不同粒径组合支撑剂在裂缝中运移规律模拟

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]。

压裂裂缝内支撑剂沉降及运移规律研究现状与展望
压裂是一种常用的油气开采技术，通过注入高压液体使岩石层产生裂缝，以增加储层
的储集能力和渗透能力。

为了保持裂缝的稳定性和延长油气流出的时间，经常会添加一定
量的支撑剂到裂缝中。

随着压裂技术的不断发展，压裂裂缝内支撑剂的沉降和运移问题成
为一个关注的焦点。

压裂裂缝内支撑剂的选择及性能研究是当前的热点之一。

目前常用的支撑剂有砂岩、陶瓷颗粒等，其性能包括粒径、比重、形状等。

研究人员通过实验和数值模拟的方法，探
究不同支撑剂在裂缝中的沉降和运移规律，以及支撑剂性能对沉降和运移的影响。

针对支撑剂沉降和运移过程中的影响因素，如流体物性、地层温度和压力等，进行深
入研究。

这些因素对支撑剂的沉降和运移过程产生重要影响，了解其规律对于优化压裂
工艺和提高油气开采效率至关重要。

研究人员还关注支撑剂与裂缝壁的相互作用问题。

支撑剂在沉降和运移过程中与裂缝
壁相互作用，这会影响支撑剂的沉降速度和沉降量。

了解支撑剂与裂缝壁的相互作用对于
预测支撑剂运移的路线和沉降规律具有重要意义。

未来的研究还可以从实验和数值模拟相结合的角度进行。

通过实验可以获取支撑剂的
物理性质和运移规律，而数值模拟可以模拟不同地质条件下的支撑剂沉降和运移过程，从
而为压裂工艺的优化和油气开采效率的提高提供参考依据。

压裂裂缝内支撑剂沉降及运移规律研究现状与展望【摘要】本文旨在探讨压裂裂缝内支撑剂沉降及运移规律的研究现状与展望。

在介绍了研究背景、研究意义和研究目的。

在重点讨论了压裂裂缝内支撑剂的种类和应用、支撑剂沉降规律分析、支撑剂运移规律研究以及影响支撑剂沉降及运移的因素分析。

未来研究展望部分则探讨了对支撑剂沉降及运移规律的研究方向。

在总结了对压裂裂缝内支撑剂沉降及运移规律的研究成果，提出了未来的研究方向，并强调了研究的意义和价值。

本文的研究将有助于深入理解支撑剂在压裂过程中的行为规律，为提高油气开采效率和减少环境影响提供理论支持。

【关键词】压裂, 裂缝, 支撑剂, 沉降, 运移, 规律, 研究, 展望, 因素分析, 结论, 方向, 意义, 价值1. 引言1.1 研究背景研究背景部分主要围绕压裂裂缝内支撑剂沉降及运移规律展开讨论。

随着页岩气、致密油等非常规油气资源的开发日益增多，对于压裂技术与支撑剂的研究也变得愈发重要。

支撑剂在裂缝内的分布、沉降及运移规律直接影响着油气开采效果及资源利用率。

目前对于压裂裂缝内支撑剂沉降及运移规律的研究还相对不够深入，存在着许多未解决的问题。

深入研究压裂裂缝内支撑剂的沉降及运移规律，不仅能够为油气资源的有效开采提供科学依据，也具有重要的理论和实践意义。

本文将结合现有的研究成果，系统分析压裂裂缝内支撑剂的种类和应用、支撑剂的沉降规律、支撑剂的运移规律，探讨影响支撑剂沉降及运移的因素，并展望未来的研究方向，旨在进一步完善对压裂裂缝内支撑剂沉降及运移规律的认识，为油气勘探与开发提供有力支撑。

1.2 研究意义压裂技术是一种在油气勘探开发中广泛应用的地质工程方法，通过对地层进行高压液体射入，形成裂缝，从而增加油气流动通道，提高产量。

支撑剂作为压裂过程中不可或缺的一部分，具有支撑裂缝、防止闭合的作用，对于裂缝的有效产能起着至关重要的作用。

研究支撑剂沉降及运移规律，对于提高压裂效果、优化油气开采工艺具有重要的意义。

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。

支撑剂运移的 CFD-DEM数值模拟研究摘要：支撑剂运移是水力压裂体系中一个重要的流体-颗粒两相流问题，如何改善支撑剂在缝网中的铺置情况,是压裂改造后提高储层有效传导率的关键。

