【正文】 ， m； ρc—支撐劑的密度 ， kg/ m3。 這樣 ， 油井的日產(chǎn)量為 2 86 40 0 /oc f oc oq kw hv B?? （ 215） 由此可知 ， 只要油井生產(chǎn)的產(chǎn)量小于 qoc， 那么 ， 該油井就不會破壞裂縫中的支撐砂粒 ， 使裂縫保持長期的有效性 。 它所涉及的參數(shù)有支撐劑顆粒直徑 、 支撐劑顆粒密度 、 攜帶介質密度 、 井筒直徑以及放大計算機程序 臨界流量計算 回流速度計算 沉降速度計算 攜液產(chǎn)量計算 最大產(chǎn)量計算 合理的壓裂液返排速度 最大的 生產(chǎn)產(chǎn)量 不出現(xiàn)支撐劑回流及出砂 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 15 系數(shù) ， 通過計算可以得到控制支撐劑回流的臨界流量 。 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 16 圖 33 支撐劑回流速度計算機程序示意圖 （ 3）支撐劑沉降速度計算 該程序是考慮顆粒間的相互干擾和裂縫壁面效應 ， 支撐劑在冪律流體中得到的沉降速度編制而成的 。 通過該程序可以計算油井生產(chǎn)過程中能返排壓裂液的產(chǎn)量 。 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 18 圖 35 壓裂油井生產(chǎn)過程中防止支撐劑回流最大產(chǎn)量計算機程序示意圖 壓裂液 返排過程中支撐劑回流 模型應用 根據(jù)前面建立的壓裂液返排控制模型 ， 對某油田油井壓裂停泵后即刻返排進行了計算 。 圖 36 為預測出的關井后的壓降曲線。 如果壓裂停泵之后采用裂縫自然閉合方式 ， 可能對儲層造成二次傷害 ， 因此建議采用裂縫強制閉合技術 。 通過對比不同油嘴對應的井口壓力與時間關系不難發(fā)現(xiàn) ， 油嘴直徑越大 ， 返排速度就越快 ，裂縫閉合時間也就越短 。 從減少縫中支撐劑的沉降距離形成裂縫有效支撐角度而言 ， 油嘴直徑越大越好 ， 但當油嘴直徑變大以后 ， 縫中回流的支撐劑量也隨著迅速增加 。同時支撐劑回流速度還受攜帶介質流動形態(tài)而改變。 表 33 NRe＞ 500 時對應 dul/dt 的支撐劑回流速度 dul/dt 4 6 8 10 uu/ m/s 102 102 101 101 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 23 NRe ＞50 0時對應du 1/d t的支撐劑回流速度+000 5 10 15du1/dtuu/ m/s系列1 圖 310 NRe＞ 500 時對應 dul/dt 的支撐劑回流速度 對 表 3表 3表 3圖 3圖 3圖 310 進行分析 ， 縱向比較 ， 支撐劑回流速度隨著 NRe 的增加而增加 ； 橫向比較 ， 支撐劑回流速度隨著 dul/dt 的增加而增加 。 根據(jù)前面對生產(chǎn)過程中出砂控制的研究首先對油井的攜液產(chǎn)量進行計算結果為 m3/d。 表 34 壓裂油井不同日產(chǎn)液量對應液體流速 日產(chǎn)量 / m3/d 112 150 200 液體流速 / m/s 作出油井日產(chǎn)液量與液體流速的關系圖如下 油井日產(chǎn)液量與液體流速00 100 200 300油井日產(chǎn)液量/m3/d液體流速/m/s液體流速/m/s 圖 311 油井日產(chǎn)液量與液體流速的關系圖 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 25 結合壓裂液返排過程中返排的臨界速度為 ， 以上 圖表 說明當產(chǎn)量過大時液體流速會超過支撐劑所允許的臨界流速時 ， 就有可能出現(xiàn)支撐劑回流 ， 所以當該井把產(chǎn)量定 在 150m3/d 和 200 m3/d 時就會發(fā)生支撐劑回流 ， 所以把產(chǎn)量定在 110 m3/d 左右比較合適 。 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 26 第 四 章 總結 通過對 壓裂井返排優(yōu)化設計 研究 ， 對支撐劑回流機理分析 ， 要實現(xiàn)防止支撐劑的回流可以做以下幾點： 從支撐劑方面來講 ， 使用改造支撐劑工藝技術如樹脂涂層支撐劑防砂技術 、 纖維防砂技術 、 熱塑性薄膜防砂技術 、 可變形支撐劑防砂技術等來有效的防止支撐劑回流 。 在生產(chǎn)過程中采用合理的生產(chǎn)產(chǎn)量 ， 既達到的產(chǎn)量的最大化又防止了支撐劑回流 ， 同時也提高的壓裂的有效期和穩(wěn)定性 。 壓裂液返排時選擇一個合理返排流量 ， 使壓裂液及時有效的排出 ， 實現(xiàn)既不傷害儲層又不出現(xiàn)支撐劑回流的目的 。 