新型支撑剂_

  该装置可以测量不同支撑剂颗粒尺寸、裂缝宽度和地层 闭合应力条件下的临界流速。装置右端的多个入口处，模拟 裂缝中的线性流，左端的三个孔眼模拟裂缝向井筒的流动。 实验过程中，先将狭槽调到一定宽度，再将支撑剂和水 的混砂浆从左端孔眼泵入狭槽中支撑裂缝，然后利用水力锚 给支撑剂充填层施加一定的闭合应力。返排模拟开始，从右 端入口处逐渐增加泵入速度，直到发现有支撑剂产出。

  目前国内外对导流能力测试主要是用API槽进行模拟，它可以模拟与地 层条件相似的压力、温度和流动状态，但并未考虑滤饼沉积和清除、多相 流动、支撑破碎、非达西流等因素，这与现场真实的情况是有一定偏差的。

  抗压强度是衡量支撑剂性能的重要的因素之一，下图是分 别用20粒未涂层的胡桃壳、两种不同树脂涂层胡桃壳强度曲 线

  嵌入量主要受支撑剂尺寸、储层物性、压裂液 粘度、闭合压力和滤失速率等因素决定

  对比分析根据结果得出：石英砂在闭合压力超过28 MPa后破碎率大于 4％，闭合压力增加到41 MPa时渗透率仅70D，而预固化树脂包层

  支撑剂流动实验也是衡量支撑剂优异的一个重要参数，目 前测试主要是在俄克拉荷马州大学井身结构研究中心进行的， 仪器基本结构如下图：

  下图是三种支撑剂的平高度曲线图，能够准确的看出胡桃壳涂层当流速下降 到10gpm时，才会出现团状沉降

  图10 20/40目的ULM－1.25支撑剂在一定的 闭合压力下相对支撑剂充填浓度的关系图

  四 支撑剂回流研究 支撑剂回流实验设备主要有圆管—射孔模型、狭槽 模型和API线性槽三类，下图是圆管—射孔模型简图：

  主要确定孔眼附近无侧限应力（闭合应力）作用时，支撑 剂发生回流的临界流速；这种实验方法较为简单，但是不能模 拟缝宽和闭合应力对支撑裂缝稳定性（临界流速）的影响。

  2 工作原理： （1） 当DIP均匀地与普通压裂用支撑剂混合后，在一定闭 合压力下，由于变形在这种支撑剂的表面会形成一些小的窝 或凹陷处，这些窝或凹陷处有助于稳定和锁住周围的支撑剂。 这种综合效应将增强整个支撑剂填充层抗流动和压力的能力。 （2） 这种支撑剂的内核具备比较好的柔韧性并具有较大的外 涂层，所以具备比较好的抗侵蚀的能力，并且在混和、泵送的过 程中和在较高的地应力下不易被破坏。 DIP的使用能较好地防止压后排液和生产阶段支撑剂的 回流。

  2 SMA特点 优点:(1)增加了裂缝导流能力并缩短了关井时间; (2)SMA可使支撑剂表面产生粘性，因而能减少微粒 的运移 ，降低微粒堵塞孔隙喉道的可能； (3)能极大提高可对充填层造成运移和冲蚀的临界流 速，可很好地防止回流的发生。

  (4)SMA活性材料是一种水溶性溶剂聚合物，由可回收 资源制造，几乎对人体或环境无危害；且很稳定， 在一般井液中很少溶解。 缺点：不确定在哪个流量段不会产生支撑剂回流，而未加控 制的支撑剂回流会增加完井费用并减小施工效率。

  150D，可见预固化树脂包层砂性能有了大幅度提高。 3 局限：随着闭合压力增高，破碎率增大，树脂膜的弹性变形、

  的孔隙度和渗透率仍有一定影响，因而闭合压力超过一定值后不 能满足设计的基本要求，应用受到限制。

  二 纤维防砂技术 1 工作原理： 把具有一定柔韧性的纤维物质混在携砂液中同时注人地层， 在人工裂缝中形成复合性支撑剂，支撑剂是基体，纤维是增强相。 2 纤维稳固支撑剂填充层的作用机理： （1）每根纤维与若干支撑剂颗粒相互接触，通过接触压力和摩 擦力相互作用； （2）纤维与支撑剂间的相互作用形成空间网状结构而增强支撑 剂的内聚力，从而将支撑剂稳定在原始位置，而流体可以自由通 过，达到预防支撑剂回流的目的。