针对这一问题,结合计算流体力学-离散元(CFD-DEM)方法,对支撑剂在交叉裂缝中的运移规律进行了数值模拟研究。

关键词：支撑剂运移；CFD-DEM数值模拟；模型验证1计算流体力学和离散元法介绍1.1计算流体力学计算流体力学（CFD）是通过用有限变量值近似表示，借助高效的计算性能，描述流体运动中物理场的变化情况的现代数值模拟手段。

1.2 离散单元法原理离散元法（DEM）是一种适用于求解不连续介质力学问题的数值方法。

根据牛顿定律和单元间的相互作用，将每一个支撑剂颗粒都作为一个离散单元，通过循环迭代的方法确定和更新所有单元的位置和力。

在微观上跟踪和计算支撑剂颗粒的宏观运动规律。

1.3 CFD-DEM耦合模型图支撑剂运移过程是一个典型的多相流问题，其中支撑剂为固相，压裂液为液相，支撑剂分散在压裂液中。

为了降低成本、增加计算的精度，采用离散元法（DEM）和计算流体力学（CFD）耦合的方法模拟支撑剂在压裂液中的运移和沉降行为，得到了支撑剂在压裂裂缝中的运移规律。

EDEM作为一款成熟的离散元软件，其能够很好的计算支撑剂间以及与壁面间的相互作用，故将CFD与EDEM方法结合，并采用Euler-Euler数学模型能有效模拟支撑剂颗粒在压裂液内的运移。

2模型研究控制方程2.1 组合裂缝中支撑剂运移铺置数学模型研究携砂液在组合裂缝中的水平运移是一个复杂的流体力学问题，研究组合裂缝中各分支缝中携沙液的水平运移规律，不仅仅与支撑剂所处的流体的流动状态有关，还受到分支缝夹角等参数影响。

为了便于分析，对实际问题进行化简：首先，在砂比小于10%时可近似认为支撑剂和压裂液的流速相等，为了便于分析，本节中将携砂液流速等效为支撑剂的水平运移速度。

其次，假定携砂液在组合裂缝中的运移是定常的，且携砂液为牛顿流体。

不同粒径组合支撑剂导流能力实验研究肖勇军;郭建春;王文耀;袁灿明;陈远林【期刊名称】《断块油气田》【年(卷),期】2009(016)003【摘要】在油气田开发过程中,深井、超深井通常具有高温、高压、高闭合压力等复杂情况.在此类油井中进行水力压裂作业时,由于上述特点而面临诸多问题.高闭合压力下,大粒径支撑剂由于颗粒间接触面积小,承压能力差,破碎率高,支撑裂缝的导流能力下降快;小粒径支撑剂由于粒径小,形成的流动孔隙小,不能提供足够的裂缝导流能力.综合考虑以上因素,开展不同粒径组合支撑剂短期和长期导流能力的实验研究.实验结果表明:高闭合压力下,不同粒径支撑剂按照适当比例组合后,其抗破碎能力和导流能力较单一粒径支撑剂有显著的改善.【总页数】3页(P102-104)【作者】肖勇军;郭建春;王文耀;袁灿明;陈远林【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川,成都,610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川,成都,610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川,成都,610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川,成都,610500;西南油气田分公司采气工程研究院,四川,广汉,618300【正文语种】中文【中图分类】TE357.1+2【相关文献】1.不同粒径支撑剂组合对裂缝导流能力影响规律实验研究 [J], 金智荣;郭建春;赵金洲;王锦芳;赵志红;邝聃2.石英砂陶粒组合支撑剂导流能力实验研究 [J], 曹科学;蒋建方;郭亮;王乐;马凤;安冬梅3.复合压裂不同粒径支撑剂组合长期导流能力实验研究 [J], 王雷;张士诚;张文宗;温庆志4.不同类型支撑剂组合导流能力实验研究 [J], 王雷;张士诚;温庆志5.覆膜砂及其组合支撑剂导流能力实验研究 [J], 孟伟;焦国盈;罗雄;解修权因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

