【正文】 ........................... 1 支撐劑及支撐劑防砂現(xiàn)狀 ............................. 1 壓裂液返排研究現(xiàn)狀 ................................. 5 支撐劑回流研究現(xiàn)狀 ................................... 6 第二章 壓裂油井支撐劑回流及出砂控制模型的建立 .............. 9 臨界流量的建立 ......................................... 9 支撐劑的回流速度 ....................................... 9 放噴油嘴選擇 .......................................... 10 控制壓裂油井出砂的合理產量 ............................ 10 第三章 計算機程序編制及模型的應用 ......................... 14 計算機程序的編制 ...................................... 14 壓裂液返排過程中支撐劑回流模型應用 .................... 18 壓裂油井生產過程中出砂控制模型應用 .................... 23 第四章 總結 ............................................... 26 參考文獻 ................................................... 27 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 1 第 一 章 前言 研究的目的與意義 加砂壓裂是低滲油氣藏開發(fā)評價和增儲上產必不可少的技術措施 ，而油井壓后的壓裂液返排是水力壓裂作業(yè)的重要環(huán)節(jié) 。 But a lot of field constructions show that，the improper flowingback control and the irrational allocation of fractured oil wells will lead to the back flow of porppant and the sanding of reservoir， and then cause the reduction of the productivity of fractured oil wells。本文 分析了支撐劑回流機理 ， 建立了壓裂液返排過程中臨界返排流量 、 支撐劑返排速度和沉降速度計算模型 ， 提出了控制支撐劑回流的放噴油嘴選擇原則 。 在考慮氣井生產過程中既要返排注入地層中的壓裂液 ， 同時又不將地層砂 (包括支撐劑 )帶入井筒的前提下 ， 推導出了壓裂 油 井的臨界產量計算公式 。 Based on the analysis of the mechanism of the proppant backflow，the models for calculating critical flowing back flow rate ， proppant backflow speed and proppant settling rate are established， and the principles for selecting boosting beans to control the proppant backflow are presented 。 因為即使水力壓裂的設計和施工做得再好 ， 如果在壓后返排方式上做得不夠理想 ， 也很難充分發(fā)揮油井的潛在產能 。 當開始返排時 ， 返排速度十分關鍵 。 研究現(xiàn)狀 支撐劑及支撐劑防砂現(xiàn)狀 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 2 水力壓裂從 20 世紀 40 年代末開始以來 ， 其 支撐劑經歷了六十年的發(fā)展 ， 所用的支撐劑大致可分為天然的和人造的兩大類 ， 前者以石英砂為代表 ， 后者主要為電解 、 燒結陶粒 。 首先介紹一下天然石英砂 。 石英砂的相對密度較 ， 便于施工泵送 ，且價格便宜 ， 因而在淺井中至今仍被大量使用 。 因此石英砂僅適用于淺井 、 低閉合壓力油氣層的水力壓裂 。 適用于 深層低滲透油氣藏的支撐劑應該是人造陶粒支撐劑 。 隨閉合壓力的增加或承壓時間的延長 ， 陶粒的破碎率要比石英砂低的多 ， 導流能力的遞減率也要慢得多 。 