伤害程度的方法。实验结果对支撑剂的选择、压裂液的研制以及现场施工都有积极的指导意义。     

页岩储层支撑裂缝导流能力实验研究

为深入了解页岩储层支撑裂缝导流能力的大小及裂缝有效性,开展了支撑剂粒径、类型、铺置方式对导流能力影响的实验研究,并进行了循环应力加载模拟开、关井过程引起的地层应力波动对页岩储层导流能力影响的实验研究。结果表明:低闭合压力下,粒径越大,导流能力越高,随着闭合压力的增大,大粒径支撑剂导流能力下降迅速;支撑剂均匀铺置与完全混合铺置相比,前者导流能力较好;开、关井过程引起的地层应力波动对页岩导流能力的影响较大。以上因素的研究对压裂方案设计优化和现场施工具有一定的理论指导意义。     

页岩支撑裂缝长期导流能力测试方法及测试装置改造

常规砂岩储层加砂压裂后油气渗流通道主要依赖于支撑裂缝,而页岩气储层由于其典型的脆性特征,通过大规模体积压裂后会形成复杂的裂缝网络,页岩气渗流能力主要取决于支撑剂充填层裂缝和储层剪切滑移形成的自支撑裂缝,因此,室内页岩储层导流能力的测试应包括支撑剂充填层和自支撑裂缝的导流能力两部分。目前国内对于页岩支撑导流能力的测试方法大多还是借鉴常规支撑剂充填层导流能力测试方法,无论测试方法还是测试装备都有一定的不适应性,大部分国产支撑导流仪的闭合压力加载系统、流量控制系统不能满足页岩储层长期导流能力测试要求。文章提出了页岩支撑裂缝导流能力测试方法及支撑导流仪改进目标、改进方法、改进措施,为页岩气储层室内导流能力的实施提供了技术支撑,为页岩储层体积压裂支撑剂优选及压裂效果评价提供了保障。     

纤维对支撑剂导流能力影响实验研究

纤维技术是近年国外发展的一项新技术,在防止压裂后支撑剂回流、降低裂缝伤害等方面具有明显的优势,为了评价纤维的性能,对加入纤维后对支撑剂导流能力的影响进行了实验研究.实验结果表明:不同的纤维与不同的支撑剂组合时,纤维都存在一个最优的加量浓度;在低闭合压力下,纤维的加入可以提高原支撑剂的导流能力,而在闭合压力超过某临界压力后纤维的加入则会降低支撑剂的导流能力;加入纤维后支撑剂在不同铺置浓度下的导流能力较为接近.实验结果总体表明,最优的纤维加入浓度对支撑剂导流能力影响不大,但在实际应用时应结合纤维性能和支撑剂性能通过实验确定在储层闭合压力下纤维的最优加量浓度.纤维对支撑剂导流能力影响实验结果对纤维技术在油气井增产措施中的推广应用具有指导意义.     

A Study of Hydraulic Fracture Conductivity and Its Dependence on Proppant Wettability

Abstract

Engineering design of hydraulic fracturing proppants typically focuses on maximizing permeability retention under stress, resistance to high temperatures, and controlling properties such as specific gravity and particle size; less attention is paid to the proppant's wetting characteristics and their potential impact on the deliverability of a hydraulic fracture. The purpose of this work is to investigate the effect of proppant wettability on the conductivity of hydraulic fractures through laboratory measurements. Results demonstrate a competing effect between permeability and wettability, the latter having a diminished impact on displacement efficiency at high permeability values.     

防回流纤维对支撑剂导流能力影响实验研究

水力压裂裂缝内的导流能力是影响油气井压后产量的重要因素。为研究防回流纤维对裂缝内支撑剂导流能力的影响,运用FCES-100裂缝导流仪,对不同粒径支撑剂在纤维以及压裂液影响下的导流能力进行实验测试,掌握了其影响规律。实验结果表明,纤维对不同粒径支撑剂导流能力的影响具有相似规律,在闭合压力较低时几乎无影响,而随闭合压力的增高其影响逐渐增大,当闭合压力达到70MPa后由于纤维的影响可导致导流能力下降30%～40%。压裂液残渣可导致支撑剂导流能力下降50%以上,而在较高闭合压力下由于纤维和压裂液残渣的共同影响可导致支撑剂导流能力下降70%以上。因此对于闭合压力较高的地层应慎重使用纤维防止支撑剂回流。     

