支撐劑長期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)研究

汪宏博，張 震

（中國石油長慶油田分公司第八采油廠，陜西西安 718600）

長慶油田屬于典型的低滲透油藏，必須通過壓裂才能取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，水力壓裂的目的就是要在井筒附近地層形成一條高導(dǎo)流能力的滲流通道供油氣滲流，能否形成較高的裂縫導(dǎo)流能力是水力壓裂作業(yè)的關(guān)鍵[1]。支撐劑的性能將直接影響裂縫的長期導(dǎo)流能力，進(jìn)而直接影響壓裂的效果。影響支撐劑性能的因素很多，其中最重要的是支撐劑的類型、支撐劑的粒徑以及組合。

支撐劑短期導(dǎo)流能力是一種重要的研究支撐劑的途徑，但是在實(shí)際的壓裂作業(yè)中，裂縫的導(dǎo)流能力會隨著時(shí)間逐漸降低，所以短期導(dǎo)流能力不能準(zhǔn)確地反映出支撐劑實(shí)際的性能。本文在前人研究支撐劑導(dǎo)流能力的基礎(chǔ)上[1-3],通過延長實(shí)驗(yàn)時(shí)間研究不同的支撐劑長期的導(dǎo)流能力。支撐劑長期導(dǎo)流能力可以反映出不同的支撐劑組合導(dǎo)流能力隨時(shí)間變化的趨勢，支撐劑長期導(dǎo)流能力與支撐劑短期導(dǎo)流能力相比更能反映每一種支撐劑的性能，研究結(jié)果對油田的施工設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)使用FCES-100 型裂縫導(dǎo)流儀，依據(jù)（SY/T6302-2007）壓裂支撐劑充填層短期導(dǎo)流能力評價(jià)的方法[4]組裝實(shí)驗(yàn)，將測試時(shí)間延長至5 d，每隔24 h 測試一次支撐裂縫的導(dǎo)流能力，研究不同的支撐劑導(dǎo)流能力隨時(shí)間變化的趨勢。實(shí)驗(yàn)所采用的支撐劑主要有10/20 目的石英砂、10/20 目的樹脂砂、10/20 目的陶粒、20/40 目的陶粒、40/60 目的陶粒。實(shí)驗(yàn)過程中保持相同的鋪砂濃度（10 kg/m3），實(shí)驗(yàn)方案（見表1～表3）。實(shí)驗(yàn)原理遵循達(dá)西定律，把導(dǎo)流室相關(guān)尺寸代入到達(dá)西公式，可以得到支撐劑滲透率及導(dǎo)流能力計(jì)算公式[4]。

表1 不同支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)方案

表2 單一支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)方案

表3 不同支撐劑組合實(shí)驗(yàn)方案

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1 不同類型支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2 單一支撐劑不同粒徑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 支撐劑類型實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選擇鋪砂濃度為10 kg/m3，使用目數(shù)為10/20 目的不同類型支撐劑（陶粒、石英砂和樹脂砂）開展實(shí)驗(yàn)，研究支撐劑類型對裂縫導(dǎo)流能力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖1）。

如圖1 所示，隨著時(shí)間的增加，三種不同類型支撐劑的長期導(dǎo)流能力逐漸下降。這是由于支撐劑在閉合壓力的作用下會發(fā)生一定程度的破碎，而且支撐劑的破碎率會隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加而增加。而且在相同條件下，陶粒的導(dǎo)流能力最大、石英砂的導(dǎo)流能力最小。這是由于陶粒與石英砂相比具有較高的抗壓強(qiáng)度，所以石英砂在實(shí)驗(yàn)初期就會有很大一部分發(fā)生破碎，破碎的石英砂會堵塞一部分支撐孔隙，這使石英砂的導(dǎo)流能力非常低。而樹脂砂由于存在一層樹脂外殼，極大的降低了支撐劑的破碎率，所以樹脂砂的長期導(dǎo)流能力要好于石英砂的導(dǎo)流能力。

2.2 單一支撐劑不同粒徑實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選擇鋪砂濃度為10 kg/m3，使用10/20 目數(shù)陶粒、20/40 目數(shù)陶粒、40/60 目數(shù)陶粒進(jìn)行單一粒徑影響實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2）。

