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第51卷第5期 辽 宁 化 工 Vol.51，No. 5 2022年5月 Liaoning Chemical Industry May，2022收稿日期： 2021-08-08 不同粒径支撑剂组合导流能力 变化规律实验研究陈庆栋，周际永，陈维余，高双，宋爱莉，张宸，安恒序（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）摘 要： 形成具有一定渗流能力的支撑裂缝是水力压裂实现高效改造的重要前提，在压裂的不同阶段往往会加入不同粒径的支撑剂，目前对多种支撑剂混合后导流能力变化规律研究尚不系统和深入。
因此，通过对20/40、30/50、40/70目陶粒及其不同组合下导流能力开展了实验评价，并通过导流能力保留率这一参数对其变化规律进行分析。
结果表明：支撑剂导流能力与支撑剂粒径成正相关的关系；不同粒径支撑剂组合的导流能力介于该组合的最大最小两种支撑剂的导流能力区间之内；支撑剂组合的导流能力值更接近于占比更高的支撑剂；当支撑剂粒径差别大时，会导致导流能力变低、导流能力保留率较低且受闭合压力的影响大。
研究成果得到了不同粒径支撑剂组合下导流能力的变化规律，为现场压裂施工中支撑剂优选及压裂效果预测提供了重要的指导。
关 键 词： 压裂；支撑剂组合；导流能力；变化规律中图分类号：TE357.12 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2022）05-0593-03随着低渗、特低渗及其他非常规储层的不断动用和开发，水力压裂作为此类储层高效改造的重要技术，起到越来越重要的作用[1-3]。
在水力压裂工艺中，形成具有较大渗流能力的支撑裂缝是实现高效改造的重要指标[4-5]。
在压裂施工效果预测中，需使用到裂缝的导流能力这一关键参数[6-8]。
在进行压裂工艺改造中，在施工的不同阶段往往会泵入不同粒径的支撑 剂[9-10]，当不同粒径的支撑剂混合后，其导流能力与单一粒径的支撑剂相比会产生一定的变化，无法使用单一支撑剂导流能力进行计算[11-12]。
支撑剂长期导流能力的测试与评价支撑剂是石油和天然气储量压裂过程中的关键因素。
本文是依据美国1989年制定的APIRP61标准，选用API导流夹持器，在铺砂浓度为10Kg/m2，闭合压力为0—100MPa，流量5ml/min的条件下，测试支撑剂的长期导流能力。
支撑剂的长期导流能力实验是各大研究机构筛选支撑剂、提高采收率等必要实验，为现场的压裂开采提供有效可靠的数据，具有很强的指导意义。
标签：支撑剂；长期导流能力；实验测试；分析评价0 引言支撑剂在石油天然气深井开采时，压裂处理后使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时需要流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成一个具有高层流能力的通道。
1 实验准备（1）实验设备。
本次实验选用了山东中石大石仪科技有限公司生成的CDL Y-2000型长期导流能力测试系统，能够模拟地层温度（室温-120℃）和地层闭合压力（0-120MPa）的情况下测试。
（2）实验原理。
它是根据达西定律来测试支撑剂的长期导流能力。
达西定律公式为：2 实验结果支撑剂随着闭合压力的增加，渗透率和导流能力逐渐变小，从图2和图3中明显可以看到闭合压力和渗透率、导流能力的关系及降低速率。
3 评价分析经过大量的实验数据可以看出，闭合压力和支撑剂的导流能力成反向趋势。
数据及曲线上的波动点是真实存在的，因为在流体的流动下除了有支撑剂颗粒的运移之外，还有部分支撑剂在压力中破碎。
4 结论（1）支撑剂的导流能力随闭合压力的增加而减小；（2）提高支撑剂导流能力的方法有：降低作业时的闭合压力、选用破碎强度高的支撑剂、提高支撑剂的球度和均匀度等。
