采油工程-第06章--水力壓裂--湯(編輯修改稿)
2024-10-08 21:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ???? ? ?? ? ? PPCC f實驗壓差與實際施工過程中裂縫內(nèi)外壓力差不一致，則應(yīng)進行修正： 圖 66 動濾失儀示意圖 圖 67 動靜濾失曲線比較圖 ????????? CCCC 1111? ?22222 42? ? ????? ? ??? ? ??? ? ???????? CCCCCCCCCCC(四 )綜合濾失系數(shù) 壓裂液的濾失同時受三種機理控制，綜合濾失系數(shù)如下： CⅠ 由 濾失帶壓力差 控制的， CⅡ 是由 壓縮帶壓力差 控制的，CⅢ 由 濾餅內(nèi)外壓力差 控制的。 根據(jù) 分壓降公式 可以得到綜合濾失系數(shù)的另一表達式： D??? ?? ? DDK n ?? ?? ? 1? 1?? na DK ??三、壓裂液流變性 (一 )各類壓裂液的流變曲線 (A曲線 ) 圖 68 壓裂液流變曲線 剪切速度 剪切應(yīng)力 (B曲線 ) 假塑型流體也稱為冪律流體，隨剪切速率的增加，其斜率變小。說明壓裂液結(jié)構(gòu)被破壞，粘度隨之降低。 nDK ??? ? ?1n?視粘度 壓裂液中未經(jīng)稠化的水、油等均屬于此類流體。 n小于 1，所以剪切速率愈大，視粘度愈小。因此假塑性流體的“粘度”不是定值，在一定的溫度下，視粘度隨 K,n,D的改變而改變。 賓漢型流體 (C曲線 ) Dy ???? ??屈服假塑型流體 (D曲線 ) ny DK ??? ??脹流型流體 (E曲線 ) nDK ??? ? ?1n ?圖 68 壓裂液流變曲線 剪切速度 剪切應(yīng)力 對于非牛頓液體的流變性質(zhì)的測定，可以用 旋轉(zhuǎn)粘度計 或 實驗室小管道 等儀器來測定。 (二 )冪律液體流動過程中的視粘度計算 從地面到地下裂縫中基本上可分為四種流動過程， 即地面管線、井筒、射孔孔眼和裂縫中的流動 。這四種流動基本上分為兩大類，即 管流 及 縫流 。 冪律液體在圓管內(nèi)流動的本構(gòu)方程： nnn41n3dv8K ?????? ?????????視粘度 : 18413 ????????????? ?? nnw dvnnK? 冪律液體在裂縫中流動的本構(gòu)方程： nnw Wv6n31n2K ???????????? ???視粘度 : 1nnf wv6n31n2K ????????????? ???(三 )摩阻計算 油管內(nèi)摩阻、射孔孔眼摩阻、裂縫內(nèi)摩阻壓力降 第三節(jié) 支撐劑 填砂裂縫的導(dǎo)流能力： 在油層條件下，填砂裂縫滲透率與裂縫寬度的乘積，常用 FRCD表示，導(dǎo)流能力也稱為導(dǎo)流率。 水力壓裂的目標是在油氣層內(nèi)形成足夠長度的高導(dǎo)流能力填砂裂縫，所以，水力壓裂工程中的各個環(huán)節(jié)都是圍繞這一目標，并以此選擇支撐劑類型。粒徑和攜砂液性能以及施工工序等。 一、支撐劑的性能要求 (1)粒徑均勻，密度小 (2)強度大，破碎率小 一般的，水力壓裂用的支撐劑的粒徑并不是單一的，而是在一定的范圍內(nèi)變化，如果支撐劑分選程度差，在生產(chǎn)過程中， 細砂會運移到大粒徑砂所形成的孔隙中，堵塞滲流通道， 影響填砂裂縫的導(dǎo)流能力，因而對支撐劑的粒徑大小有一定的要求。 