如果生產(chǎn)速度過快 ， 高速流動的液體沖刷近井筒地帶的砂拱 ，引起支撐劑充填失效 ， 導致支撐劑回流 ， 從而導致人工裂縫的支撐狀況變差 ， 導流能力下降 ， 影響油井產(chǎn)量 ， 或導致井底沉砂堆積掩埋油層 ，或出砂侵蝕地面油嘴和閥門 ， 影響采油工作的正常進行 。 下面對不同日產(chǎn)量下的液體流速和支撐劑回流情況進行討論 。 綜上對返排過程中支撐劑回流的分析 ， 壓裂液返排要做到以下兩點：第一控制好返排速度并且并且返排速度的穩(wěn)定性 ， 避免返排速度過大或者速度變化引起支撐劑的回流影響壓裂效果 ； 第二在控制好返排速度的前提下要保持一個較高的返排速率 ， 使地層中的壓裂液在較短的時間內(nèi)返排出來 ， 避免壓裂液的地層中時間過長對地層造成二次傷害 ， 使地層的導流能力受到影響 。 表 31 NRe≤2 時對應 dul/dt 的支撐劑回流速度 dul/dt 4 6 8 10 uu/ m/s 106 105 104 104 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 21 NRe≤2時 對應dul/dt的支 撐劑回流速度+000 5 10 15du1/dtuu/ m/suu/ m/s 圖 38 NRe≤2 時 dul/dt 于支撐劑回流速度的關系 當 2＜ NRe≤500 時 ， 分別對 dul/dt 進行取值為 4， 6， 8， 10 計算得到對應的支撐劑回流速度 。 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 20 圖 37 不同油嘴下支撐劑沉降距離與回流量的關系 根據(jù)計算機程序計算 ， 該井防止支撐劑回流的臨界返排流量為，很顯然這個返排速度太慢，雖然不會引起支撐劑 回流但是長時間的返排會造成產(chǎn)層的二次傷害。 圖 37為不同油嘴直徑所對應的支撐劑沉降距離和出砂量的計算結果 。 油嘴直徑越大 ， 井口壓力下降越快 。由圖 32 可知，裂縫在關井后 200 min還不能閉合 。sn，支撐劑視密度 2850 kg/ m3，支撐劑體積密度 1710kg/m3，支撐劑平均粒徑 mm，返排液密度 1020kg/ m3，井筒半徑 80 mm。 它包括壓裂裂縫寬度 、 裂縫縫高 、 砂粒的面孔率 、 砂粒半徑 、 支撐劑密度 、 原油密度 、 原油體積系數(shù)等參數(shù) 。 （ 4）油井攜液產(chǎn)量計算 該程序是根據(jù)控制壓裂油井出砂的合理產(chǎn)量中油井攜液產(chǎn)量公式即式（ 29）編制而成的 。 它所涉及是參數(shù)有攜帶介質關于時間的導數(shù) 、 支撐劑粒徑 、 支撐劑密度 、 攜帶介質密度 、 攜帶介質黏度以及雷諾數(shù) 。 通過這些程序可以得到控制支撐劑回流的最佳返排速度和最大產(chǎn)量 。 根據(jù)裂縫中的流動特性可知 ， 只要井壁處的砂粒不被沖出 ， 那么 ， 整個裂縫中的砂粒就不會被沖出 。 假設油井壓裂中加入的砂粒都是球形的 ， 且砂粒的堆積方式如圖 21 所示 。 在前面建立模型基礎上還必須結合井筒內(nèi)的流動進行計算 。單個支撐劑顆粒 在返排流體攜帶力 、 阻力和重力作用下的回流速度為 4 d ( )[]3dps lsu dsd ugu Ct? ? ? ????? （ 24） 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 10 式中 ， ul—攜帶介質流速 ， m/s； t—時間 ， S； Cd—阻力系數(shù) 。 臨界流速還受返排壓裂液黏度 、 裂縫閉合壓力和裂縫寬度的影響 ，對臨界流速修正為 , lcuu? ? （ 22） 則防止支撐劑回流返排量為的臨界 215lc lcQ D u??? （ 23） 式中 ， α —放大系數(shù) ， 一般在 1。 四川石油管理局井下作業(yè)處曾在 8o 年代末試圖開題研究 ， 但因技術難度較大而擱淺 。 Mark Parke[8]等人采用 King 和 Biezen 提出的隨機方法 ， 并結合Darcy 方程建立了隨機模型去預測支撐劑的回流 。 Naval Goel[9]等人則在實驗中觀測到 ， 隨著縫寬與支撐劑粒徑的比值從 增加到 ， 臨界返排流量是減少的 。 Nava Goelld[9]等人對臨界返排流量做了進 一步的研究 。 并且他們認為 ， 砂拱的失效有可能 是由于砂拱受到過大的來自流體的剪切應力以及法向閉合應力在支撐劑充填層中所誘發(fā)的徑向擠壓力而造成的 。 研究人員對造成支撐劑充填層松動并導致支撐劑回流的主要原因的解釋有如下三種觀點 ： Gidley[10]等人認為 ， 支撐劑充 填層的失穩(wěn)主要是因為充填層以外的自由砂對其不斷侵蝕而造成的 。 實驗過程中 ， 先 將狹槽調到一定寬度 ， 再將支