支撑裂缝导流能力研究

支撑裂缝导流能力研究

摘要：裂缝导流能力的大小决定了水力压裂效果的好坏。准确的预测出地层裂缝导流能力的大小对石油的采收率有很大的影响。本文分别从影响地层裂缝导流的的外部环境因素，闭合压力，温度，裂缝宽度三个方面和支撑剂自生因素，支撑剂的强度，均匀度，铺砂浓度以及压裂液四个方面进行了实验研究。

关键词：裂缝导流能力；水力压裂；外部环境因素；支撑剂

水力压裂是油气增产的有效措施，在油田有很广泛的应用。对于不同的裂缝应采用不同支撑剂，支撑剂的作用在于泵注停止并且缝内液体排出后保持裂缝处于张开状态，地层内流体可以通过高导流能力的支撑带由裂缝顶端流向井底支撑剂的好坏直接影响到裂缝的长期导流能力。对于不同的地层如何评价支撑剂的性能和选用什么类型的支撑剂就显得格外的重要。本文对影响导流能力的环境因素和影响导流能力的支撑剂做了实验研究，对评价支撑剂的性能和选用什么类型的支撑剂具有一定的参考价值。

一、实验准备

实验过程中使用FCES—100型裂缝导流仪，实验严格按照API 的程序进行操作，闭合压力按每6MPa 递增。FCES-100型导流仪使用API标准导流室，支撑裂缝渗透率依据达西定律，通过测得不同流量下的压差计算得到。不同闭合压力下的裂缝宽度由位移计测量。

二、实验评价与分析

（一）外部环境因素

1 、闭合压力因素对导流能力的影响闭合应力是裂缝闭合所产生的，由地层传递给支撑剂。闭合应力作用的后果是引起支撑剂破碎，使支撑剂颗粒尺寸减少，圆球度变差，面积增大，粒径不均匀，这些因素都将引起支撑剂充填层渗透率降低。闭合力的作用，还将进一步压实充填层支撑剂，使得孔隙度减小，从而降低渗透率。另一方面闭合压力的作用，可使支撑剂嵌入地层，导致缝宽减小，渗透率降低。对中等硬度的砂岩的研究表明，当闭合压力大达到一定的数值时，表现为渗透率下降，导流能力减小。随着闭合压力增大，渗透率将迅速下降。压力对地层导流能力有很大的影响。

由于油井的周期性关井，会产生交变应力，当交变的压力作用到支撑剂时，其导流能力将下降。渗透率受到伤害，充填缝宽减小，这些都将在裂缝受到交变载荷时发生。另外，支撑剂和地层物质因交变应力的作用而产生疲劳破

坏，这将导致流体通道坍塌，支撑剂嵌入岩石，从而引起支撑剂渗透率和缝宽下降。

2、温度对导流能力的影响实验室大多数导流测试都是在固定的温度下完成的，但是当裂缝中的支撑剂处于高温时会对支撑剂强度产生影响，导致导流能力下降。是闭合压力在34.5M Pa和69M Pa下进行的陶粒导流能力随温度变化的试验。根据图我们可以得出结论，在34.5MPa闭合压力下，温度由30C增加到100C，陶粒导流能力降低7.6%;当闭合压力为69MPa时，温度由30C增加100C，陶粒导流能力降低20.3%。随着闭合压力的增加，陶粒导流能力随温度变化的这种降低趋势更加明显。

3、裂缝宽度对导流能力影响

裂缝的宽度是决定导流能力的一个重要参数，裂缝闭合后，支撑剂颗粒在闭合压力的作用下会产生初始变形，随着持续时间的增加，压力溶蚀作用，支撑剂颗粒的嵌入，蠕变效应等因素的影响会使支撑裂缝的宽度持续减小，进而降低了导流能力。

（二）支撑剂自生因素

1、支撑剂的强度通过实验表明随着底层压力的增加，当地层压力达到一定的数值时，支撑剂的破碎率会大幅的增加，破碎形成的支撑剂微粒，随着流体的流动发生运移，堵塞孔喉半径，增加渗流阻力，从而影响支撑剂充填层的渗透性，因此导流能力下降的幅度较大。在实际

作业时应使用破碎率较低的支撑剂来提高裂缝的长期导流能力。

2、支撑剂的均匀度陶粒不同规格下的长期导流能力试验来看，提高支撑剂粒度的均匀程度可获得较高的裂缝导流能力，所以使用的支撑剂应达到其规定要求，即符合粒径范围的质量百分比在90% 小的范围内，0.40-

0.80mm 规格的陶粒粒径集

，并尽可能使粒径集中在较中在0.50-0.80mm时导流能

力较高。陶粒筛析与未筛析长期导流能力差值达10卩

m2?cm以上，这主要是细微颗粒即小于规定粒径范的细小陶粒以及粉尘颗粒的差异造成了长期导流能力的显著差异，因此在使用某个范围内的粒径大小时因尽量减少细微颗粒的所占的比率。

3、铺砂浓度对导流能力的影响相同支撑剂下不同铺

砂浓度的导流能力不同。实验采用40/70低密度陶粒分别在5kg/m2和7kg/m2的铺砂浓度下测试其导流能力。结果表明：7kg/m2 铺砂浓度初始的导流能力

大于5kg/m2 铺砂浓度，提高了41.8%的导流能力；

随着闭合压力的增大导流能力都有所减小，在25MPa

时，二者的导流能力都已很小，但7kg/m2铺砂浓度

是5kg/m2下铺砂浓度的2倍左右。说明增大铺砂浓

度是提高导流能力的可行方法。但针对不同地层和不同支撑剂下的量化关系还需要实验测定。

4、压裂液对导流能力的影响实验研究表明，在压裂过程中，随着压裂液的注入形成裂缝。裂缝中压裂液不断滤失。当裂缝闭合后，裂缝中压裂液进一步浓缩，稠化剂的浓度将增加。还有破胶剂浓度分布的不合理性，也会引起破胶剂浓度分布发生变化，致使滤饼及其周围的压裂液不能破胶或只有部分破胶，破胶剂未能充分发挥作用，势必造成对支撑裂缝的伤害。

压裂液残渣对支撑裂缝导流能力损害压裂液的残渣来源是稠化剂，残渣在岩石表面形成滤饼，可降低压裂液的滤失，并且阻止大颗粒残渣继续浸入储集层内。

三、结语

1、地层温度对支撑裂缝的导流能力有一定的影响，在相同的地层压力条件下，导流能力随温度的升高而降低。降低地层温度可以提高导流能力。

2、提高裂缝长期导流能力的方法有：降低地层的闭合压力、使用破碎率较低的压裂支撑剂、尽量减少支撑剂

的细微颗粒、提高支撑剂粒度的均匀程度、加大铺砂浓度等

3、压裂液残渣对地层导流能力的影响是十分的巨大的，尤其实在压力较高的地层。建议适当的提高铺砂浓度来减小压裂液带来的负面影响。

4、对于实际地层，其导流能力的大小不局限于本文所研究的因素，只有充分的模拟地层条件才能更加准确的评价不同地层的导流能力。