支撐劑的強度是其性能的重要指標。水力壓裂結(jié)束后，裂縫的閉合壓力作用于裂縫的支撐劑上，若支撐劑 強度太大，有可能嵌入地層，若強度不夠，會被壓碎 。這樣都會導(dǎo)致裂縫閉合或滲透率降低。 (3)圓度和球度高 (4)雜質(zhì)含量少 (5)來源廣，價廉 支撐劑的圓度表示顆粒棱角的相對銳度，球度是指砂粒與球形相近的程度。圓度和球度常用目測法確定。用圓、球度不好的支撐劑時，其填砂裂縫的滲透率差且棱角易破碎，粉碎形成的小顆粒會堵塞孔隙、降低其滲透率。 支撐劑中的雜質(zhì)對裂縫的導(dǎo)流能力是有害的。天然石英砂的雜質(zhì)主要是碳酸鹽、長石、鐵的氧化物及粘土等礦物質(zhì)。一般用水洗、酸洗消除雜質(zhì)，處理后的石英砂強度和導(dǎo)流能力都會提高。 二、 支撐劑的類型 按其力學(xué)性質(zhì)分為兩大類： ◆ 脆性支撐劑 如石英砂、玻璃球等 特點 是硬度大，變形小，在高閉合壓力下易破碎 ◆ 韌性支撐劑 如核桃殼、鋁球等 特點 是變形大，承壓面積大，在高閉合壓力下不易破碎 目前礦場上常用的支撐劑有兩種：一是 天然砂 ；二是人造支撐劑 （陶粒） 。 (一 )天然砂 天然砂的 主要礦物成分是 粗晶石英 ，它適用于 淺層或中深層的壓裂 ，成功率很高。高質(zhì)量的石英砂往往都是古代的風成沙丘，在風力的搬運和篩選下沉砂而成，因此石英含量高，粒徑均勻，圓、球度好；另外石英砂資源豐富，價格也便宜。世界上有多處質(zhì)量較高的石英砂，如美國的 Ottwa砂，北部白砂，我國的蘭州砂。通遼砂等。 (二 )人造支撐劑 (陶粒 ) 最常用的人造支撐劑是燒結(jié)鋁礬土，即 陶粒 。它的礦物成分是 氧化鋁、硅酸鹽和鐵 鈦氧化物 ； 形狀不規(guī)則，強度高 。在高閉合壓力下，陶粒所支撐縫的滲透率約比天然砂的高出一個數(shù)量級，因此它適用于高閉合壓力的油氣層壓裂。 國內(nèi)礦場應(yīng)用較多的有 宜興陶粒和成都陶粒 ，強度也有低、中、高之分。陶粒雖然強度大，但是密度高，給壓裂施工帶來了一定的困難，特別是在深井條件下由于高溫和剪切作用，對壓裂液性能的要求很高。為此近年來國內(nèi)開始研制一種具有空心或多孔的陶粒，實驗表明，這種 多孔或空心陶粒 的強度與實心陶粒相當，因而實現(xiàn)了低密度和高強度的要求。但由于空心陶粒的制作比較困難，目前現(xiàn)場還沒有廣泛使用。 (三 )樹脂包層支撐劑 樹脂包層支撐劑是中等強度，低密度或高密度，能承受 ，適用于低強度天然砂和高強度陶粒之間強度要求的支撐劑。其密度小，便于攜砂與鋪砂。樹脂包層支撐劑有以下優(yōu)點： 樹脂薄膜包裹砂粒，增加了砂粒間的接觸面積，從而提高了支撐劑抗閉合壓力的能力。 樹脂薄膜可將壓碎的砂粒小塊或粉砂包裹起來，減少了微粒的運移與堵塞孔道的機會，從而改善了填砂裂縫的導(dǎo)流能力。 樹脂包層砂總的體積密度比上述中強度與高強度陶粒要低得多，便于懸浮，因而降低了對攜砂液的要求。 樹脂包層支撐劑具有可變形的特點，則使其接觸面積有所增加，可防止支撐劑在軟地層中的嵌入。 三、支撐劑在裂縫內(nèi)的分布 支撐劑在裂縫內(nèi)的分布規(guī)律隨 裂縫類型 (水平、垂直縫 )和 攜砂液性能 而異 。 由于國內(nèi)大部分油田壓裂形成的裂縫為垂直縫，這里
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