油气藏评价与开发第9卷第6期2019年12月RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT不同粒径组合支撑剂在裂缝中运移规律模拟张矿生1，张同伍1，吴顺林1，李年银2，何思源2，李骏2（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安710018；2.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都610500）摘要：研究支撑剂在裂缝中的运移规律对于指导压裂设计和压裂评价具有重要意义，目前对于支撑剂运移规律的研究主要集中在排量、支撑剂类型、压裂液黏度等问题上，而在不同支撑剂组合对于支撑剂运移规律的影响方面的研究则较少。

设计了不同支撑剂组合对支撑剂运移规律影响的实验方案，采用自主设计的可视化平行板装置进行支撑剂运移实验研究。

结果显示，粒径较小的支撑剂在裂缝中的铺置更均匀，而大粒径的支撑剂更容易在入口处沉降；不同比例的中等粒径与大粒径的支撑剂组合时，其形成的砂堤平衡高度之间差异较小，而砂堤高度的非均匀性差异却较大，此时大量支撑剂沉降在裂缝入口端，裂缝深部支撑剂充填量较小，未能形成足够长、有导流能力的有效充填裂缝；而不同比例的中等粒径与小粒径组合时，支撑剂能获得比中等粒径与大粒径的支撑剂组合更远的铺置距离，且形成的砂堤高度较为理想，不同比例之间砂堤高度的非均匀性差异也更大。

关键词：压裂；支撑剂；运移规律；粒径组合；可视化模拟中图分类号：TE357.12文献标识码：ASimulation of proppant transport in fracture with different combinations of particle size ZHANG Kuangsheng1,ZHANG Tongwu1,WU Shunlin1,LI Nianyin2,HE Siyuan2,LI Jun2（1.Oil and Gas Technology Research Institute,Changqing Oilfield Company,PetroChina,Xi’an,Shaanxi710018,China;2.Petroleum Engineering School,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan610500,China）Abstract:The study of proppant transport in fractures is of great significance for guiding fracturing design and evaluation.The current researches of proppant placement rules mainly focus on displacement,proppant type,fracturing fluid viscosity,etc. However,there are few studies on the effects of different proppant combinations on proppant transport rules.In this paper,the experimental schemes of the influence of different proppant combinations on proppant transport rules are designed.Then the self-designed visual parallel plate device is used to carry out these experiments.The results show that the distribution of the proppant with smaller particle size is more evenly in the fractures,but the proppant with larger particle size is easier to settle at the wellhead.When medium particle size and large particle size proppant are combined in different proportions,there are small differences in the equilibrium heights of the formed sand bank,but the differences between the non-uniformity of the sand bank height are large.Meanwhile,a large amount of proppant settles at the entrance end of the crack.The proppant filling amount in the deep crack is small,and the effective filling crack with sufficient length and diversion capacity is failure to be formed.When the medium and small particle sizes are combined in different proportions,the proppant can obtain a farther distance than that of the combination of medium particle size and large particle size.The height of the formed sandbank is ideal,and the difference in the non-uniformity of the height of the sand bank between different proportions is also greater.Key words:hydraulic fracturing,proppant,transport rule,particle size combination,visual simulation收稿日期：2019-05-13。

