【正文】 從壓裂工藝方面來講 ， 建立的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(jì)算模型與放噴油嘴選擇原則相結(jié)合 ， 可實(shí)現(xiàn)對(duì)放噴油嘴的動(dòng)態(tài)優(yōu)化 。 下面對(duì)該油井的臨界產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算 ， 根據(jù) 防止支撐劑回流的最大產(chǎn)量程序 得計(jì)算結(jié)果為 m3/d， 即生產(chǎn)過程中控制在這個(gè)產(chǎn)量以內(nèi)就不會(huì)出現(xiàn)支撐劑回流 ， 一旦大于這個(gè)生產(chǎn)速度就可能有支撐劑回流現(xiàn)象 。 當(dāng) NRe≤2 時(shí)，分別對(duì) dul/dt 進(jìn)行取值為 4， 6， 8， 10 計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的支撐劑回流速度。 但對(duì)于直徑為 1mm， 2mm 和 3mm 的油嘴而言 ， 壓力下降得非常慢 ， 在放噴 200 min 后 ， 對(duì)于該壓裂井而言 ， 至少要使用 3 mm 以上的油嘴進(jìn)行放噴 。計(jì)算表明只有當(dāng)井口壓力小于 MPa 時(shí)，裂縫才能閉合。 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 34 壓裂油井生產(chǎn)過程中攜液產(chǎn)量計(jì)算機(jī)程序示意圖 （ 5）油井最大產(chǎn)量計(jì)算 該程序是根據(jù)控制壓裂油井出砂合理產(chǎn)量模型防止支撐劑運(yùn)移計(jì)算式（ 216）編制而成的 。 圖 32 臨界流量計(jì)算機(jī)程序計(jì)算示意圖 （ 2）支撐劑回流速度計(jì)算 該程序是根據(jù)支撐劑回流速度模型中式（ 25）編制而成的 。 假設(shè)壓裂裂縫的寬度為 wf， 裂縫的縫高為 h， 砂粒的面孔率 k。 為防止在壓裂液返排過程中出現(xiàn)大量支撐劑回流 ， 要把支撐劑的臨界返排流量作為一個(gè)重要的參考依據(jù) ， 控制支撐劑返排 。 臨界流量的建立 以縫口單顆粒支撐劑為研究對(duì)象 ， 得出支撐劑發(fā)生回流的臨界流速為 2 ( )3pslcdgu ? ??? ? （ 21） 式中 ， ulc—臨界返排流速 ， m/s； dp—支撐劑顆粒直徑 ， m； ρs— 支撐劑顆粒密度 ， kg/ m3； ρ—攜帶介質(zhì)密度 ， kg/ m3。 Asgian[15]等人采用 Cundall 等人發(fā)展的離散單元法模擬了支撐劑充填層中顆粒的受力運(yùn)動(dòng) 。 Sparlin 和 Hagen[11]根據(jù)最小流化速度來量化臨界返排流量 ， 建議支撐劑回流的臨界流量為 。 該實(shí)驗(yàn)可以模擬裂縫中的閉合壓力和地層中的溫度 ， 并可以得到不同流速和支撐縫寬時(shí)支撐劑發(fā)生回流的臨界點(diǎn) 。 實(shí)驗(yàn)時(shí) ， 不銹鋼管中先充填支撐劑 ， 然后用實(shí)驗(yàn)流體使其飽和 。 這種返排程序非常適合特低滲地層 ， 能極大地改善低滲透油井的返排效果 。 1988 年 ， Robinson[5] 等人討論了采用小油嘴排液以減小裂縫閉合應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn) ， 提出 了 “小排量早期返排 ”的觀點(diǎn) 。 這種綜合效應(yīng)將增強(qiáng)整個(gè)支撐劑填充層抗流動(dòng)和壓力的能力 。 如果溫度進(jìn)一步提高 ， 薄膜會(huì)發(fā)生收縮形成更緊密和更牢固的固結(jié)團(tuán) 。 纖維防砂技術(shù) ：利用纖維形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以允許流體自由通過而不影響土壤微粒性質(zhì)的特點(diǎn) ， 所以纖維早期用于固定土壤以防止因洪水 、 塌方和土壤侵蝕引起的自然災(zāi)害 。 樹脂涂層防砂技術(shù) ：樹脂涂層支撐劑 (RCP)是在普通的石英砂表面均勻地涂覆一層樹脂而制成的防砂材料 。 鹽水中陳化 240 h 后抗壓強(qiáng)度不變 。 我們通過對(duì)石英砂改造就形成 了 樹脂包層砂 。 石英砂 是一種分布廣 、 硬度大的天然的穩(wěn)定性礦物 ， 其主要化學(xué)成分為二氧化硅 ， 主要產(chǎn)于沙漠 、 河灘和沿海地帶 ， 礦物組分以石英為主 ， 石英含量一般在 80%左右 ， 國(guó)外優(yōu)質(zhì)石英砂中石英含量可達(dá) 98%以上 。 如果排液速度過快 ， 高速流動(dòng)的壓裂液沖刷近井筒地帶的砂拱 ， 引起支撐劑充填失效 ， 導(dǎo)致支撐劑回流 ， 從而導(dǎo)致 人工裂縫的支撐狀況變差 ， 導(dǎo)流能力下降 ， 影響油井產(chǎn)量 ，或?qū)е戮壮辽岸逊e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(jìn)行 ； 如果排液速度過慢 ， 壓裂液攜帶支撐劑濾失進(jìn)生產(chǎn)層中 ， 壓裂液殘?jiān)斐傻貙佑行B透率的降低 ， 對(duì)儲(chǔ)層造成二次傷害 ， 并且壓裂液不及時(shí)返排的話 ， 產(chǎn)層中的氣體進(jìn)入到裂縫中 ， 引起氣液兩相流 ， 地層壓降遞減 ， 地層能力損耗 ， 從而影響壓裂液的最終返排效率 。 The critical output calculating formula of the fractured oil wells is derived under the presupposition of formation sand and proppant being not carried to wellbore in fracturing fluid flowingback process。