分析可知，三種不同目數(shù)的支撐劑導(dǎo)流能力差別很大，粒徑越大的支撐劑導(dǎo)流能力越高，三條曲線從上到下分別是10/20 目支撐劑，20/40 目支撐劑，40/60目支撐劑。隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加各種支撐劑的導(dǎo)流能力的差距也逐漸減小，10/20 目支撐劑，20/40 目支撐劑，40/60 目支撐劑實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)導(dǎo)流能力下降率分別為34.2 %、24.3 %、16.4 %。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是：實(shí)驗(yàn)初期，支撐劑破碎率較低，比較完整。因此，大粒徑的支撐劑其孔隙也比較大，流體通過比較容易，所以導(dǎo)流能力相應(yīng)的比粒徑小的支撐劑要高。而隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加，支撐劑的逐漸破碎，孔隙被支撐劑的碎屑填充，大顆粒支撐劑的優(yōu)勢逐漸消失；同時(shí)由于大顆粒支撐劑的接觸面積小于小顆粒支撐劑的接觸面積，所以大顆粒支撐劑承壓能力較弱、破碎率較高。這就導(dǎo)致了大粒徑支撐劑和小粒徑支撐劑導(dǎo)流能力的差距逐漸縮小、大顆粒支撐劑長期導(dǎo)流能力下降幅度較大。

2.3 不同比例支撐劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果

基于單一支撐劑長期導(dǎo)流能力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)大顆粒支撐劑具有導(dǎo)流能力高、破碎率高的特點(diǎn)；小顆粒支撐劑具有導(dǎo)流能力低、破碎率低的特點(diǎn)。為了使得人工裂縫具有較高的導(dǎo)流能力和較低的破碎率的現(xiàn)場需求，就需要對不同粒徑的支撐劑進(jìn)行復(fù)配，研究不同比例支撐劑的長期導(dǎo)流能力。選擇10/20 目數(shù)陶粒、20/40 目數(shù)陶粒、40/60 目數(shù)陶粒按不同比例（1∶1∶1、1∶2∶1、1∶3∶1）組合開展實(shí)驗(yàn)，考察不同比例支撐劑對裂縫長期導(dǎo)流能力的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖3）。

如圖3 所示，三條曲線由下到上分別是10/20 目、20/40 目和40/60 目的陶粒以1:1:1、1:2:1、1:3:1 的比例混合后所測的導(dǎo)流能力。發(fā)現(xiàn)三種不同比例的支撐劑組合當(dāng)中，支撐劑長期導(dǎo)流能力隨中間組分所占比例的增加導(dǎo)流能力逐漸增大。隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加，10/20 目、20/40 目和40/60 目的陶粒以1:1:1、1:2:1、1:3:1的比例混合后導(dǎo)流能力下降幅度分別為28.1 %、27.0 %、23.7 %，這說明當(dāng)三種不同粒徑的支撐劑比例達(dá)到1:3:1 時(shí)，支撐劑不但具有最高的導(dǎo)流能力，同時(shí)還具有最好的防破裂能力。而且在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)三種不同粒徑支撐劑比例為1:3:1 復(fù)配支撐劑的導(dǎo)流能力為43.5 μm2·cm，高于使用10/20 目支撐劑的導(dǎo)流能力（41 μm2·cm），所以使用復(fù)配支撐劑可以提高裂縫后期的導(dǎo)流能力。所以在實(shí)際的壓裂作業(yè)中，推薦使用10/20 目、20/40 目、40/60 目比例為1:3:1 的復(fù)配支撐劑。

3 結(jié)論

（1）在支撐劑粒徑相同的條件下，支撐劑導(dǎo)流能力大小由大到小排列順序?yàn)樘樟＃緲渲埃臼⑸啊?/p>

圖3 不同比例支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（2）在支撐劑種類相同的條件下，支撐劑導(dǎo)流能力和破碎率會隨著顆粒直徑的增加而增加，支撐劑導(dǎo)流能力隨時(shí)間的下降的幅度會隨著顆粒直徑的增加而減小。

（3）使用10 目/20 目、20 目/40 目、40 目/60 目以1:3:1 復(fù)配出支撐劑與其他兩種復(fù)配支撐劑相比具有很好的導(dǎo)流能力，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)該復(fù)配支撐劑與10 目/20 目陶粒支撐劑相比具有更好的導(dǎo)流能力。