参考文献：[1]埃克诺米德斯M J（蔓），诺尔谛K G等著，康德泉，周眷虎等译.油藏增产措施[J].北京：石油工业出版社，1991（06）.[2]林启才，张士诚，潘正富.川西侏罗系低渗气藏压裂增产措施中地层损害研究[J].天然气工业，2005，25（07）：86—88.[3]温庆志，张士诚，王雷等.支撑剂嵌人对裂缝长期导流能力的影响研究[J].天然气工业，2005，25（05）：65—68.[4]王雷，张士诚，张文宗等.复合压裂不同粒径支撑剂组合长期导流能力实验研究[J].天然气工业，2005，25（09）：64-66.[5]J.L吉德利.水力压裂技术新发展[M].北京：石油工业出版社，1995：35-60.作者简介：宋树才（1983-），男，安徽蒙城人，本科，助理工程师，主要从事石油仪器仪表产品研发工作。
开采工艺支撑裂缝导流能力影响因素实验研究与分析金智荣 1 , 郭建春 1 , 赵金洲 1 , 周长林 2 , 秦 毅 2 , 罗 伟 2 , 王云刚 1( 1 油气藏地质及开发工程国家重点实验室 ·西南石油大学 2 西南油气田分公司采气工程研究院 )金智荣等 . 支撑裂缝导流能力影响因素实验研究与分析 . 钻采工艺 , 2007 , 30 ( 5 ) : 36 - 38, 41摘 要 : 支撑剂性能好坏直接影响支撑裂缝的导流能力 ,影响支撑剂性能的因素很多 ,除了支撑剂自身因素 外 ,外界环境因素也不容忽视 。
从实验角度研究分析了支撑剂强度 、粒径及粒径组合 、铺砂浓度 、闭合压力 、温度和 时间 、支撑剂嵌入 、地层微粒和压裂液残渣对导流能力的影响 ,实验结果对正确评价支撑剂性能以及合理选择支撑 剂具有一定的参考价值 。
关键词 : 支撑裂缝 ; 导流能力 ; 支撑剂 ; 影响因素 ; 实验研究中图分类号 : TE 311文献标识码 : A文章编号 : 1006 - 768X ( 2007 ) 05 - 0036 - 03水力压裂目的就是要在井筒附近地层形成一条 高导流能力的渗流通道供油气渗流 ,能否形成较高 的裂缝导流能力是水 力 压裂 作业 的 关键 [ 1 ] 。
支 撑 剂作用在于泵注停止和返排后保持裂缝处于张开状 态 ,支撑剂性能的好 坏直 接 影响 裂缝 的 导流 能力 。
影响支撑剂性能的因素很多 ,除了支撑剂颗粒自身 因素外 ,环境因素也不容忽视 。
本文将从支撑剂的 颗粒物性以及环境因素出发 ,分析影响支撑裂缝导 流能力的几种因素 ,为正确评价和选择支撑剂的性 能提供参考 。
一 、实验准备[ 2 ]实验使用 FCES —100 型裂缝导流仪 ,实验过程 中严 格 按 照 A P I 的 程 序 操 作 , 闭 合 压 力 按 每 619 M P a 的级别递增 。
FCES - 100 型导流仪使用 A P I 标准导流室 ,支撑裂缝渗透率依据达西定律 ,通过测得不同流量下 的压差计算得到 。
1、 覆膜支撑剂长期导流能力评价覆膜支撑剂有单涂层和双涂层两类。
单涂层支撑剂外壳有一层热固性酚醛树脂，当支撑剂进入裂缝后，树脂层在地层温度条件和固化剂作用下发生反应而固化，支撑剂颗粒之间因聚合作用而键合在一起，从而提高了支撑剂的抗破碎能力，防止支撑剂吐出，减少支撑剂嵌入地层的现象发生。
双涂层支撑剂有一层完全固化的树脂内涂层，以提高粒料的抗压碎能力。
在此涂层外是一层部分固化的外涂层，以提高在压裂作业中支撑剂颗粒之间的键合作用。
(1) 实验流程实验导流能力评价采用FCES-100导流仪，该仪器最高模拟闭合压力可达210MPa ，模拟地层温度最高可达170℃，数据采集和处理为微机自动采集，数据处理符合SY/T6302—1997行业标准，实验仪器流程图见图1。
图1 导流仪实验流程图1、2．电子天平；3、4．容器；5、6．背压阀；7、8、17、18．压力表；9、1O．节流阀；11、12．压差传感器；13．压力传感器；14、15．导流池及加压和加热装置；16．脱氧装置；19、20．储液罐；21．储水罐；22．真空泵；23．真空表；24．高压气瓶及调压阀 (2)实验原理和步骤:p W QLKW f ∆=μ式中：K——裂缝渗透率，；2m μ Wf——裂缝宽度，cm；μ——测试流体粘度，mPa·s；Q——流速，cm^3/s；L——测压孔距离，cm；W——导流室宽度，cm；——压差，10p -1MPa。
