文摘

在近一百年的建筑、地下储气库已成为主要的天然气储存和监管意味着世界上达到顶峰。储气库的大型生产和高流量的气井实际生产过程中会导致支撑剂回流的填写支持骨折,将气田生产带来巨大伤害。在这篇文章中,当支撑剂骨折达到一个稳定状态的过程中注气和生产,支撑剂颗粒的压力进行了分析,计算支撑剂回流的临界速度,然后建立了关键生产模型;支撑剂迁移期间计算渗透率变化,然后计算流体速度和产量,并确定注入和生产井的流体速度范围的天然气存储。速度和流模型的参数敏感性进行了分析。结果表明,随着闭合应力的增加,临界气体流量和临界气体支撑剂回流的速度逐渐增加,和支撑剂充填层更稳定。填充层的厚度和宽度越小,越重要的气体流量和临界气体支撑剂回流速度,更稳定的支撑剂充填层,较小的回流的机会。饱和度越高,临界气速越低,越容易支撑剂回流。具有重要指导意义实现气井生产的优化和维护高效的生产效率。

1。介绍

注气和生产过程中气体的存储、储层压力急剧变化迅速,和支撑剂处于稳定状态卷进入井筒,导致粒子的迁移导致储层和砂生产。在储气库注采井的生产经验表明,出砂不仅会造成永久性损害储层也导致侵蚀损伤油管。由于缺乏数据支撑剂迁移和回流储气库,国内外不少学者研究了在气井出砂生产和在压裂支撑剂回流,可以为我们的研究提供一些想法和灵感。

早在1970年,霍尔提出的概念“砂拱”松砂的问题(1]。基于这一理论,Bratli,弥尔顿泰勒Gidley,可是,凯伦,罗梅罗,Feraud [2- - - - - -6)认为,支撑剂颗粒也会形成半球形“拱的支持,”和支撑剂沉降会形成在包装区。稳定的早期阶段的结构导致形成不规则的小通道顶部和内部裂纹。随着裂缝的流体速度增加,包外的自由谷物继续侵蚀砂体,直到出现回流。砂拱的不稳定和支撑剂颗粒的侵蚀是通过实验研究,观察和临界流率决定。哈维尔,Tooseh [7,8建立了一个理论模型。当流量不断增加,直到达到某一点,支撑剂颗粒不再保持静止,但“使流体化”作用下的流体流或水分。在低渗透天然气存储含水层作为对象,实验gas-water-rock交互和储气能力影响因素。当储层的原始条件(pH值、温度、压力等)保持不变,水库处于稳定的状态。然而,当储层流体的pH值变化或流速太快,其稳定状态遭到破坏,很容易造成酸敏感性和粒子迁移在水库9- - - - - -13]。

国内方面。李等人。14- - - - - -17)的支撑剂进行了力学分析气井生产和派生的最新井筒临界5公式符合气井的实际情况。一个新的断裂出砂的临界产量公式推导出了支撑剂应力分析。假设支撑剂压裂裂缝积累,临界出砂之间的关系和井底流压时气井断裂损坏。基于稳定支撑剂拱之间的相似性和力平衡原理和砂拱,Fu和刘18,19)系统地研究了支撑剂回流的机制压裂气井生产过程中,建立了支撑剂回流力学数学模型,并写了一个软件预测气井生产期间支撑剂回流。金等。20.,21)不同粒径的支撑剂组合使用来填补骨折维持骨折电导率高。运动的数学模型的特点在骨折支撑剂压裂液返排压裂后建立了模拟压裂液的返排过程和支撑剂在裂缝支撑剂不同粒径大小的总和。康(22)进行了实验模拟的粒子迁移引起的储气库井注气压力快速变化,揭示粒子迁移的机制引起的动态变化在储气库井注气压力。

随着流量的增加,阻力增加。流量达到一定值时,支撑剂不再保持机械平衡状态,进行和感动的液体,导致气井中的支撑剂回流。在本文中,支撑剂在人工骨折的受力分析进行注入和生产条件下,支撑剂回流的预测模型在高强度下注入和生产条件,建立了确定临界流速,建立关键生产模型,支撑剂的稳定骨折进行了优化和改进。

2。临界条件没有滚动支撑剂的注入

国内外多数学者专注于研究和分析在压裂支撑剂回流,但很少有研究支撑剂回流引起的气体流动在高速气体存储。一方面,当气体注入和产生的气体存储、高速流动的天然气储气库使支撑剂,这是在一个稳定的状态,并进行井筒滚。交替变化的孔隙压力导致有效应力发生变化,导致粒子迁移在水库,导致砂生产。本文分析了支撑剂颗粒的迁移造成的气流在储气注入和生产,提供参考价值为储气库天然气生产效率的提高。