70 年代末 ， 樹脂涂層 (包膠 )支撐劑投入應用并獲成功后 ， 這種支撐劑控制回流技術受到廣泛重視 ，發(fā)展迅速 。 下面介紹一下控制支撐劑回流的新技術[2]。 這種防砂技術就是利用砂粒表面包復的樹脂在地層溫度 、 壓力下發(fā)生固化反應 ， 使涂層砂固結而形成具有中等強度的可滲濾的人工井壁 ， 成為可阻擋地層砂進入井筒的防砂屏障 。 所以樹脂涂層支撐劑的應用受到了一定的限制 ， 要使用 RCP 必須進行合理的選井選層 。 由于它采用的是物理穩(wěn)固機理 、 而非復雜的化學固化反應 ， 與壓裂液及交聯(lián)劑 、 破膠劑等添加劑的配伍性好 ， 它受地層溫度 、 裂縫閉合壓力和關井時間的影響較小 ， 應用范圍廣 。 隨著溫度的升高 ， 薄膜的表面將變得粘稠 ， 它就會把支撐劑粘附在表面形成小的支撐劑團 。 這些可變形的支撐劑是由樹脂和惰性填充物包裹在一起而形成的 。 這些窩或凹陷處有助于穩(wěn)定和鎖住周圍的支撐劑 。 支撐劑的回流主要有兩種情況 ： 一是在壓裂施工結束后 ， 隨壓裂液返排的回流 ； 二是在生產過程中支撐劑的回流 ， 其影響主要體現(xiàn)在 ： 直接導致支撐裂縫的導流能力降低 ， 進而影響油井生產 ； 回流的支撐劑會造成設備破壞 (如加快泵 、 套管 、 管線等的磨損 )； 以及回流支撐劑在井眼沉降 ， 造成堵塞 。 壓裂液返排研究現(xiàn)狀 近十多年來 ， 國外學者在壓后壓裂液返排問題上形成了多種認識 ，其中有代表性的觀點主要有小排量返排 、 強化返排和反向脫砂三種 [4]。 他們認 為低滲透儲層壓裂后通常需要較長的閉合時間 ， 在此之前壓裂液己完全破膠 ， 支撐劑已大量沉降 ， 排液初期通過控制返排速度的辦法 ， 盡可能減小地層閉合應力 ， 讓支撐劑留在裂縫內 ， 從而減少支撐劑的破碎和回流 。 強化返排減少了壓裂液在地層中的停留時間 ， 從而減少了液體傷害 ， 有助于改善裂縫的導流能力 。 它有三大好處 ： 一是減輕了壓裂液對地層的傷害 ； 二是井筒脫砂顯著改善了支撐劑在近井筒帶的充填 ， 提高了裂縫的導流能力 ； 三是快速返排使得支撐劑還沒有大量沉降到裂縫端部前 ， 裂縫己經閉合 ， 從而形成較長的支撐裂縫 。 常見的實驗模 型有如下幾種 ： (1)圓管 —射孔模型 [8] 這種模型主要是研究射孔附近沒有側限應力時 ， 支撐劑發(fā)生回流的臨界流速 。 (2)狹槽模型 [9] 這種模型主要是研究不同支撐劑顆粒尺寸 、 裂縫寬度和地層閉合壓力條件下的臨界流速 。 (3) API 線性流動巖芯夾持器 該裝置主要用來觀察和測量支撐劑充填帶在不同應力條件下的支撐劑回流現(xiàn)象 。 Sparlin[11]等人認為 ， 由于支撐劑的沉降 ， 支撐劑充填層的頂部及其內部很容易形成不規(guī)則的小通道 ， 如果縫中流體的流速過大 ， 小通道周圍的支撐劑顆粒就會流化 ， 從而使小通道在支撐劑充填層中迅速擴展 ，導致大量的支撐劑回流 。 Romero 和 Feraud[13]通過考察支撐劑顆粒從支撐劑充填層被侵蝕的情況來確定臨界返排流量 。 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 8 除了研究臨界返排流量外 ， 一些學者還研究了支撐劑充填層穩(wěn)定時的縫寬與支撐劑直徑的臨界比 。 目前 ， 對支撐劑充填層穩(wěn)定性所進行的數(shù)值模擬研究很少 ， 基本還出于嘗試階段 。 但這些研究成果均未有詳細的理論介紹和報道 。 在考慮油井生產過程中既要返排注入地層中的壓裂液 ，同時又不將地層砂 (包括支撐劑 )帶入井筒的前提下 ， 推導壓裂氣井的臨界產量計算公式 ， 為指導壓 裂液返排和確定油井合理產能提供依據 。 2 之間取值 ； D—井筒直徑 ， m； Qlc—臨界返排流量 ， m3/min。 排液過程中的支撐劑回流量由支撐劑回流速度和排液時間確定 。 控制壓裂油井出砂的合理產量 對于壓裂油井 ， 臨界產量確定主要考慮了以下因素： （ 1）油井在生產過程中要能返排注入地層中的壓裂液 ； （ 2）油井 生產過程中 ， 不能將壓裂裂縫中的支撐劑帶入井筒 ， 否則壓裂裂縫就會閉合 ； （ 3）要考慮在一定的生產壓差范圍內生產 ； （ 4）考慮一定的穩(wěn)定期 。 其中 ， 沖擊力 F 可由 2o ocF Av?? （ 211） 計算 ， 若砂粒半徑 rd 為則 31,22ddL r H r?? （ 212） 234, 3d d cA r G r g??? ? ? （ 213） 將式（ 211） ， 式（ 212）和式 （ 213） 代入式（ 210）中 ， 得 12433oc c d ogvr????????? （ 214） 式中 ， rd—砂粒的半徑