支撑剂铺砂方式对其导流能力影响研究

支撑剂铺砂方式对其导流能力影响研究

熊俊杰

【摘要】本文测定了在不同闭合压力下,不同支撑剂粒径、铺砂浓度、铺砂方式下的导流能力.实验结果表明:在闭合压力较低时,支撑剂粒径越大,导流能力越高,但随着闭合压力逐渐增大,粒径越大支撑剂导流能力降低较快;支撑剂铺砂浓度越高,导流能力越高;在相同的闭合压力、铺砂浓度下,不同支撑剂存在最佳铺砂方式.当闭合压力大于24.15 MPa,铺砂浓度为10 kg/m2时,铺砂方式为2∶1(20/40目∶30/50目)的导流能力最大;当闭合压力大于20.7 MPa,铺砂浓度为5 kg/m2时,铺砂方式为1∶1(20/40目∶30/50目)的导流能力最大.本文认为在进行压裂时,应针对不同的储层地质情况、储层物性选择最佳的支撑剂粒径、铺砂浓度及支撑剂组合方式,提高油气开采经济效益.

【期刊名称】《石油化工应用》

【年(卷),期】2017(036)009

【总页数】4页(P32-34,42)

【关键词】支撑剂;导流能力;铺砂方式;铺砂浓度;粒径

【作者】熊俊杰

【作者单位】中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津300452

【正文语种】中文

【中图分类】TE357.12

对于低孔低渗油气储层，一般需要进行水力压裂从而形成具有一定导流能力的支撑裂缝，提高油气产量。但由于在压裂结束后地层闭合，在闭合压力下，部分支撑剂将嵌入地层，导致有效支撑宽度降低，从而导致支撑剂导流能力降低。同时支撑剂在闭合压力的作用下会受到破坏而产生支撑剂碎块，这些碎块会堵塞孔隙通道，进一步导致渗透率和导流能力降低[1-4]。

在影响压裂支撑剂导流能力因素中，支撑剂类型、支撑剂粒径、铺砂浓度、闭合压力等是主要因素[5-7]。

支撑剂导流实验仪器工作原理遵循达西定律[6]：

导流能力测试仪使用API标准导流室，并严格按照API程序操作，支撑剂渗透率及导流能力计算公式见式（2）、式（3）。

支撑裂缝渗透率：

支撑剂裂缝导流能力：

式中：k-支撑裂缝渗透率，mD；Q-裂缝内流量，cm3/s；μ-流体黏度，mPa·s；Δp-测试段两端的压力差，kPa；Wf-充填裂缝缝宽，cm。

支撑剂导流能力测试操作流程如下：（1）将下部岩板放入导流室；（2）适当旋紧底部固定螺丝，避免铺支撑剂时，支撑剂沉到下部；（3）按实验铺砂浓度铺置石英砂支撑剂；（4）将上部岩板放入导流室；（5）旋紧所有固定螺丝，将安装好的导流室放在液压框架的两平行板之间；（6）关闭放空阀；（7）加一定闭合压力；（8）读取导流能力数据。

该实验使用20/40目、30/50目两种不同石英砂粒径，5 kg/cm2和10 kg/cm2两种支撑剂铺砂浓度及20/40目、30/50目支撑剂不同铺砂方式进行导流能力测试。

参照SY/T 5108-2014《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》，对实验用20/40目、30/50目支撑剂综合性能进行了评价，结果（见表1）。

由表1可看出，支撑剂各项性能满足标准要求，所以采用该样品进行相关研究。

研究了20/40目、30/50目两种粒径石英砂在不同铺砂浓度、不同闭合压力下的

导流能力（见图1）。

由图1可知，初期随着闭合压力增大，支撑剂导流能力快速降低，当闭合压力增

大到20MPa左右时，导流能力降幅减缓。

闭合压力为24.14MPa、铺砂浓度为10 kg/m2时，20/40目、30/50目的导流

能力分别为80.2 D·cm和30.23 D·cm；闭合压力为24.14MPa、铺砂浓度为5

kg/m2时，20/40目、30/50目导流能力分别为8.29 D·cm、13.32 D·cm。即支撑剂铺砂浓度越高，导流能力越高。所以在压裂时，可适当提高砂比，提高铺砂浓度，提高支撑剂导流能力。