中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 壓裂井返排優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 姓 名： 12212 學(xué) 號(hào)： 2121232 性 別： 212 專 業(yè) : 石油工程 批 次： 2121212 學(xué)習(xí)中心： 2121212 指導(dǎo)教師： 121212 2021 年 3 月 30 日 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 壓裂井返排優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 摘要 加砂壓裂是低滲 油 氣藏開發(fā)評(píng)價(jià)和增儲(chǔ)上產(chǎn)必不可少的技術(shù)措施 ，然而經(jīng)過大量的現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)現(xiàn) ， 如果壓裂后 油 井排液控制不當(dāng)或生產(chǎn)過程中配產(chǎn)不合理 ， 將導(dǎo)致支撐劑回流或出砂 ， 引起氣井產(chǎn)能嚴(yán)重下降 ，從而影響最終的壓裂效果 。 A case is presented， which can guide the flowingback of fracturing fluid and the determination of the reasonable productivity of fractured oil wells。 存在這些問題的重要原因是在壓裂液的返排控制過程中大多采用經(jīng)驗(yàn)方法 ， 缺少可靠的理論依據(jù) 。 石英顆粒相對(duì)密度約在 左右 ， 體積密度約在 。 預(yù) 固化樹脂包層砂是近 10 余年來發(fā)展起 來的 ， 針對(duì)天然 石英砂抗壓強(qiáng)度低、導(dǎo)流能力差 而研制的支撐劑 ， 采用特殊工藝將改性苯酚甲醛樹脂包裹到石英砂的表面上 ， 并經(jīng)熱固處理制成 ， 一般它的顆粒密度為 ， 比石英砂略輕 。 因此對(duì)于任一深度任一儲(chǔ)層來說 ， 使用陶粒支撐水力裂縫都會(huì)獲得較高的初產(chǎn)量 、 穩(wěn)產(chǎn)量與更長(zhǎng)的有效期 。 這種材料呈松散狀 ， 在常溫常壓下穩(wěn)定 ， 不 發(fā)生粘連 。 根據(jù)纖維的這一原理 ， 我們可以把纖維用來防止支撐劑的回流 。 這些固結(jié)團(tuán)比單個(gè)支撐劑微粒曲線度高 ，更利于橋連在一起 ， 形成較大的空間 ， 減小了破膠液在支撐劑充填層中回流時(shí)的流動(dòng)阻力 ， 從而有利于減少支撐劑的回流 。 由于這種支撐劑的內(nèi)核具有較好的柔韌性并具有較大的外涂層 ， 所以具有較好的抗腐蝕能力 ， 并且在混和 、 泵送的過程中和在較高的地應(yīng)力下不易被破壞 。 實(shí)際上 ， “小排量早期返排 ”是一種有控制的返排 。 1995 年 ， Barree 和 Mukherjee[7]使用全三維裂縫幾何模擬器 ， 系統(tǒng)研究了裂縫閉合期間支撐劑的沉降規(guī)律 ， 討論了返排速度 、 射孔段位置 、最終鋪砂濃度 、 裂縫幾何形態(tài)對(duì)保持閉合后裂縫內(nèi)鋪砂濃度的影響 ， 提出了 “反向脫砂 ”工藝 。 實(shí)驗(yàn)開始后 ， 慢慢增加流體流速 ， 直到發(fā)現(xiàn)裝置末端的集砂器中出現(xiàn)支撐劑為止 。 研究人員對(duì)造成支撐劑充填層松動(dòng)并導(dǎo)致支撐劑回流的主要原因的解釋有如下三種觀點(diǎn) ： Gidley[10]等人認(rèn)為 ， 支撐劑充 填層的失穩(wěn)主要是因?yàn)槌涮顚右酝獾淖杂缮皩?duì)其不斷侵蝕而造成的 。 Nava Goelld[9]等人對(duì)臨界返排流量做了進(jìn) 一步的研究 。 Mark Parke[8]等人采用 King 和 Biezen 提出的隨機(jī)方法 ， 并結(jié)合Darcy 方程建立了隨機(jī)模型去預(yù)測(cè)支撐劑的回流 。 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(duì)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。 在前面建立模型基礎(chǔ)上還必須結(jié)合井筒內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行計(jì)算 。 根據(jù)裂縫中的流動(dòng)特性可知 ， 只要井壁處的砂粒不被沖出 ， 那么 ， 整個(gè)裂縫中的砂粒就不會(huì)被沖出 。 它所涉及是參數(shù)有攜帶介質(zhì)關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù) 、 支撐劑粒徑 、 支撐劑密度 、 攜帶介質(zhì)密度 、 攜帶介質(zhì)黏度以及雷諾數(shù) 。 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) 。由圖 32 可知，裂縫在關(guān)井后 200 min還不能閉合 。 圖 37為不同油嘴直徑所對(duì)應(yīng)的支撐劑沉降距離和出砂量的計(jì)算結(jié)果 。 表 31 NRe≤2 時(shí)對(duì)應(yīng) 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(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 NRe≤2時(shí) 對(duì)應(yīng)dul/dt的支 撐劑回流速度+000 5 10 15du1/dtuu/