  不同闭合压力（Mpa）下 群体破碎率/% 不同闭合压力（Mpa）下 支撑剂渗透率/D

  目前国外对支撑剂嵌入模拟研究如下图所示，国内也利用裂缝 长期导流能力测试仪器进行模拟，但是都未形成一个定量的结果。

  它是一个45.5mm (即表面 2 积为1625.9 mm )的测试仪 器，在其顶部和底部有滤 孔。加载装置用来测量载 荷，位移传感器用来测量 滤失和嵌入，并采用计算 机自动控制系统来在进行 实验。

  由于砂重大部分砂子在井底附近很快沉到气层以下，形成砂堤， 所以支撑长度也比压裂长度短很多。ULW-1.25 支撑剂则均匀地 分布在裂缝内，改善了缝的支撑长度，从而无论在长度上还是 纵向上都改善了导流能力。 目前测得的井初产能力为每日56677方，后来稳定在45340方。

  好；对裂缝导流能力影响较小且不需关井，允许初始高速返排 ；无需固化反应，施工工艺易控制，返排工艺可设计性好。 增加纤维长度可增加支撑剂填充层的稳定性，但有一定限 度；只能在1500C以下使用，碳酸盐岩层内有效期短，不能用于 HF酸环境。

  一 预固化树脂包层砂（RCP) 1 制作的过程：采取了特殊工艺将改性苯酚甲醛树脂包裹到石英 砂的表面上，并经热固处理制成。 2 特点：密度比石英砂略轻（颗粒密度一般为2.55） 比天然石英砂抗压强度高、导流能力好(闭合压力分

  布在较大的树脂层的面积上，承压能力提高；压碎了包层内的 砂子，仍可裹在树脂层内，使裂缝保持有较高导流能力）

  2 热塑性薄膜片的优点是： （1）与压裂液包括破胶剂和交联剂是配伍的，不

  （2）在油、水、酸液中十分稳定。 热塑料材料经济实用，这在某种程度上预示着在整个压裂过程 中都可使用。

  1 工作原理：(SPE63010)SMA是一种新型材料，在压裂施工中作为一种液体 添加剂加入水基压裂液中。此添加剂可瞬间用一层薄的、胶粘的非硬化性 外壳将支撑剂包住，这可以极大地提高颗粒内摩擦力并提高裂缝导流能力 。

  六 超低密度支撑剂（ULW)(SPE84308) 特点：超低密度支撑剂是可变形颗粒研究的自然延伸。 最重要的包含两类：多孔陶粒树脂涂层（ULW-1.75）和树 脂浸透并涂层的化学改性胡桃壳（ULW-1.25） 超低密度支撑剂无论在体积密度、比重、颗粒强 度分析、颗粒沉降、导流能力、流动实验方面都有其 它支撑剂无可比拟的优点。

  五 可变形支撑剂（DIP） 1 特点：DIP是近几年被用来控制支撑剂回流的新型防砂技术。 这些可变形的支撑剂是由树脂和惰性填充物包裹在一起而形成的， 它们具有相似的形状和网格分布。这些微粒被泵送到井底后，在 一定地应力下是可以变形的（图3）。 这种支撑剂适用于闭合压力为5～5O MPa和温度小于185℃ 的 地层条件，其用量一般是支撑剂总量的1O％～15％。

  三 热塑膜支撑剂 1 工作原理：在低温下（低于1500C）热塑性薄膜（TFS）提供 了一种与砂砾相互作用的柔软表面，尽管结合力的强度要比树 脂包砂（RCP）提供的小，但有较高的摩阻表面，可减缓支撑剂 在生产管线内的滚动； 高温下，TFS通过粘结、收缩作用固定支撑剂。随着温度的 升高，薄膜的表面变粘稠，它就会把支撑剂黏附在表明产生小 的支撑剂团。如果温度进一步提升，薄膜会发生收缩形成更紧 密和更牢固的固结团。这些固结团比单个支撑剂微粒曲线度高， 更利于桥连在一起形成较大的空间，减少了破胶液在支撑剂层 中回流时的流动阻力，从而有利于支撑剂的回流。