撐劑評(píng)價(jià)與優(yōu)選選

1、支撐劑的評(píng)價(jià)及優(yōu)選研究采油一班 2010617791一 概述 支撐劑是水力壓裂時(shí)地層壓開(kāi)裂縫后，用來(lái)支撐裂縫不使裂縫重新閉合的一種固體顆粒。水力壓裂使用支撐劑的目的是支撐水力裂縫，在儲(chǔ)層中形成遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于油層導(dǎo)流能力的支撐裂縫帶，最理想的支撐裂縫其導(dǎo)流能力應(yīng)在產(chǎn)液時(shí)，裂縫內(nèi)的壓力降落為零，既無(wú)限導(dǎo)流能力。這樣，由于高導(dǎo)流能力的支撐縫的存在，使井的滲濾方式由徑向流轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性流，同時(shí)也增加了滲濾面積，從而達(dá)到增產(chǎn)增注的目的。因此，支撐劑的選擇是至關(guān)重要的。1 定義、作用2一 概述 壓裂支撐劑在早期使用的主要為天然石英砂，同時(shí)也試驗(yàn)了核桃殼、金屬鋁球、玻璃球和塑料球等。隨著石油勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，深

2、層的開(kāi)發(fā)越來(lái)越多，天然石英砂在高閉合壓力與高溫、高礦化度地層水條件下，其抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)流能力不能滿足壓裂增產(chǎn)的需要。在70年代中期，研制了比石英砂強(qiáng)度和硬度更高的人造陶粒支撐劑，并形成了不同強(qiáng)度系列的陶粒支撐劑產(chǎn)品，基本上能夠滿足不同地層對(duì)支撐劑的要求。2 發(fā)展歷史3一 概述 目前國(guó)內(nèi)外主要使用天然石英砂和人造陶粒兩種類型的支撐劑。如何選擇和使用各種類型的支撐劑，需要對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，并與應(yīng)用的儲(chǔ)層進(jìn)行匹配研究和經(jīng)濟(jì)效益分析，使所選用的支撐劑及其裂縫導(dǎo)流能力能夠滿足最經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的壓裂設(shè)計(jì)的需要。3 重要性4二、支撐劑性能評(píng)價(jià)1、支撐劑物理性能 支撐劑的物理性質(zhì)主要包括：支撐劑的粒度組成、圓度、球度

3、、酸溶解度、濁度、密度、抗壓強(qiáng)度等。這些物理性質(zhì)決定了支撐劑的質(zhì)量及其在閉合壓力下的導(dǎo)流能力。5二 支撐劑性能評(píng)價(jià)2 支撐劑性能指標(biāo) 名稱項(xiàng)目 石英砂 陶粒 圓 度 0.6 0.8 球 度 0.6 0.8 公稱粒徑篩析率（%） （0.450.90） 90 90 抗破碎能力（%） （28MPa） 14 / 抗破碎能力（%） （5269MPa） / 10 酸溶解度（%） 5 5 濁度（NTU） 100 100 表1 支撐劑的主要性能指標(biāo) 6二 支撐劑性能評(píng)價(jià)3 支撐劑性能評(píng)價(jià) 目前，我們常用的支撐劑主要有蘭州砂、新疆砂和宜興陶粒。按總公司標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蘭州石英砂、新疆砂和宜興陶粒三種支撐劑進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)

4、試驗(yàn)包括：密度、圓度、球度、表面光滑度、濁度、酸溶解度、群體破碎率和導(dǎo)流能力等。 7二 支撐劑性能評(píng)價(jià)粒徑范圍 支撐劑粒度組成（%） 篩目 孔徑（mm） 蘭州砂 新疆砂 宜興陶粒 18 1.0 0.10 1.57 0.63 18/20 1.0-0.9 6.95 11.99 5.56 20/24 0.8-0.9 24/30 0.8-0.63 48.04 47.15 71.18 表2 支撐劑粒度組成830/35 0.63-0.5 31.25 30.44 19.87 35/45 0.5-0.4 7.08 6.65 2.55 45/55 0.4-0.315 2.36 1.51 0.20 55 0.31

5、5 4.22 0.69 0.01 符號(hào)規(guī)格質(zhì)量百分比（%） 86.37 84.24 93.60 9二、支撐劑性能評(píng)價(jià) 蘭州石英砂和新疆砂符合產(chǎn)品規(guī)格的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為86.7%和84.24%，均未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求值，粒徑分布都比較分散,且細(xì)微顆粒較多。 宜興陶粒要好些，它的粒徑分布主要集中在0.63-0.8mm的范圍內(nèi)，集中的顆粒組成有利于提高裂縫導(dǎo)流能力。三種支撐劑的密度和視密度差別不大，因此，它們對(duì)壓裂液的要求也基本一致,即同一種壓裂液對(duì)三種支撐劑的攜砂能力基本是一樣的。在20MPa的閉合壓力，新疆砂的破碎率要好于蘭州砂，而差于宜興陶粒。支撐劑的導(dǎo)流能力也表現(xiàn)出上述特點(diǎn)。10二 支撐劑性能評(píng)價(jià)

6、 綜上所述，就兩種石英砂而言，在相同的閉合壓力下新疆砂比蘭州砂好，宜興陶粒比石英砂的導(dǎo)流能力要高得多。盡管陶粒的價(jià)格要明顯高于石英砂，但國(guó)內(nèi)外研究表明，支撐劑的價(jià)格差異與其使用效益相比是可以忽略不計(jì)的，使用好的支撐劑比使用差的支撐劑能獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，因此，我們建議在經(jīng)濟(jì)條件許可的情況下，盡量使用強(qiáng)度較高的陶粒支撐劑。11三 支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素分析概述 支撐裂縫導(dǎo)流能力是支撐劑的物理性能及其裂縫所處條件的綜合反映，它是支撐劑選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。影響支撐裂縫導(dǎo)流能力的因素比較多，主要包括：支撐裂縫承受的作用力、支撐劑的物理性質(zhì)、支撐劑在裂縫中的鋪置濃度以及支撐劑對(duì)巖石的嵌