(3)实验条件实验流体为2％NaCl 溶液，铺砂浓度为5kg/m^2，实验固化温度为120℃，固化剂类型为加成型固化剂，固化时间为4h，闭合压力为60MPa，导流能力实验测试时间约为25d。
(3)实验结果及分析 ①覆膜高强度陶粒长期导流能力实验结果图2 覆膜高强度陶粒长期导流能力与时间关系图覆膜高强度陶粒长期导流能力在早期降低较快，约7d 后趋于缓和。
覆膜陶粒支撑剂随时间早期导流能力降低急剧，其主要原因可能是支撑剂颗粒之间的压实作用，而经过一段时间，这种作用将减缓。
支撑剂裂缝导流能力实验一、实验介绍支撑剂裂缝导流能力实验是评价支撑剂在裂缝中的导流能力的一种实验方法。
该实验可以模拟地下水流动环境，通过测量不同条件下裂缝中的水压变化来评估支撑剂对于水流导向的影响。
二、实验原理当地下水流经岩石裂隙时，由于裂隙内部摩擦力和黏滞阻力的存在，会形成一定的水压差。
而支撑剂作为填充物进入裂隙后，会改变裂隙中的孔隙度和渗透性，从而影响水流在其中的通透性和导向性。
因此，通过测量不同条件下支撑剂填充后裂隙内部的水压变化情况，可以评估支撑剂对于地下水流动态行为的影响。
三、实验步骤1. 准备实验设备：包括试样（模拟岩石裂缝）、注液装置、压力传感器等。
2. 制备试样：将试样材料（如砾石、沙子等）放置于模拟岩石裂缝中，并按一定比例混合支撑剂。
3. 安装试样：将制备好的试样安装在注液装置中，并连接压力传感器。
4. 开始实验：通过注液装置向试样中注入一定流量的水，并记录压力传感器输出的裂缝内部水压变化情况。
5. 改变实验条件：可以改变水流速度、支撑剂填充比例、裂缝宽度等实验条件，以评估不同条件下支撑剂对于水流导向的影响。
四、实验结果分析通过测量不同条件下裂缝内部水压变化情况，可以得到支撑剂对于地下水流动态行为的影响。
具体分析如下：1. 支撑剂填充比例对导流能力的影响：当支撑剂填充比例较低时，裂缝内部孔隙度较大，导致水流通透性较强，而当填充比例逐渐增加时，孔隙度减小，从而限制了水流通透性和导向性。
因此，在实际施工中需要根据具体情况选择合适的填充比例。
2. 水流速度对导流能力的影响：当水流速度较慢时，水流容易被支撑剂阻挡，从而导致水压变化较小；而当水流速度逐渐加快时，水流可以穿过支撑剂层，从而导致水压变化较大。
因此，在实际施工中需要根据地下水流速度选择合适的支撑剂类型和填充比例。
3. 裂缝宽度对导流能力的影响：当裂缝宽度较大时，水流通透性和导向性较强，因此支撑剂对于裂缝内部的影响相对较小；而当裂缝宽度逐渐减小时，支撑剂填充后可以有效限制水流通透性和导向性。
支撑剂导流能力测试实验研究王朋久焦国盈张涛张国龙朱建钧刘媛媛【摘要】摘要：选用DL-2000酸蚀裂缝导流能力实验仪，以蒸馏水和氮气作为介质，以短期导流能力实验评价方法为基础，展开长期导流能力评价，并对短期导流能力和长期导流能力进行实验对比。
实验结果显示：在相同的闭合压力、支撑剂类型、铺砂浓度等实验条件下，短期导流能力优于长期导流能力；随着支撑剂粒径增大及铺砂浓度加大，导流能力也随之增强；当温度为80 ℃时，其导流能力大于常温(24 ℃)时的导流能力；与陶粒不同，石英砂粒较易破碎，其导流能力也较小；在任意闭合压力条件下，导流能力随着模拟地层压力时间的延长而逐渐下降。
【期刊名称】重庆科技学院学报（自然科学版）【年(卷),期】2016(018)002【总页数】4【关键词】水力压裂；支撑剂；导流能力；闭合压力在低渗透油气层中，水力压裂技术作为一种常用的增产技术，其目的是在井筒附近地层中形成一条高导流能力的油气渗流通道[1]。
水力压裂作业的关键在于能否形成较高的裂缝导流能力。
裂缝导流能力是指在地层条件下流体通过裂缝的能力，其值等于闭合压力下裂缝渗透率与裂缝闭合宽度的乘积[2]。
裂缝长期导流能力与支撑剂性能直接相关，导流能力越强，有效期时间越长，则水力压裂效果越好，最终获得的收益也就越大[3-4]。
为了进一步深入了解支撑剂导流能力，本次研究选用油气田常用支撑剂进行实验，以观察支撑剂在不同铺砂浓度、闭合压力、粒径及温度条件下的导流能力，并进行长期与短期导流能力对比分析。
1 导流能力测试实验原理设计液测、气测导流能力实验采用DL-2000酸蚀裂缝导流能力评价实验仪，主要由API导流室、压力系统、供液系统、测量系统和数据自动采集、处理及监测系统组成[5]。