在闭合压力为20MPa左右，铺砂浓度为5 kg/m2时，20/40目支撑剂导流能力

急剧下降，而30/50目支撑剂导流能力下降不明显，这主要是由于在高闭合压力下，大粒径支撑剂由于接触面积小，承压能力低，所以破碎率较高，破碎后的碎屑堵塞支撑剂充填层，导致导流能力急剧下降。所以针对闭合压力大于20MPa的地层压裂，铺砂浓度为5 kg/m2时，可考虑选用30/50目支撑剂，降低施工砂堵风险。

研究了在不同闭合压力下，20/40目、30/50目单一粒径及在 1:3、1:2、1:1、2:1、3:1（20/40 目：30/50 目）组合下，铺砂浓度分别为10 kg/m2和5 kg/m2下

的导流能力（见图 2、图 3）。

由图2可知，当铺砂浓度为10 kg/m2时，在闭合压力小于24.15MPa时，

20/40目支撑剂导流能力最高，随着闭合压力的增大，导流能力差距逐渐变小，

当闭合压力增大到24.15MPa时，组合方式为2:1的导流能力最高；继续增大闭

合压力，各种铺砂方式下的导流能力逐渐降低，同时组合方式为2:1的导流能力一直保持最大。

由图3可知，当铺砂浓度为5 kg/m2时，在闭合压力小于17.25MPa时，20/40目支撑剂导流能力比其他组合方式下的导流高，随着闭合压力的增大，导流能力差距逐渐变小，当闭合压力增大到20.7MPa时，组合方式为1:1的导流能力最大；继续增大闭合压力，各种铺砂方式下的导流能力逐渐降低，同时组合方式为1:1的导流能力一直保持最高。

同时由图2、图3可知，在低闭合压力下，支撑剂破碎率低，能够保持较高的导流能力。当闭合压力逐渐增大时，单一粒径支撑剂之间由于接触面积小，承压能力低，更容易破碎，破碎后碎屑填充在孔隙中，导致导流能力降低较快。而不同粒径组合下支撑剂由于接触面积大，承压能力相对更高，更不易破碎，所以导流能力更高。同时由图2及图3可看出，对于相同支撑剂，铺砂浓度越高，导流能力越高，这

是因为铺砂浓度越高，支撑剂支撑宽度越大，所以导流能力越高。

研究了闭合压力24.15MPa、铺砂浓度为10 kg/m2下，20/40目、30/50目单

一粒径支撑剂及在2:1（20/40目、30/50目）组合下长期导流能力（见图4）。由图4可知，在闭合压力24.15MPa下，随着时间的增加，导流能力逐渐下降，

但下降幅度很低，最后趋于稳定。铺砂方式为2：1的导流能力一直比20/40目、30/50目单一粒径支撑剂导流能力高，这主要是因为在一定的闭合压力下，铺砂

方式为2：1的支撑剂接触面积大、承压能力高，破碎率低，所以一直能保持较高的导流能力。

（1）影响支撑剂导流能力的因素较多，主要有闭合压力、支撑剂粒径、支撑剂铺砂浓度、支撑剂铺砂方式等。

（2）在高闭合压力下，大粒径支撑剂由于接触面积小，承压能力低，所以破碎率较高，破碎后的碎屑堵塞支撑剂充填层，导致导流能力急剧下降。同时在一定闭合压力下，铺砂浓度越高，导流能力越高。所以在压裂时，可适当提高砂比，提高铺砂浓度，从而提高支撑剂导流能力。