疏松砂岩地层压裂充填支撑剂粒径优选

疏松砂岩地层压裂充填支撑剂粒径优选

郭天魁;张士诚;王雷;贺甲元

【摘要】在疏松软地层中实施压裂充填工艺,出砂和支撑剂的嵌入是造成裂缝失效的主要因素,而两者都与支撑剂的粒径有密切的关系.针对金县油田高渗储层,设计模拟裂缝壁面的嵌入与砂侵和裂缝端部的砂侵试验.在不同压力下,对两种不同粒度组成的模拟地层砂进行测试,获得支撑剂在软地层中的嵌入程度、不同粒径支撑剂及其组合下的出砂量、出砂粒径以及砂侵后的导流能力.结果表明:在软地层中,支撑剂的嵌入程度随支撑剂粒径的增加而增大,随地层砂粒度中值的增大而减小；压裂充填防砂支撑剂粒径应优选为5～9倍的地层砂粒度中值；支撑剂粒径是地层砂粒度中值的6～9倍时,可形成内部砂桥；适合于压裂充填防砂的支撑剂粒径组合方案是粒径为地层砂粒度中值6～9倍的支撑剂与小于6倍的支撑剂体积比为3∶1.%For frac and pack in the unconsolid soft formation, sand production and proppant embedment which have a close relationship with proppant size are the important factors leading to fracturing failure. The experiments were carried out by two new measurement methods for simulating proppant embedment and sand invasion about fracture wall and front end on high permeability reservoirs of Jinxian Oilfield. Under different pressure, the experiments on testing two kinds of simulated formation sand with different grain size were carried out, and the proppant embedment degree in the soft formation, the amount and particle size of sand production, the fracture conductivity after sand invasion were obtained. The results show that the embedment degree increases with the increase of proppant size and decreases with the increase of sand size in the soft formation. The

proppant size for frac and pack is about 5-9 times the size of sand. When the proppant size is 6-9 times median size of sand, interior sand bridge

can form. When the ratio of proppant for 6-9 times the size of sand and proppant less than 6 times the size of sand is 3 :1, the combination is appropriate.

【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2012(036)001

【总页数】7页(P94-100)

【关键词】砂岩;压裂充填;支撑剂;嵌入;导流能力;砂侵

【作者】郭天魁;张士诚;王雷;贺甲元

【作者单位】中国石油大学石油工程学院,北京102249;中国石油大学石油工程学院,北京102249;中国石油大学石油工程学院,北京102249;中石化石油勘探开发研究院,北京100083

【正文语种】中文

【中图分类】TE257

在疏松砂岩地层中实施压裂充填工艺后，如果支撑剂严重嵌入和地层砂大量侵入，充填层的导流能力将会大幅度下降［1-3］，裂缝失效加速，而两者都与支撑剂的粒径密切相关。资料表明［4］，在软地层中，支撑剂的粒径对嵌入影响很大，但并未对其进行深入研究。传统的砾石充填防砂选择标准Saucier规则［5］并不适合压裂充填防砂，目前现场施工时，普遍把标准放大，如6～8倍、7～9倍［6］，甚至更大时效果更好，但仍没有统一的标准。笔者针对金县油田实施压裂充填的两

个疏松砂岩高渗储层，通过设计支撑剂在软地层中的嵌入和裂缝壁面及端部的砂侵试验，进行支撑剂粒径优选研究。

1.1.1 试验装置

试验充分利用FCES-100型裂缝导流仪，自制疏松砂岩岩板，设计模拟了地层裂

缝壁面的嵌入和砂侵试验，装置如图1所示。室下端3个孔关闭，重新连接管线，测试12 h短期导流能力。同样方法，测试其他3个压力点。

1.2.1 试验装置

利用FCES-100型裂缝导流仪，按照图2所示的铺砂方法铺置，便可模拟裂缝端

部的砂侵。根据导流室尺寸的设计，在进水口端半圆的面积上铺置地层砂，距离测压孔约5 mm，保证测压段完全为支撑剂。为准确判断内部砂桥的形成，充填层

上下设为钢板。

1.1.2 试验步骤

(1)对0.85～1.18、0.6～1.18、0.425～0.85、0.25～0.425 mm 4种粒径的Carbo-lite陶粒支撑剂，测试其在15 kg/m2铺砂浓度、10、20、30、40 MPa

压力下的12 h短期无嵌入导流能力［7］。

(2)按照油田两个高渗储层的地层砂粒度组成，配制了两种模拟地层砂(表1)，两种模拟地层砂分选好，但粒度中值不同。按照地层条件，在基岩应力20 MPa下压2 h，制成胶结非常疏松的岩板。上面铺置支撑剂，铺砂浓度为15 kg/m2，支撑剂

上面为钢板，测试12 h短期单侧嵌入导流能力。模拟地层砂1的粒度中值为

0.086 mm，分选系数为1.622;模拟地层砂2的粒度中值为0.132 mm，分选系数为1.896。

(3)组装同样的导流室，按照图1所示连接组件，关闭导流室右侧阀门，首先在10 MPa下让水从导流室下端的3个进水孔流入，流量为150 mL/ min，维持10 h，将从左侧出水口处流出的水收集、沉淀、过滤，称其砂的质量，筛析获取出砂粒径，