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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。
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