该实验仪器主要用来模拟地层闭合压力和地层温度。
导流能力测试原理的依据是基于达西定律。
根据API标准(测压孔间距为12.7 cm，导流室宽度为3.81 cm)，对达西公式进行修正后再预测裂缝导流能力，依照SYT6302-2009《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》进行导流能力实验。
支撑剂铺砂方式对其导流能力影响研究
熊俊杰
【摘要】本文测定了在不同闭合压力下,不同支撑剂粒径、铺砂浓度、铺砂方式下的导流能力.实验结果表明:在闭合压力较低时,支撑剂粒径越大,导流能力越高,但随着闭合压力逐渐增大,粒径越大支撑剂导流能力降低较快;支撑剂铺砂浓度越高,导流能力越高;在相同的闭合压力、铺砂浓度下,不同支撑剂存在最佳铺砂方式.当闭合压力大于24.15 MPa,铺砂浓度为10 kg/m2时,铺砂方式为2∶1(20/40目∶30/50目)的导流能力最大;当闭合压力大于20.7 MPa,铺砂浓度为5 kg/m2时,铺砂方式为1∶1(20/40目∶30/50目)的导流能力最大.本文认为在进行压裂时,应针对不同的储层地质情况、储层物性选择最佳的支撑剂粒径、铺砂浓度及支撑剂组合方式,提高油气开采经济效益.
【期刊名称】《石油化工应用》
【年(卷),期】2017(036)009
【总页数】4页(P32-34,42)
【关键词】支撑剂;导流能力;铺砂方式;铺砂浓度;粒径
【作者】熊俊杰
【作者单位】中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津300452
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.12
对于低孔低渗油气储层，一般需要进行水力压裂从而形成具有一定导流能力的支撑裂缝，提高油气产量。
但由于在压裂结束后地层闭合，在闭合压力下，部分支撑剂将嵌入地层，导致有效支撑宽度降低，从而导致支撑剂导流能力降低。
同时支撑剂在闭合压力的作用下会受到破坏而产生支撑剂碎块，这些碎块会堵塞孔隙通道，进一步导致渗透率和导流能力降低[1-4]。
在影响压裂支撑剂导流能力因素中，支撑剂类型、支撑剂粒径、铺砂浓度、闭合压力等是主要因素[5-7]。
支撑剂导流实验仪器工作原理遵循达西定律[6]：
导流能力测试仪使用API标准导流室，并严格按照API程序操作，支撑剂渗透率及导流能力计算公式见式（2）、式（3）。
支撑裂缝渗透率：
支撑剂裂缝导流能力：
式中：k-支撑裂缝渗透率，mD；Q-裂缝内流量，cm3/s；μ-流体黏度，mPa·s；Δp-测试段两端的压力差，kPa；Wf-充填裂缝缝宽，cm。
支撑剂导流能力测试操作流程如下：（1）将下部岩板放入导流室；（2）适当旋紧底部固定螺丝，避免铺支撑剂时，支撑剂沉到下部；（3）按实验铺砂浓度铺置石英砂支撑剂；（4）将上部岩板放入导流室；（5）旋紧所有固定螺丝，将安装好的导流室放在液压框架的两平行板之间；（6）关闭放空阀；（7）加一定闭合压力；（8）读取导流能力数据。
该实验使用20/40目、30/50目两种不同石英砂粒径，5 kg/cm2和10 kg/cm2两种支撑剂铺砂浓度及20/40目、30/50目支撑剂不同铺砂方式进行导流能力测试。
参照SY/T 5108-2014《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》，对实验用20/40目、30/50目支撑剂综合性能进行了评价，结果（见表1）。
由表1可看出，支撑剂各项性能满足标准要求，所以采用该样品进行相关研究。
研究了20/40目、30/50目两种粒径石英砂在不同铺砂浓度、不同闭合压力下的
导流能力（见图1）。
由图1可知，初期随着闭合压力增大，支撑剂导流能力快速降低，当闭合压力增
大到20MPa左右时，导流能力降幅减缓。
闭合压力为24.14MPa、铺砂浓度为10 kg/m2时，20/40目、30/50目的导流
能力分别为80.2 D·cm和30.23 D·cm；闭合压力为24.14MPa、铺砂浓度为5
