非牛顿压裂液中支撑剂聚集沉降规律实验研究.pdf

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1、第13卷第34期2013年12月科学技术与工程Vol-13No．34Dec．20131671—1815(2013)34—10142—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2013Sci．Tech．Engrg．非牛顿压裂液中支撑剂聚集沉降规律实验研究张潦源翟恒立卢娜娜李爱山张子麟(中石化胜利分公司采油工艺研究院；中石化胜利石油工程井下作业公司，东营257000)摘要水力压裂中常用的交联冻胶压裂液属于非牛顿流体。针对支撑剂在非牛顿流体中是如何沉降的问题，利用垂直裂缝物理模型，

2、分别采用不同液体、流速、支撑剂密度及砂浓度进行实验，研究支撑剂在流动的交联压裂液中颗粒沉降的规律。结果表明，在非牛顿流体中，液体流动越慢，支撑剂密度越大，砂比越高，颗粒的聚集沉降现象越明显。在现场施工中应该采取一定措施来减弱支撑剂颗粒聚集沉降的影响。关键词水力压裂压裂液非牛顿聚集沉降规律中图法分类号TE357．12；文献标志码A水力压裂技术是开发低渗透油气藏的重要技速度。Dunand和Soucemarianadin采用黏度测量术手段，其目的是采用具有一定黏度的压裂液将支法来研究静止HPG(羟丙基胍胶)

3、中单颗粒的沉降撑剂携带进地层，在地层内形成具有较高导流能力和悬浮，研究表明，液体的黏度对单颗粒的影响可的填砂裂缝。支撑剂在裂缝的铺置状态对压裂增以用Ellis模型来表征，理论计算与实验结果较一产的效果有着重要的影响。支撑剂颗粒在压裂液致；采用射线衰减测量的方法研究高砂比压裂液中的沉降规律，决定了施工后填砂裂缝的支撑缝高中支撑剂的沉降，研究表明，颗粒聚集作用的存在，(有效缝高)及支撑缝长(有效缝长)。因此，支撑剂使颗粒沉降速度显著提高。Clark等人J、Y．Liu和M．M．Sharmal颗粒在压裂液中的

4、沉降速度是压裂设计的基础和、WilliamD．Wood等人采用垂直关键。裂缝模型模拟裂缝内支撑剂的沉降，结论是支撑剂目前，对牛顿液体中的单颗粒的自由沉降及多的结块或聚集使颗粒沉降速度增大，液体停止流动颗粒的干扰沉降规律研究较多且较成熟，有相应的时，现有的支撑剂簇互相凝聚成更大的簇，加快了计算方法]。对于非牛顿流体中颗粒的沉降规律沉降速度。也有一定研究，但多基于静止液体中，对流动的非在国外研究的基础上，采用大尺寸垂直裂缝物理模型，研究了不同液体类型、液体流速、支撑剂密牛顿液体中颗粒的沉降及运移规律研究较

5、少。国度及砂浓度的条件下，支撑剂在流动的液体中的聚外的一些学者，如，Novotny、Kirkby和Rockefel-ler_3J、D．E．McMechan和S．N．Shahl4采用静态沉降集沉降规律。以对聚集沉降发生的条件进行定量的分析。实验来研究静止混砂液中支撑剂的沉降行为，研究表明，在特定的支撑剂浓度下均发生了支撑剂聚集1实验装置及流程沉降的现象，导致平均沉降速度大于单颗粒的沉降1．1实验装置2013年6月28Et收到国家重大专项(2011ZX05051)资助为研究支撑剂在非牛顿流体中的沉降规律，

6、设第一作者简介：张潦源(198O一)，男，工程师，硕士研究生，2006年毕计了如图1所示实验装置，其原理是将两块透明的业于中国石油大学(华东)油气田开发工程专业，研究方向：压裂酸有机玻璃板保持一定间隔平行放置，保持上下密化。E—mail：764325656@qq．corn。封。模型长4m，高1m，缝宽为7mm。实验时，在34期张潦源，等：非牛顿压裂液中支撑剂聚集沉降规律实验研究混砂容器内把压裂液与支撑剂混合搅拌均匀，在泵(5)支撑剂全部沉积于平行板模型后，实验结的作用下，混砂液流经裂缝物理模型。在不同

7、的实束，清洗仪器。验条件作用下，支撑剂颗粒表现出不同的沉降规2多颗粒聚集沉降现象律。采用高速摄像机，对颗粒的沉降及运移速度进行记录。聚集是指悬浮于液体中的细颗粒凝聚成絮团状集合体的现象。发生聚集后，液体中悬浮微粒集聚变大或形成絮团，从而加快粒子的沉降速度。这种作用与干扰沉降作用相反。干扰沉降为悬浮液罐中颗粒沉降时，与器壁或颗粒问存在干扰现象，颗图1裂缝物理模型原理图粒的浓度越高，干扰越大。干扰沉降时，其阻力系1．2实验方法数比自由沉降时大，颗粒的沉降速度降低¨。本模型是对地层裂缝内颗粒沉降规律的模拟，

8、从压裂液的流变性来分，压裂液可分为牛顿液因此模型内液体流速应与地层裂缝内流体流速相体和非牛顿液体。目前常用牛顿压裂液主要包括：同，根据施工排量、裂缝高度及宽度折算出裂缝内滑溜水及低黏度线性胶等；非牛顿压裂液包括：交流体的流速，即为实验流速。联冻胶压裂液、VES清洁压裂液、泡沫压裂液及纤1．2．1压裂液黏度的确定维基压裂液等。压裂液的黏度受温度影响较大，实验装置只能通过不同类型液体中支撑剂的沉降实验来验在室温下进行，若模拟地层内支撑剂的铺置规律，证聚集现象