【正文】 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。 在考慮油井生產(chǎn)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(dǎo)壓裂氣井的臨界產(chǎn)量計算公式 ， 為指導(dǎo)壓 裂液返排和確定油井合理產(chǎn)能提供依據(jù) 。 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(shù)難度較大而擱淺 。 但這些研究成果均未有詳細的理論介紹和報道 。 Mark Parke[8]等人采用 King 和 Biezen 提出的隨機方法 ， 并結(jié)合Darcy 方程建立了隨機模型去預(yù)測支撐劑的回流 。 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 。 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 。 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 除了研究臨界返排流量外 ， 一些學(xué)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 。 Nava Goelld[9]等人對臨界返排流量做了進 一步的研究 。 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 。 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(yīng)力以及法向閉合應(yīng)力在支撐劑充填層中所誘發(fā)的徑向擠壓力而造成的 。 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(nèi)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(dǎo)致大量的支撐劑回流 。 研究人員對造成支撐劑充填層松動并導(dǎo)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 。 (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(yīng)力條件下的支撐劑回流現(xiàn)象 。 實驗過程中 ， 先 將狹槽調(diào)到一定寬度 ， 再將支撐劑和水的混砂漿從左端孔眼泵入狹槽中充填中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 裂縫 ， 然后利用水力錨給支撐劑充填層施加一定的閉合壓力 。 (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 。 實驗開始后 ， 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 。 常見的實驗?zāi)?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(cè)限應(yīng)力時 ， 支撐劑發(fā)生回流的臨界流速 。 限于設(shè)備的原因 ， 國內(nèi)尚未見這一方面的研制和應(yīng)用的詳細報道 。 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(dǎo)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(jīng)閉合 ， 從而形成較長的支撐裂縫 。 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 。 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(dǎo)流能力 。 Ely 等人推薦的排液做法是在頂 替壓裂液的 30 秒內(nèi)完成裂縫的閉合 ， 當從地面壓力檢測到近井筒地帶裂中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 縫己經(jīng)閉合后 ， 以小于 3857L/min 的速度返 排 30 分鐘 ， 然后放大返排量至 160～ 320L/min， 只要不發(fā)生支撐劑回流 。 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(yīng)力 ， 讓支撐劑留在裂縫內(nèi) ， 從而減少支撐劑的破碎和回流 。 實際上 ， “小排量早期返排 ”是一種有控制的返排 。 壓裂液返排研究現(xiàn)狀 近十多年來 ， 國外學(xué)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]。 目前 ， 國內(nèi)外支撐劑回流控制技術(shù)在不斷的完善和進步 。 支撐劑的回流主要有兩種情況 ： 一是在壓裂施工結(jié)束后 ， 隨壓裂液返排的回流 ； 二是在生產(chǎn)過程中支撐劑的回流 ， 其影響主要體現(xiàn)在 ： 直接導(dǎo)致支撐裂縫的導(dǎo)流能力降低 ， 進而影響油井生產(chǎn) ； 回流的支撐劑會造成設(shè)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 。 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 。 這些窩或凹陷處有助于穩(wěn)定和鎖住周圍的支撐劑 。 更重要的是 ，在這些微粒被泵送到井底后 ， 在一定地應(yīng)力下是可以變形的 。 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 。 這些固結(jié)團比單個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的流動阻力 ， 從而有利于減少支撐劑的回流 。 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 。 熱塑性薄膜防砂技術(shù)：熱 塑性薄膜 (TFS)與支撐劑一起泵入井底進入裂縫后 ， 這種薄片和支撐劑在裂縫中相互粘結(jié) ， 形成無數(shù)固結(jié)團 ， 限制了支撐劑的自由運動 ， 使新壓開的裂縫保持張開狀態(tài)并防止支撐劑回流 。 由于它采用的是物理穩(wěn)固機理 、 而非復(fù)雜的化學(xué)固化反應(yīng) ， 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(guān)井時間的影響較小 ， 應(yīng)用范圍廣 。 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 。 所以樹脂涂層支撐劑的應(yīng)用受到了一定的限制 ， 要使用 RCP 必須進行合理的選井選層 。 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 但樹脂涂層支撐劑能與壓裂液的部分添加劑 (如 pH 值調(diào)節(jié)劑 、 交聯(lián)劑和破膠劑等 )發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ， 從而影響支撐劑在裂縫中的堆積 ， 并且 RCP 的固化 需要較長的關(guān)井時間 ， 增加了施工時間及費用 。 這種防砂技術(shù)就是利用砂粒表面包復(fù)的樹脂在地層溫度 、 壓力下發(fā)生固化反應(yīng) ， 使涂層砂固結(jié)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 。 這種材料呈松散狀 ， 在常溫常壓下穩(wěn)定 ， 不 發(fā)生粘連 。 下面介紹一下控制支撐劑回流的新技術(shù)[2]。 進入 90 年代后 ， 包膠支撐劑已能在保持 102um3滲透率的同時 ， 抗壓強度達 62MPa。 70 年代末 ， 樹脂涂層 (包膠 )支撐劑投入應(yīng)用并獲成功后 ， 這種支撐劑控制回流技術(shù)受到廣泛重視 ，發(fā)展迅速 。 因此對于任一深度任一儲層來說 ， 使用陶粒支撐水力裂縫都會獲得較高的初產(chǎn)量 、 穩(wěn)產(chǎn)量與更長的有效期 。 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(dǎo)流能力的遞減率也要慢得多 。 目前深層低滲透油氣藏主要使用的支撐劑是人造陶粒支撐劑 ， 陶粒從生產(chǎn)工藝上分為電解和燒結(jié)兩種 ， 其主要物料是鋁磯土 。 適用于 深層低滲透油氣藏的支撐劑應(yīng)該是人造陶粒支撐劑 。 預(yù) 固化樹脂包層砂是近 10 余年來發(fā)展起 來的 ， 針對天然 石英砂抗壓強度低、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 。 因此石英砂僅適用于淺井 、 低閉合壓力油氣層的水力壓裂 。 (2)石英砂圓球度較差 ， 表面光潔度較低 ， 對支撐裂縫滲透率有不利影響 。 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 。 石英顆粒相對密度約在 左右 ， 體積密度約在 。 首先介紹一下天然石英砂 。 石英砂在 60 年代后開始在現(xiàn)場應(yīng)用 ， 90 年代以后仍在淺井 、 中深井中廣泛應(yīng)用 。 研究現(xiàn)狀 支撐劑及支撐劑防砂現(xiàn)狀 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)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(jīng)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(jié)陶粒 。 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)驗方法 ， 缺少可靠的理論依據(jù) 。 當開始返排時 ， 返排速度十分關(guān)鍵 。 壓裂施工后合適的返排 ， 就是使最少的支撐劑流出 ， 保持裂縫較高的導(dǎo)流能力 ， 同時又流出最大量的注入液體 ， 提高壓裂液的返排效率 。 因為即使水力壓裂的設(shè)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(chǎn)能 。 A case i