压裂裂缝内支撑剂沉降及运移规律研究现状与展望随着页岩气、致密油、煤层气等非常规油气资源的不断开发，压裂技术成为重要手段。

在压裂作业中，压裂液的注入能够形成复杂的裂缝网络，从而促进地下油气的流动和采集。

但对于裂缝的长期稳定性和效率，需要加入支撑剂进行固化，因此支撑剂的投入和运移成为影响压裂效果的关键因素之一。

然而，在储层裂缝中，支撑剂颗粒会受到水力压力、摩阻力、重力、压力梯度、粘滞力、物理和化学相互作用等多种力量的影响，导致支撑剂沉降和运移。

特别是在长周期压裂作业中，支撑剂的长期稳固性需求更高。

因此，对于支撑剂的沉降和运移规律的研究非常重要。

目前，对于支撑剂沉降和运移规律的研究主要有以下几个方面的进展和展望。

首先，目前大多数研究着重于支撑剂在垂向方向上的沉降和堵塞影响。

Xu等人通过理论推导和实验验证，研究了垂向方向上支撑剂的沉降速度和沉降度，提出了影响支撑剂沉降的主要因素。

Wu等人通过数值模拟研究了不同颗粒大小和颗粒密度条件下支撑剂的垂向沉降规律。

Hu等人通过显微镜观察和实验测定等方法，研究了压裂液流体动力学对支撑剂颗粒沉降的影响。

尽管这些研究对于支撑剂在垂向方向上的运移规律有一定的启示作用，但实际上支撑剂的运动轨迹和形态非常复杂，还需要通过更细致的研究来确定。

其次，一些研究者开始注意到了支撑剂在横向方向上的流动和迁移。

支撑剂在垂向方向上沉降的同时，经常受到地层压力和裂缝张力的作用，呈现出一定的横向流动和迁移。

而横向运移的特点具有不确定性，主要是流体作用下的微观多孔细隙介质中流体-固体相互作用的复杂性，需要进一步加深基础研究进行实验模拟和理论探讨。

Cui等人和Xu等人通过理论与试验，揭示了支撑剂在水流作用下的水力传动运输规律。

Wang等人通过数值模拟研究了支撑剂在方形裂缝中的运移规律。

因此，这些研究还需要更深入的探讨，以确定在不同地质环境下支撑剂的运移规律。

最后，目前在支撑剂沉降和运移规律研究中，常常采用模拟实验、数值模拟、理论模型等手段。

断块油气田FAULT-BLOCK OIL&GAS FIELD第28卷第2期2021年3月doi:10.6056/dkyqt202102024不同支撑剂组合对复杂裂缝支撑效果的影响张潦源叫曲占庆I吕明银&,郭天魁I刘晓强I王旭东1(1.中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛266580；2.中国石化胜利油田分公司，山东东营257000)基金项目：国家科技重大专项课题"渤海湾盆地济阳坳陷致密油开发示范工程"(2017ZX05072-004)摘要致密储层进行滑溜水压裂时，--采用不同支撑剂组67注入方式来提高压开裂@7充填效果，而目前关于复杂裂缝中支撑剂组合运移规律方面的研究较少。

文中采用大型可视化复杂裂缝颗粒运移模拟装置(考虑壁面粗糙度和滤失7影响)，研究了不同支撑剂组6在复杂裂缝中7运移规律及支撑效果，并提出了采用近井带砂堤角度和近井带未充填程度2个参数来评价支撑剂在近井带裂缝中7铺置情况。

研究结果表明：先小后大组67支撑剂对于复杂裂@7支撑效果最好，小于40/70目7支撑剂在复杂裂缝中有较好7运移能力，而20/40目支撑剂主要依靠重力作用进入分支缝而形成斜坡状砂堤；先大后小组67支撑剂既不利于近井裂缝支撑，也会影响后期小颗粒支撑剂在分支缝中7运移；混656支撑剂会形成分选，呈层叠状分布，从而限制小颗粒支撑剂7运移。

关键词致密储层；滑溜水压裂；复杂裂缝；支撑剂运移；支撑剂56中图分类号：TE357.12文献标志码：ASupport effect of different particle proppant combinations on complex fractures ZHANG Liaoyuan1,2,QU Zhanqing1,LYU Mingkun1,GUO Tiankui1,LIU Xiaoqiang1,WANG Xudong1 (l.School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao266580,China;2.Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying257000,China)Abstract：In the slickwater fracturing of tight reservoirs,combined proppant particle size injection is often used to improve the filling effect of fractures.At present,there are few studies on the transport mechanism of the different particle proppant combinations in complex fractures.In this paper,the migration of proppants in complex fractures with different combinations of proppants is compared and evaluated by a large visual complex fracture particle migration device considering fluid loss and roughness.Two parameters,near-well sand dune angle and near-well unfilled degree,are put forward to evaluate the laying of proppant in near-well fractures.The results show that the combination of first small particle and second large particle size has the best supporting effect on complex fractures.The proppant less than40/70mesh has better migration ability in complex fractures.The20/40mesh proppant mainly relies on gravity to enter the branch fracture to form a sloping sand dune.The combination of first large particle and second small particle will not achieve good support for near-well fractures,and also affect the migration of small size proppants in branch fractures in the later stage.The combination of mixed proppants will produce separation and form a cascading distribution,which limits the migration of small size proppants.Key words：tight reservoirs;slickwater fracturing;complex fracture;proppant migration;combined proppant0引言针对致密储层采用滑溜水压裂工艺，可形成较为复杂的裂缝,且储层伤害小，成本低。