模型假设如下:(1)支持缝垂直缝,缝的高度和宽度是不变的。(2)骨折是气液两相流线性流。(3)支撑剂颗粒大小均匀,粒子在点接触,不管变形的支撑剂。(4)与其他参数相比,重力支撑剂回流的影响较小,本文不考虑重力参数。

支撑剂主要是支持pressure-opened骨折,阻止它关闭,为注气和恢复提供。在储气库的建设使用贫天然气井,当支撑剂骨折达到稳定状态在注气之前,支撑剂的受力分析如图1。

一方面,随着气体流动形成的断裂,断裂形成压力梯度,这压力梯度产生的阻力支撑剂支撑裂缝的方向气体流。另一方面,在压裂过程中,残余压裂液、地层水,和形成本身附在表面的液膜的支撑剂颗粒液滴产生毛细流动阻力的天然气在骨折,和固体颗粒上的毛细力反应,成为支撑剂回流的力量。

因此,支撑剂回流的临界条件 在哪里的阻力是气体,相当于毛细力的力量,然后呢静摩擦力的强度。

2.1。支撑剂颗粒的受力分析

(1)气体的阻力 在哪里支撑剂的直径,米。(2)静摩擦力的力量是 在哪里是静态摩擦力,静摩擦系数,是关闭压力。(3)等价的毛细力力量是

压裂气井生产过程中,应力状态的变化,推导出有效应力原理(23,24]本文提供一个参考。当流体突破毛细力,支撑剂颗粒是由力量和拖曳力与流的方向一致,从行动和反应力。这个力称为等价的毛细力。

2.2。临界速度的支撑剂不能运输

从之前的分析,表达的机械条件(1)必须满足支撑剂回流。支撑剂回流的临界条件

代入方程(2),(3)和(4)(5)获得

根据天然气的非达西流模型,

其中, K是渗透率,孔隙度,天然气偏差系数,无因次,R是无量纲普拉特气体常数,形成温度, ; 在形成天然气的粘度, ; 是空气密度, , 天然气的相对密度、无量纲井底流动压力, , 是绝对的裂缝渗透率, , 是惯性阻力系数, ,和是气体速度, 。负号表明方向的流体速度与压力梯度的方向相反。

用(7在方程()6),一个二次方程对气体速度的一个变量得到:

使 ,

公式(8)可以简化为

支撑剂的临界流量,不开始

如果流速小于支撑剂的临界流量,压力的支撑剂断裂仍将是静态的。假设裂缝的宽度和裂缝的高度h。根据裂缝中的流动特性,只要砂颗粒沿墙不推,砂颗粒在骨折不会推。由于这个原因,当考虑到流量,在井筒墙裂缝的速度标准,假设所有气体通过裂缝流入井筒。所以,气井的生产 在哪里裂缝的宽度;是支撑裂缝的高度,米;天然气的体积系数, 和问是天然气生产, 。

替代的临界速度(11)获得临界流。

3所示。临界条件支撑剂不是复苏条件下出院

支撑剂的临界条件轧制开始获得了支撑剂颗粒的受力分析天然气生产渠道,然后支撑剂运移规律进行了分析。

3.1。受力分析的单一固定支撑剂粒子

假设支撑剂颗粒在天然气生产通道是球形,和包装模式如图2。支撑剂粒子半径设置为r和静态支撑剂颗粒在流体主要受气压梯度力、气体冲击力,支撑剂颗粒本身的重力。(1)压力梯度力是 (2)重力是

3.2。滚动支撑剂粒子的起始条件

在接触点的情况下,压力梯度力和力的影响周围的气体导致支撑剂辊,而阻碍了支撑剂颗粒重力滚动。支撑剂颗粒之间的相互作用力所产生的时刻2(见右图)通过点是零,和所产生的力量支撑剂颗粒滚动1起着主要的作用。当支撑剂颗粒和支撑剂颗粒1只是接触,力是零,支撑剂颗粒开始滚动。根据力矩平衡原理,当活跃的转矩大于弱智扭矩,支撑剂颗粒会滚动。也就是说, 在哪里和是阻碍力臂和力臂的主要力量,分别。它的力臂可以从几何关系获得。

当气体流速满足(15),将支撑剂颗粒。替代上面的力表达式(13)和(14在方程()15)获得以下:

同样的,一个二次方程对气体速度的一个变量得到:

使 ,

公式(18)可以简化为

因此,支撑剂的速度产生的气体应符合以下要求:

因此,支撑剂颗粒滚动的临界速度

3.3。滚动启动条件下不同支撑剂的安排

在实际的天然气生产渠道,支撑剂颗粒不一定是安排在天然气生产通道如图2,一些支撑剂颗粒可能被淹没,一些可以嵌入到其他谷物。天然气生产后的谷物安排渠道有以下三种形式如图4,接触点的距离的支撑剂颗粒降低支撑剂颗粒的边界被定义为深度报道h_r。

支撑剂颗粒球形颗粒与颗粒大小相等,和覆盖深度可以根据几何关系计算。支撑剂的安排,支撑剂粒径的粒子被认为是 ,和接下来的两个粒子的中心之间的距离 ,在哪里 :

当 ,支撑剂是安排如图4(一)、支撑剂颗粒的最小覆盖深度 。当 ,支撑剂是安排如图4(c)和支撑剂颗粒的最大覆盖深度 。

不同支撑剂颗粒覆盖将影响每个力的时刻的胳膊当粒子开始滚动。考虑支撑剂颗粒覆盖后,每个力的怀抱

用手臂的力公式(23)到公式(21),支撑剂颗粒的临界轧制速度考虑支撑剂的安排。此外,临界轧制速度考虑支撑剂颗粒的排列和支撑剂颗粒的形状可以通过结合不同支撑剂形状的等效粒径公式。

替代的临界速度(12)获得临界流公式如下:

因此,只要气井的产量小于 ,气井不会破坏支持砂断裂,断裂能保持长期效果。

4所示。计算模型的支撑剂运移流体速度

支撑剂时流体的剪切或拉伸,支撑剂颗粒表面脱落的岩石骨架。粒子脱落后,孔隙流体的力量支撑剂是不同的在不同的流体条件下,决定是否可以拿走支撑剂颗粒的液体或保持从表面脱落后岩石骨架。其他领域的学者的研究可以为我们提供一些参考。(26- - - - - -28)当支撑剂粒子迁移、沉积和代入毛孔,他们将导致储层物性参数的变化,特别是孔隙度和渗透率,然后影响水库的生产力。

储层岩石变形之前,它的原始孔隙度 在哪里岩石的总量, , 孔隙体积, ,和岩石骨架的体积, 。

在储气库的稳定生产阶段,井底压力保持不变,由此产生的压降保持不变。气体的压力在任何时候存储可以被视为不变,和压力的影响可以忽略。当大多数移动支撑剂颗粒停止迁移,渗透率将逐渐稳定。然后,后支撑剂的孔隙度进行液体的储气库

渗流速度是

代入方程(26) 在哪里是液体的体积流量。上述公式是支撑剂迁移的速度。

支撑剂携带流体速度的测定旨在提高单井储气库井的生产,和单井产量公式 在哪里是天然气生产,储层渗透率,是储层厚度,是流体体积系数,是皮肤井筒系数,解吸压力点吗j。

当液体流动缓慢的天然气生产渠道,支撑剂颗粒可能存款和块的通道。流体速度过高时,它可能冲刷天然气生产通道墙,这可能会导致大量的支撑剂颗粒排放并关闭裂缝。为了防止沉积、壁冲刷和支撑剂排放的天然气生产通道,流体速度不应太大或太小。确保最大渗透率条件下,选择一个适当的流量可以提高储气和天然气生产的生产效率。因此,流量应该如下:在注入条件下: 在复苏的条件下:

通过比较20井的生产数据在榆林气田的储气库,临界速度、临界流,流体流动范围所有验证本文计算结果的合理性。

5。影响因素的敏感性分析

5.1。基本参数

榆林气田天然气存储的西南地区储层埋深2850∼3100,90°C的形成温度,存储容量为177.62×108米³,平均厚度10.1米,4.1∼8.3%的孔隙度、平均孔隙度为6.4%。磁导率是0.1∼20.3 mD,属于低孔隙度、低渗透气藏。计算的基本参数模型如下:地层压力为27.7 MPa,储层温度达到364°C,空气密度为1.3公斤/米³天然气、天然气体积系数为0.0041,相对密度为0.625公斤/米³、天然气粘度0.02 MPa·年代,支撑剂的20/40网、偏差系数0.78,气体学监常数为8.314,相对密度为3.34公斤/米³,支撑剂的表观密度为2.2 g·m⁻³。支撑剂的体积密度是1.59克⁻³支撑剂的强度是20.7 - -34.5 MPa,内摩擦角为30°,单轴抗压强度是12 MPa。

