循環(huán)應(yīng)力加載條件下支撐劑破碎率實(shí)驗(yàn)研究

宋時(shí)權(quán)

（中國(guó)石化勝利油田采油工藝研究院，東營(yíng) 257000）

循環(huán)應(yīng)力加載條件下支撐劑破碎率實(shí)驗(yàn)研究

宋時(shí)權(quán)

（中國(guó)石化勝利油田采油工藝研究院，東營(yíng) 257000）

運(yùn)用微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，對(duì)循環(huán)應(yīng)力加載條件下支撐劑破碎率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，考察不同支撐劑及不同應(yīng)力加載次數(shù)下支撐劑的破碎率情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：循環(huán)應(yīng)力加載對(duì)支撐劑的破碎率影響很大。隨著應(yīng)力循環(huán)加載次數(shù)的增加，破碎率上升明顯，且破碎率開(kāi)始上升較快，隨著循環(huán)次數(shù)的增加而上升緩慢。

循環(huán)應(yīng)力；支撐劑；破碎率

水力壓裂是油田的各種增產(chǎn)措施中常用的有效方法之一。水力壓裂的目的是要在井筒附近地層形成一條高導(dǎo)流能力的裂縫。裂縫在支撐劑充填層上閉合，每當(dāng)井底流壓發(fā)生變化 （如周期性關(guān)井、收縮、張開(kāi)等),作用在支撐劑充填層上的應(yīng)力也隨之變化或隨之循環(huán)，會(huì)產(chǎn)生交變應(yīng)力，支撐劑和地層物質(zhì)因交變應(yīng)力的作用而產(chǎn)生疲勞破壞,導(dǎo)致流體通道坍塌,支撐劑嵌入巖石以及破碎［1］。目前關(guān)于循環(huán)應(yīng)力加載對(duì)支撐劑破碎率的影響還未見(jiàn)報(bào)道，本文模擬在應(yīng)力循環(huán)加載的條件下，支撐劑破碎率的變化情況。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

采用SHT4305微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，模擬地層閉合壓力,測(cè)支撐劑的破碎率。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

按照SY/T 5108-2006行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行破碎率的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

（1）兩種陶粒的對(duì)比：對(duì)兩種不同的30/50目陶粒在69MPa壓力下分別進(jìn)行循環(huán)應(yīng)力加載，測(cè)試其破碎率。

（2）循環(huán)次數(shù)的對(duì)比：對(duì)陶粒分別進(jìn)行1次應(yīng)力加載、3次應(yīng)力加載、10次應(yīng)力加載下的破碎率測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 兩種陶粒的對(duì)比

（1）陶粒1的破碎率實(shí)驗(yàn)

應(yīng)力循環(huán)對(duì)陶粒1破碎率的影響如圖1所示。

圖1 應(yīng)力循環(huán)對(duì)陶粒1破碎率的影響

隨著應(yīng)力循環(huán)加載次數(shù)的增加，破碎率上升明顯。破碎率為從開(kāi)始的4%上升到5.2%，增加了30%。

（2）陶粒2的破碎率實(shí)驗(yàn)

應(yīng)力循環(huán)對(duì)陶粒2破碎率的影響如圖2所示。

圖2 應(yīng)力循環(huán)對(duì)陶粒2破碎率的影響

隨著應(yīng)力循環(huán)加載次數(shù)的增加，破碎率明顯上升。破碎率從開(kāi)始的4.5%上升到6%，增加了33.3%。

陶粒1和陶粒2在循環(huán)應(yīng)力加載情況下破碎率表現(xiàn)的趨勢(shì)是一致的，只是幅度不一樣，這與支撐劑本身物理性能有關(guān)。

2.2 循環(huán)次數(shù)的對(duì)比

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)對(duì)陶粒破碎率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)對(duì)陶粒破碎率的影響

隨著應(yīng)力循環(huán)加載次數(shù)的增加，陶粒1和陶粒2的破碎率都上升明顯。陶粒1從1次加載到3次加載時(shí)破碎率增加30%，從3次加載到10次加載破碎率增加了15%，陶粒2從1次加載到3次加載時(shí)破碎率增加了33.3%，從3次加載到10次加載時(shí)破碎率增加了13.3%。由此可見(jiàn)破碎率開(kāi)始上升較快，隨著循環(huán)次數(shù)的增加上升緩慢。

3 結(jié) 論

（1）循環(huán)應(yīng)力加載對(duì)支撐劑的破碎率產(chǎn)生很大的影響。隨著應(yīng)力循環(huán)加載次數(shù)的增加，破碎率上升明顯。且破碎率開(kāi)始上升較快，隨著循環(huán)次數(shù)的增加上升緩慢。

（2）不同支撐劑在循環(huán)應(yīng)力加載情況下破碎率表現(xiàn)的趨勢(shì)是一致的，只是幅度不一樣，這與支撐劑本身物理性能有關(guān)。

（3）壓裂施工設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)裂縫導(dǎo)流能力時(shí)應(yīng)考慮循環(huán)應(yīng)力加載因素對(duì)陶粒破碎率的影響。

[1]溫慶志.影響支撐劑長(zhǎng)期導(dǎo)流能力的因素分析與探討[J].內(nèi)蒙古石油化工，2003,29(3):101-104.

Study of the Breakage of Proppant Under Cyclic Stress Loading

SONG Shiquan
(Oil Production Institute of Shengli Oilfiled,SINOPEC,Dongying 257000）

Using computer controlled electro-hydraulic servo universal testing machine,under the conditions of cyclic stress loading rate,this paper studies proppant crushing experimental,and effects of different number of support agents and under different stress loading rate of proppant crushing situation.The results show that cyclic stress loading on the breaking rate of proppant has a huge impact.With the increase in the number of cyclic loading stress,fragmentation rate increased significantly.And the fragmentation rate begins to rise rapidly,with the increase in the number of cycles increased slowly.

cyclic stress；proppant；breakage

TE357

A

1673-1980（2012）01-0085-02

2011-08-21

宋時(shí)權(quán)（1985-），男，湖北嘉魚(yú)人，助理工程師，研究方向?yàn)橛蜌庠霎a(chǎn)及檢測(cè)。