多因素影响下的页岩支撑裂缝导流能力计算.pdf

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1、石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年8月第36卷第8期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Aug．2014Vo1．36No．8·129·多因素影响下的页岩支撑裂缝导流能力计算朱怡晖(中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249)贾长贵，蒋廷学(中国石化石油工程技术研究院，北京100101)[摘要]针对页岩储层进行了大量导流试验，通过分析得到了支撑剂种类、粒径、闭合压力和铺砂浓度对页岩支撑裂缝导流能力的影响规律。同时，还研究了时间对于页岩支撑裂缝导流能力的影响。在综合考虑多种影响因素基础上，结合大量试验数据进行拟合得

2、到计算页岩导流能力的多元回归函数式，对压裂方案设计优化和现场施工具有一定理论指导意义。[关键词]页岩；支撑裂缝；导流能力；影响因素；数值计算[中图分类号]TE357．12[文献标志码]A[文章编号]i000—9752(2014}08—0129一o4水力压裂技术作为提高单井产量的基本工程手段广泛应用于各类油藏，目的在于在井筒附近地层形成一条供油气流动的高导流能力通道。压裂中大量使用支撑剂，使裂缝在压裂施工后仍能保持张开状态。支撑剂的使用对一次成功的水力压裂施工来说是十分重要的，决定了油气井生产过程中的导流能力n]。影响支撑裂缝导流能力的因素有很多，笔者针对四川某地

3、区页岩储层，重点研究支撑剂种类、粒径、闭合压力、铺砂浓度和时间对支撑裂缝导流能力的影响[2]，并得到多因素影响下的导流能力综合计算方法，从而为页岩区块支撑剂的选择提供优化参考。1试验设备及原理试验使用FCES-100型裂缝导流仪，试验过程严格遵循API标准。试验用页岩岩板代替金属板，长度17．7cm，宽度3．8cm，厚度1～2cm，端部呈半圆形，用来模拟裂缝嘲。试验原理是根据达西定律来测定支撑剂的导流能力，达西定律公式为：K—IO-ZQuL(1)AAp式中：K为岩心渗透率，D；Q为流量，cm／s；为流体黏度，mPa·s；L为测压孔之间的长度，cm；A为流通面积，

4、cm。；Ap为压差，kPa。2试验方案及结果分析试验采用取自四川某地区的页岩岩心样品，X射线衍射矿物成分测试结果显示：石英质量分数为39．0～56．0，长石质量分数为5．0％～14．0，碳酸盐质量分数为4．0～20，黏土矿物(伊一蒙混层、伊利石、高岭石和绿泥石)质量分数为14．0～42．7。’页岩力学试验结果显示，所用页岩样品弹性模量平均为10．3GPa，与北美主要页岩区块相比，弹性模量偏低。试验重点从支撑剂类型、粒径、铺砂浓度、闭合压力等因素对页岩支撑裂缝导流能力的影响来进行研究。选择常用的陶粒、石英砂和覆膜石英砂3种支撑剂，闭合应力选取了5、10、20、30

5、、40、50、60、70MPa等8个压力点。[收稿日期]2014～03—22[作者简介]朱怡晖(1990一)，男，2012年中国石油大学(北京)毕业，硕士生，现主要从事油藏增产机制及优化设计方法的研究。石油天然气工程2014年8月2．1不同类型支撑剂对页岩导流能力的影响表∞1不同∞类∞型支们撑剂∞对{页寻岩m导流0能力影响的试验方案试验方案如表1所示。铺砂浓度为5kg／m时，使用40~70目支撑剂的试验结果如图1所示，可以看出在相同的试验条件下，随着闭合压力的增大，3种支撑剂对应的导流能力都呈下降趋势。这是由于闭合压力的增加会使支撑剂嵌入岩板，当超过支撑剂强度时

6、还会产生破碎，导致导流能力降低。使用3O～50目支撑剂的试验结果与之类似。当铺砂浓度为2．5kg／m时，使用40～70目支撑剂试验结果如图2所示，支撑剂对应导流能力同样呈下降趋势，但闭合压力高于35MPa时，陶粒的导流能力比覆膜石英砂的导流能力低，可能是因为铺砂浓度越低，缝宽越小，而陶粒的强度更大，嵌入更严重。40~70目陶粒■／冒百们∞＼坫m4o～570目0陶粒●＼／40～7o弓覆膜石英砂＼／／o~。目覆膜石英砂——／斌／爆箍曲爝＼／，'m一40～70自石英砂!ll==、-10203040506070闭合压力／MP闭合压力／MPa图1铺砂浓度5kg／m时40~

7、70目不同类型图2铺砂浓度2．5kg／m时40~70目不同类型支撑剂导流能力对比支撑剂导流能力对比2．2不同粒径支撑剂对页岩导流能力的影响试验方案如表2所示，使用陶粒的试验结果如图3所示，石英砂与覆膜石英砂的试验结果与之类似，这3种不同类型的支撑剂在闭合压力较低的情况下，使用不同粒径下的导流能力有明显差别，粒径越大，导流能力越高。表2不同粒径支撑剂对页岩导流能力影响的试验方案目?、三}＼怒爆曲闭合压力／ⅥPa图3陶粒不同粒径下的导流能力对比第36卷第8期朱怡晖等：多因素影响下的页岩支撑裂缝导流能力计算而当闭合压力增大到一定值后，不同粒径下的导流能力差别变小。这是

8、由于闭合压力较低时，支撑