5.2。裂缝宽度

从图可以看出5与支撑裂缝的宽度的增加,临界气流速度逐渐降低,填充层更不稳定,和支撑剂回流的倾向。相反,裂缝宽度越小,临界风速越高,填充层越稳定,越难回流。

更广泛的支撑裂缝,越容易回流,但较高的临界气井的生产。相反,支持断裂是越窄,回流的可能性较小,但较低的临界气井的生产。换句话说,有一定的支撑剂回流预防和气井生产之间的矛盾。我们必须找到一个最优裂缝宽度调和两者之间的矛盾,实现优化。

5.3。关闭压力

如图6闭合应力越大,更稳定的支撑剂充填层,回流的临界流率越大。关闭压力等于地层压力减去孔隙压力。连续生产的天然气,孔隙压力降低和关闭压力逐渐增加。

随着闭合应力的增加,支撑剂回流的临界流率和临界速度逐渐增加,和支撑剂充填层变得更加稳定。有一个明显的临界流率之间的线性关系和关闭压力。

5.4。饱和

如图3,水残余饱和度的影响填充层的稳定性是非常明显的。越小临界气流速度越大,和更稳定的填充层。相反,越大是临界气速越低,越有可能支撑剂是反胃。

在储气井生产的初始阶段,大,断裂是气液两相流流动,压力梯度很大。这时,支持骨折是最不稳定的,所以气井生产不应太高。与工作流体流动的天然气一起流出,支持骨折的稳定性增强,可以适当增加气井的生产。

5.5。生产压差

生产压差越大,降低支撑剂回流的临界速度,更加不稳定裂纹的支持,支撑剂回流很容易发生。

如图7生产压差的增加,增加气井的生产。然而,压差越大,降低支撑剂回流的临界流率和生产气井。换句话说,如果生产压差太大,很容易导致支撑剂回流,导致骨折电导率的降低。

6。结论

(1)当支持骨折达到一个稳定状态的过程中注气和生产,范围之间的支撑剂回流的临界速度和速度的迁移决定通过支撑剂的受力分析,确定和最大储层的渗透性,从而最大程度提高天然气生产效率。(2)当支撑剂不再处于稳定状态,支撑剂迁移,对孔隙度和渗透率有一定影响的天然气生产通道。适度排放一定量的支撑剂颗粒可以增加天然气产量分离效率,提高天然气产量。(3)闭合应力的增加,临界气体流量和临界气体支撑剂回流的速度逐渐增加,和支撑剂充填层更稳定。临界流量和临界流测量在关闭压力点和关闭压力有明显的线性关系,也有很强的规律性。(4)填充层的厚度越小,越重要的气体流量和临界气体支撑剂回流速度,更稳定的支撑剂充填层,回流的机会减少。有一个一致的临界速度和临界流之间的关系和裂缝宽度。(5)束缚水饱和度的影响在填充层的稳定性非常明显;生产压差越大,降低支撑剂回流的临界速度,支持越不稳定骨折,容易支撑剂回流。生产压差应控制在合理的范围在气井生产。

附录

a .临界条件没有滚下的支撑剂注入部分公式推导

支撑剂颗粒的受力分析

(1)气体的阻力。在气井的实际生产过程,高速气流在支撑剂断裂是线性非达西两相流,沿裂缝长度和压力变化与抛物线。统一的压力梯度、压力变化随着距离的线性流,然后 在哪里流体压力,是统一的压力梯度,是力量。

在计算阻力作用于一个单一的支撑剂,有效裂缝中的气液两相流。气相流和液相流动,整个关节的总压力降长度被认为是 ,和流体压降产生阻力。湿相平面上的表面预计正常流的方向,如图8。

一段微量元素的距离在一个支撑剂粒子,和阻力作用于这个环节 在哪里是阻力支撑剂颗粒之间的距离;是应用于区域支撑剂颗粒之间的距离, 的压力,

支撑剂粒子在单位压力区域x是

用方程(. 1)和(a .在方程()a .),我们可以得到

方程(各)描述的阻力作用于一段支撑剂粒子。总阻力作用于整个支撑剂粒子可以被视为一种支撑剂粒子组成的无限的部分:

积分方程(本)获得

流体流经支撑裂缝,流动压降产生阻力,在图所示的作用9。

拖拽力应用于图中所示的阴影区域。从图可以看出,强调区域是支撑剂颗粒球形面积的一半, 。阻力作用的强度是 在哪里拖曳力的强度, 。

用方程(要求寄出在方程()A.7),我们可以得到18]