南海低渗透储层支撑剂导流能力试验研究

针对南海低渗透储层油气采出程度低、压裂难以形成高导流能力人工裂缝的问题,通过室内试验分析了储层黏土矿物含量、不同粒径支撑剂组合方式和破胶液黏度对人工裂缝导流能力的影响。在试验条件下,储层黏土矿物含量从15%增至50%,20/40目支撑剂导流能力的降低率从13.84%增至31.34%;20/40目、30/50目和40/70目陶粒以3∶1∶1的比例铺置时最优,该组合最终导流能力为116.7 D·cm;破胶液黏度为1 mPa·s时,支撑剂导流能力最高。试验结果表明:随着黏土矿物含量增大,支撑剂导流能力逐渐降低;支撑剂的破碎主要由于支撑剂颗粒相互挤压而非与储层的相互作用;不同粒径支撑剂组合铺置时,大粒径支撑剂占比越大,导流能力越高;随着闭合压力升高,小粒径支撑剂破碎所造成的渗透率下降是造成导流能力降低的主要原因;破胶液黏度越低,支撑剂导流能力越高。研究结果可为南海低渗透油气藏压裂选层和优化压裂方案提供依据。      

不同闭合压力下包衣支撑剂导流能力变化特征的试验研究

为了评价包衣石英砂和包衣陶粒用作压裂支撑剂的性能,对包衣支撑剂在不同闭合压力下的导流能力变化特征进行了试验研究,并通过电镜对试验后支撑剂的破碎情况进行了观察。结果表明,包衣支撑剂的导流能力随闭合压力的增加而降低,包衣支撑剂只有当闭合压力大于一定值时,其导流能力才高于原支撑剂,石英砂和高强度陶粒包衣效果最好;试验后电镜照片也反映了不同包衣支撑剂的破碎情况。研究结果对包衣支撑剂的现场用具有指导意义。     

正交裂缝网络单相流动试验研究

为了分析正交裂缝网络模型中单相渗流规律和模型结构对渗透率的影响,利用大理石和不锈钢垫片组建了不同结构的正交裂缝网络模型,并在自行研制的物理模拟试验装置上对这些模型进行了一系列单相流动试验。结果表明:低渗流速度下裂缝网络模型中的渗流服从线性渗流规律,随着渗流速度的不断增大,渗流曲线向压力梯度轴弯曲,呈现出非线性渗流特征;平行于流动方向的裂缝数越多,模型渗透率越大。采用达西定律和Forchheimer方程相结合的方法,得出了线性渗流向非线性渗流转换的临界速度公式,裂缝网络模型中垂直于渗流方向的裂缝数越多,临界速度越大。      

考虑应力敏感性和长期导流能力条件下的支撑剂优选方法

针对以往压裂支撑剂优选方法的局限性，进行了研究改进，其要点包括：长期导流能力的测试与评价分析；测试介质由原用的蒸馏水改为压裂液破胶液；研制了可考虑长期导流能力及应力敏感性的压裂井动态预测模型。研究结果表明，即使两种支撑剂的长期平均导流能力完全相同，但如初期导流能力及其随时间的下降幅度不同，则优选的结果也不同。这比以往的研究有重要改进，并会在一定程度上提高压裂的效果。     

基于地层水浸泡条件下的支撑剂评价实验

压裂支撑剂是水力压裂施工必不可少的工程材料,压裂效果的好坏在一定程度上取决于支撑剂的优选结果,影响支撑剂导流能力的因素很多。在油气生产过程中,支撑剂长期处于地层水的浸泡过程中,因此有必要开展地层水浸泡下支撑剂性能综合评价。文章首次提出并在室内进行了支撑剂被地层水浸泡72h后的破碎率和导流能力实验,并与破碎率和导流能力的常规实验结果进行了对比分析。实验认为地层水浸泡后支撑剂的破碎率较未浸 泡的支撑剂破碎率增加幅度达到70％～100％,支撑剂粒径越小、抗压强度越高,地层水浸泡后的破碎率增幅越小;地层水的浸泡可以导致支撑剂的导流能力降低10％～40％左右。该实验为支撑荆的评价提供了新的方法和思路,实验结果对通过优选支撑剂来提高压裂增产效果具有一定的指导意义。