7、入、承壓時(shí)間和壓裂液對(duì)支撐裂縫的傷害等諸多因素。12三 支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素分析 1 地應(yīng)力與地層孔隙壓力 壓裂后形成的支撐帶中的支撐劑承受著裂縫閉合壓力，它是地層就地應(yīng)力即最小主應(yīng)力與地層孔隙壓力之差，通常相當(dāng)于地層破裂壓力與井底流壓之間的差值，盡管支撐劑種類不同，但它們的導(dǎo)流能力都隨閉合壓力的增加而減少。13三 支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素分析 2 支撐劑物理性能（1）支撐劑的粒徑大小及其均勻程度（2）圓度和球度（3）支撐劑的破碎率14三、支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素分析 3、支撐劑鋪置濃度 支撐劑的鋪置濃度是指單位裂縫壁面上的支撐劑量，常用kg/m2表示。裂縫導(dǎo)流能力隨裂縫中支撐劑鋪置

8、濃度的增加而增加，多層鋪置不僅可以降低支撐劑的破碎程度，而且可以提高裂縫的寬度。15三、支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素分析 4、支撐劑的壓碎和嵌入 當(dāng)裂縫閉合在支撐帶上時(shí)，支撐劑顆粒將由裂縫縫壁嵌入巖層或被巖石壓碎，這兩者都將影響裂縫有效縫寬和滲透率，從而影響裂縫導(dǎo)流能力下降。巖石較硬時(shí)，壓碎的的影響是主要的；地層松軟時(shí)，主要是嵌入。16三 支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素分析 5 壓裂液 壓裂液返排后仍有部分破膠較差的壓裂液及其殘?jiān)鼫粼谥螏Э紫吨?，加上壓裂液在裂縫壁面形成的濾餅等，都會(huì)導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力的下降。目前國(guó)內(nèi)外使用的壓裂液種類很多，不同的壓裂液對(duì)導(dǎo)流能力的保持程度不同。17三 支撐裂縫導(dǎo)流

9、能力的影響因素分析6 有效地應(yīng)力作用時(shí)間 支撐裂縫在地層有效地應(yīng)力作用下取得與保持長(zhǎng)期較高的導(dǎo)流能力是油井穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，支撐裂縫在地應(yīng)力的作用下50h內(nèi)導(dǎo)流能力遞減較快，50h后基本趨于穩(wěn)定，但隨著時(shí)間的推移，其導(dǎo)流能力逐漸降低。18三、支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素分析7、提高支撐劑導(dǎo)流能力的新技術(shù) 最近Halliburton公司開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)用于提高裂縫導(dǎo)流能力的新技術(shù)，即砂楔技術(shù)。該技術(shù)主要采用了表面改性劑新材料，直接加入到混砂罐中的攜砂液內(nèi)。能夠快速為支撐劑包上一層薄而粘的表層，從而提高顆粒間的摩擦力，減緩支撐劑的沉降速度，達(dá)到改善支撐劑在裂縫內(nèi)縱向分布的目的，同時(shí)也避免壓裂液吸附

10、在顆粒表面，最大限度地改善了破膠效率，而且它還能限制支撐劑的回流和運(yùn)移。 19四 支撐劑的優(yōu)選1 概述 確定支撐劑類型、粒徑及其在裂縫中的鋪置濃度是壓裂設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，也是保證壓后增產(chǎn)與提高開(kāi)發(fā)水平的關(guān)鍵。一般是以預(yù)期獲得的壓裂效果所需要的裂縫導(dǎo)流能力來(lái)優(yōu)選支撐劑的，因此支撐劑的優(yōu)選離不開(kāi)儲(chǔ)層條件、工程條件以及支撐劑的室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果。 20四 支撐劑的優(yōu)選1 概述 以往我們主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的不同類型和粒徑的支撐劑在不同閉合壓力下的破碎率和提供的裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)選支撐劑，而沒(méi)有考慮到儲(chǔ)層物性對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的要求，也沒(méi)有考慮到壓裂液殘?jiān)c長(zhǎng)期就地條件對(duì)導(dǎo)流能力的影響。為了解決上述問(wèn)題，我們開(kāi)展了支撐劑優(yōu)選方面的技術(shù)研究，最后確定了優(yōu)選支撐劑應(yīng)考慮的因素和優(yōu)選方法。21四 支撐劑的優(yōu)選1 概述 在選擇支撐劑時(shí)應(yīng)考慮以下因素：支撐劑的性質(zhì)及其在給定的地質(zhì)和工程條件下的導(dǎo)流能力；支撐劑的經(jīng)濟(jì)效益。22四 支撐劑的優(yōu)選 2 選擇步驟 使用方法，給出一個(gè)裂縫支撐半長(zhǎng)Xf： 利用公式計(jì)算出30天的無(wú)因次時(shí)間tD ； 根據(jù)表選擇最佳的無(wú)因次導(dǎo)流能力值； 計(jì)算在最優(yōu)化無(wú)因次導(dǎo)流能力所需要的 支撐劑滲透率； 建立常用支撐劑導(dǎo)流能力與閉合壓力的關(guān)系曲線； 計(jì)算有效支撐劑滲透率和無(wú)因次裂縫導(dǎo)流能力 ； 選出可以滿足