如果支撑剂颗粒的直径 ,然后 代入方程(如系)获得 在哪里支撑剂的直径,米。

(2)静态摩擦力的力量 。静摩擦力的价值与关闭压力的乘积成正比,粒子接触区域,静态摩擦系数。关闭压力越大,粒子接触面积越大,颗粒表面粗糙,静摩擦力就越大。支撑剂的可能性(图开始10)。

最大静摩擦力可以表示为 在哪里是静态摩擦力,静摩擦系数,是关闭压力。

(3)毛细力 强度。压裂气井生产过程中,在骨折有多相流体,包括工作流体残留在骨折和地层流体。骨折是气液两相的流动。与天然气的流动,毛细管阻力时,和方向是液体的流动方向相反,阻碍液体的流动。当流体突破毛细力,它可以看到从行动和反应力量支撑剂颗粒由力符合流方向和阻力。这个力称为等价的毛细力,等于对面的毛细管力和毛细力,如图11。

假设支撑剂粒径均匀,切向接触毛细力的粒子与统一的大小可以表示为

其中, 在哪里接触角,之间的角度是固液边界在支撑剂颗粒的半径和纵轴,是液体之间的界面张力,N / m,然后呢支撑剂的直径。由于没有颗粒大小不同,毛细力强度切向接触的粒子可以表示为 在哪里所以,支撑剂的直径吗 。在上面的方程获得以下:

b .临界条件支撑剂不是出院恢复条件下部分公式推导

(1)压力梯度力。液流压力梯度的作用下,内支撑剂颗粒的表面力是不同的,和表面的合力支撑剂颗粒的压力梯度力,可以表示为 在哪里支撑剂颗粒的半径, 是压力梯度,其方向与支撑剂粒子的运动方向一致。

在一定的压力梯度下,液体会流。根据渗流公式,可以看出

代入上述方程方程(B.2),压力梯度产生的力可以表示通过流体速度如下:

(2)重力 。支撑剂颗粒在气的重力引力考虑浮力后,和它的关系 在哪里支撑剂的密度和吗气体的密度。气体的密度 在方程(代替B.4):

c .计算模型的支撑剂运移流体速度公式推导过程

储层岩石变形之前,它的原始孔隙度 在哪里岩石的总量, ,和孔隙体积, ,和岩石骨架的体积, 。

(1)压力变化的影响。储气库注入和生产过程中,当形成条件改变从初始状态(P₀,t₀),状态(P,t₀),在这个过程中岩石的体积应变系数 。然后,总容积变化的岩石

(2)支撑剂分离的影响,沉积和堵塞。支撑剂的分离,在孔隙表面沉积和堵塞喉咙是由于岩石骨架体积的变化,这使得骨架体积减少负面和增加积极的。因此,岩石骨架的变化量可以表示为 在哪里是质量分离的单位体积岩石骨架支撑剂, 是支撑剂的质量沉积单位体积岩石孔隙表面, 是支撑剂的质量保持在单位体积岩石孔喉堵塞, 。

是由骨骼剥离本构方程如下: 在哪里是岩石的液化系数,它是由实验测试;是流体的体积和支撑剂的混合物流经在单位时间单位面积;和是支撑剂的体积浓度。

是由孔隙表面沉积方程如下: 在哪里和是表面沉积速率常数。 在哪里孔喉堵塞速率常数。当 , ,岩石的孔隙压力和支撑剂分离后,沉积,堵塞孔喉

代入方程(C.1)和方程(C.2)方程(C.7):

在哪里是粒子的排出量单位体积岩石的液体, 。然后,支撑剂后孔隙度储层进行液体

在储气库的稳定生产阶段,井底压力保持不变,由此产生的压降保持不变。气体的压力在任何时候存储可以被视为不变,和压力的影响可以忽略。当大多数移动支撑剂颗粒停止迁移,渗透率将逐渐稳定。然后,后支撑剂的孔隙度进行液体的储气库

数据可用性

数据(数据类型)用于支持本研究的结果中包括这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这个研究项目的实验支持重点实验室的稳定和流体和岩石力学在陕西省石油和天然气储层。这项研究是由中国国家自然科学基金(批准号51974255和51974255),陕西的自然科学基础研究项目(项目号:2020 jm - 544),陕西省重点研究和发展计划(项目号:2020 kw - 027),陕西省杰出青年科学基金(项目号:2022 jc-37)和西安公司大学研究生创新和实践能力培训项目(项目编号:YCS20213149)。