熊俊杰　周际永　郭大立　柯西军

(1. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司， 天津 300452;2. 西南石油大学理学院， 成都 610500)



支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响

熊俊杰1周际永1郭大立2柯西军2

(1. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司， 天津 300452;2. 西南石油大学理学院， 成都 610500)

摘要：采用自行研制的国家发明专利测试仪器，对地层煤板进行了支撑剂嵌入实验研究。考察了在不同支撑剂类型、不同支撑剂粒径、不同铺砂浓度、不同闭合压力下支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响。实验结果表明：随着闭合压力增大，石英砂的导流能力快速降低；铺砂浓度越大，支撑剂充填层抗压能力与抗破碎能力越强，裂缝导流能力越高。

关键词：煤板； 支撑剂嵌入； 导流能力； 铺砂浓度

在煤层气开发过程中，需对煤层进行压裂，形成高导流能力的支撑裂缝。裂缝导流能力越好，对煤层气开发越有利。在闭合压力下，支撑剂会出现不同程度的嵌入现象。如果支撑剂嵌入裂缝缝壁，有效缝宽将有所减小，导流能力下降，同时煤岩在压力作用下会受到破坏而产生碎屑，碎屑堵塞孔隙通道，从而导致渗透率和导流能力降低[1-4]。此外，支撑剂类型、粒径、铺砂浓度以及闭合压力等都对导流能力有影响[5]。

1实验原理

支撑剂嵌入实验仪器工作原理遵循达西定律[6]：

(1)

式中：k—— 支撑裂缝渗透率，10-3μm2；

Q—— 裂缝内流量，cm3s；

μ—— 流体黏度，mPa·s；

L—— 测试段长度，cm；

A—— 支撑裂缝截面积，cm2；

Δp—— 测试段两端的压力差，kPa。

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可以进一步表达为支撑剂裂缝的渗透率和导流能力。

支撑裂缝渗透率：

(2)

支撑剂裂缝导流能力：

(3)

式中：Wf为充填裂缝缝宽，cm。

2实验流程

利用API标准导流室并结合自行研制的国家发明专利测试仪器，对兰州安宁堡石英砂和宁夏青铜峡石英砂分别进行了支撑剂嵌入煤岩实验。

支撑剂嵌入实验具体操作流程如下：(1)将下部煤岩板放入导流室；(2)适当旋紧底部固定螺丝，不需要支撑剂时，将支撑剂沉到下部；(3)按实验铺砂浓度铺置兰州石英砂支撑剂；(4)将上部煤岩板放入导流室；(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)安装位移计；(8)加闭合压力至20 MPa；(9)当位移计读数不再变化时，停止加压。

3实验结果及分析

兰州安宁堡石英砂和宁夏青铜峡石英砂导流能力随闭合压力的变化曲线见图1、图2，不同支撑剂类型随闭合压力的变化曲线见图3，分析结果如下：

(1)闭合压力。随闭合压力增大，石英砂的导流能力快速降低。当闭合压力增大到24.15 MPa之后，导流能力递减变缓，但此时其值已较小。铺砂浓度为10 kgm2时，导流能力维持在30×10-14m3以上，可提供较高的导流能力；铺砂浓度为5 kgm2时，导流能力仅10×10-14m3左右。图1表明石英砂抗压强度较低，仅适用于中浅层储层，且需要采用高铺砂浓度，才能满足油气渗流对支撑裂缝导流能力的要求(图1、图2)。

图1　兰州安宁堡石英砂导流能力随闭合压力变化曲线

图2　宁夏青铜峡石英砂导流能力随闭合压力变化曲线

图3　不同类型支撑剂的导流能力随闭合压力的变化趋势

4结语

(1)支撑剂嵌入是导致裂缝导流能力降低的一个重要因素，此外支撑剂类型、粒径、铺砂浓度以及闭合压力等对导流能力的影响均较明显。

(2)室内实验表明，随着闭合压力增大，石英砂的导流能力快速降低，当闭合压力增大到24.15 MPa之后，导流能力降幅减缓，但此时导流能力已较小。

(3)铺砂浓度越大，支撑剂充填层抗压能力与抗破碎能力越强，可维持导流能力在较高水平。因此，为了获得较高的导流能力，可在施工条件许可的范围内，适当增加支撑剂的铺砂浓度。

(4)在较高的铺砂浓度下，承压支撑剂增多，有利于降低大粒径支撑剂的破碎率，增大裂缝导流能力。

参考文献

[1] 卢聪，郭建春，王文耀，等.支撑剂嵌入及对裂缝导流能力损害的实验[J].天然气工业,2008,28(2):99-101.

[2] 刘岩，张遂安，石惠宁，等.支撑剂嵌入不同坚固性煤岩导流能力实验研究[J].石油钻采工艺,2013,35(2):75-78.

[3] 郭天魁，张士诚.影响支撑剂嵌入的因素研究[J].断块油气田，2011，18(4)：527-529.

[4] 郭建春，卢聪，赵金洲，等.支撑剂嵌入程度的实验研究[J].煤炭学报，2008，33(6):661-664.

[5] 孙海成，胥云，蒋建方，等.支撑剂嵌入对水力压裂裂缝导流能力的影响[J].油气井测试，2009,18(3):8-10.

[6] 温庆志，张士诚，王雷，等.支撑剂嵌入对裂缝长期导流能力的影响研究[J].天然气工业,2005,25(5):65-68.

The Influence of Proppant Embedment on the Diversion Capacity of Fracture

XIONGJunjie1ZHOUJiyong1GUODali2KEXijun2

(1. Engineering Technology Branch, Energy Development Limited of CNOOC, Tianjin 300452, China;2.College of science, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)

Abstract:In this paper, an experimental study about proppant embedment for the stratum coal board has been done by using a self-developed new test instrument which gains China national invention patent. The experiment has investigated the influence on fracture conductivity under some different factors which include the type of proppant, particle size of proppant, concentration of sanding and closure pressure. It is found that the quartz sand diversion capacity quickly reduces with increasing closure pressure. And at the same time as the sanding concentration increasing, the proppant pack compressive ability and the ability to resist breaking become stronger; the fracture diverting capacity becomes higher.

Key words:coal board; proppant embedment; diversion capacity; sanding concentration

收稿日期：2015-10-19

基金项目：国家科技重大专项示范工程“中阶煤储层压前决策、压裂液、压裂数值模拟和评估技术研究”(2011ZX05062-008)

作者简介：熊俊杰(1985 — )，男，江西上高人，工程师，研究方向为油气田压裂酸化工艺。

中图分类号：TE357

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2016)03-0060-03