kg/m2时，20/40目、30/50目导流能力分别为8.29 D·cm、13.32 D·cm。
即支撑剂铺砂浓度越高，导流能力越高。
所以在压裂时，可适当提高砂比，提高铺砂浓度，提高支撑剂导流能力。
在闭合压力为20MPa左右，铺砂浓度为5 kg/m2时，20/40目支撑剂导流能力
急剧下降，而30/50目支撑剂导流能力下降不明显，这主要是由于在高闭合压力下，大粒径支撑剂由于接触面积小，承压能力低，所以破碎率较高，破碎后的碎屑堵塞支撑剂充填层，导致导流能力急剧下降。
所以针对闭合压力大于20MPa的地层压裂，铺砂浓度为5 kg/m2时，可考虑选用30/50目支撑剂，降低施工砂堵风险。
研究了在不同闭合压力下，20/40目、30/50目单一粒径及在 1:3、1:2、1:1、2:1、3:1（20/40 目：30/50 目）组合下，铺砂浓度分别为10 kg/m2和5 kg/m2下
的导流能力（见图 2、图 3）。
由图2可知，当铺砂浓度为10 kg/m2时，在闭合压力小于24.15MPa时，
20/40目支撑剂导流能力最高，随着闭合压力的增大，导流能力差距逐渐变小，
当闭合压力增大到24.15MPa时，组合方式为2:1的导流能力最高；继续增大闭
合压力，各种铺砂方式下的导流能力逐渐降低，同时组合方式为2:1的导流能力一直保持最大。
由图3可知，当铺砂浓度为5 kg/m2时，在闭合压力小于17.25MPa时，20/40目支撑剂导流能力比其他组合方式下的导流高，随着闭合压力的增大，导流能力差距逐渐变小，当闭合压力增大到20.7MPa时，组合方式为1:1的导流能力最大；继续增大闭合压力，各种铺砂方式下的导流能力逐渐降低，同时组合方式为1:1的导流能力一直保持最高。
同时由图2、图3可知，在低闭合压力下，支撑剂破碎率低，能够保持较高的导流能力。
当闭合压力逐渐增大时，单一粒径支撑剂之间由于接触面积小，承压能力低，更容易破碎，破碎后碎屑填充在孔隙中，导致导流能力降低较快。
而不同粒径组合下支撑剂由于接触面积大，承压能力相对更高，更不易破碎，所以导流能力更高。
同时由图2及图3可看出，对于相同支撑剂，铺砂浓度越高，导流能力越高，这
是因为铺砂浓度越高，支撑剂支撑宽度越大，所以导流能力越高。
研究了闭合压力24.15MPa、铺砂浓度为10 kg/m2下，20/40目、30/50目单
一粒径支撑剂及在2:1（20/40目、30/50目）组合下长期导流能力（见图4）。
由图4可知，在闭合压力24.15MPa下，随着时间的增加，导流能力逐渐下降，
但下降幅度很低，最后趋于稳定。
铺砂方式为2：1的导流能力一直比20/40目、30/50目单一粒径支撑剂导流能力高，这主要是因为在一定的闭合压力下，铺砂
方式为2：1的支撑剂接触面积大、承压能力高，破碎率低，所以一直能保持较高的导流能力。
（1）影响支撑剂导流能力的因素较多，主要有闭合压力、支撑剂粒径、支撑剂铺砂浓度、支撑剂铺砂方式等。
（2）在高闭合压力下，大粒径支撑剂由于接触面积小，承压能力低，所以破碎率较高，破碎后的碎屑堵塞支撑剂充填层，导致导流能力急剧下降。
同时在一定闭合压力下，铺砂浓度越高，导流能力越高。
所以在压裂时，可适当提高砂比，提高铺砂浓度，从而提高支撑剂导流能力。
（3）研究表明，当闭合压力大于24.15MPa，铺砂浓度为10 kg/m2时，铺砂方式为2:1（20/40目：30/50目）的导流能力最大；当闭合压力大于20.7MPa，
铺砂浓度为5 kg/m2时，铺砂方式为1:1（20/40目：30/50目）的导流能力最大。
所以，在压裂设计时，需要根据不同的闭合压力、铺砂浓度，选择最佳的铺砂方式。
（4）研究表明，在相同闭合压力下，随着时间的增加，导流能力下降幅度很低，最后趋于稳定。
同时在相同条件下，短期导流能力高的支撑剂，长期导流能力也高。
所以短期导流能力可为长期导流能力提供参考。
（5）本文选用的是石英砂支撑剂，对于不同的石英砂产地、性能，导流能力特征会有一定的差别，所以需要根据具体石英砂性能进行具体研究，但是本文相关研究结论可作为常用石英砂支撑剂导流能力特征的参考。
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