文摘

的非线性本构模型,建立了支撑剂列列上支撑剂的稳定性实验。基于储层地质力学和有限元法,fracture-proppant列交互模型建立了高导电性通道压裂。原位应力的影响,储层岩石弹性参数和空间分布特征的支撑剂列高导电性的闭合变形断裂通道和支撑剂柱的稳定性进行了研究。原位应力越高,越高接触应力在岩石板;较低的高度和支撑剂柱的直径越大,越容易变形和断裂,而更有效的支持随原位应力的增加而减小。条件下的原位应力不变,与储层弹性模量的增加,这两个板的相对轴向位移逐渐减小,骨折有效的支持比例的增加,储层弹性模量对支撑剂的稳定性没有影响列。有效的支持比例随支撑剂柱直径的增加,支撑剂柱高度的增加而增加,并增加与储层弹性模量的比值的增加,原岩应力。当支撑剂柱直径(支撑剂列间距)小于3米,有效支撑裂缝率显著增加。通过以上的研究,最佳的支撑剂集群直径终于优化。

1。介绍

通道压裂首次提出了吉拉德et al。12010年],其过程主要包括三个部分:multicluster穿孔过程中,压裂fluid-blending纤维过程中,和pulse-pumping过程。砂携带液和驱替流体注入形成交替在特定的时间比例,所以没有相邻的两个阶段之间的支撑剂。压裂液是挖和回流后,支撑剂集群形成一个均匀铺设支撑剂列支持之间的断裂,形成一个高导电性通道相邻两个支撑剂列。在通道压裂,纤维添加到改变支撑剂压裂液流变学,在迁移过程中防止蛞蝓色散和结算,和降低支撑剂沉降率,使集群的形成一个理想的支撑剂在裂缝。刺激作为一种新型的水力压裂技术、高导流channel-fracturing技术在现场应用取得了显著的成果,这不仅降低了压裂施工的成本,而且极大地提高了生产。在国外,例如,Talinskoe字段在西伯利亚已经好通道压裂后产量增加51% (2- - - - - -9]。在布尔戈斯盆地通道压裂后在墨西哥,初始气井产量增加了32%,半年累计天然气产量增加了19%10]。早期生产Qarun领域在埃及西部沙漠通道压裂后增加了89% (11]。目前,该技术已广泛应用于胜利油田、四川盆地致密气储层,鄂尔多斯盆地致密油和天然气储层,取得了良好效果。例如,在通道压裂在鄂尔多斯盆地致密油和天然气储层,中国,油井产量的2.4倍常规压裂气井生产是常规压裂的4 - 5倍12- - - - - -18]。因此,channel-fracturing技术有广阔的应用前景的非常规油气资源的开发。

骨折是由分散的支撑剂团(或列),形成配套的流体流动路径。与常规压裂技术相比,高导电性通道压裂克服的局限性流体在多孔介质,破坏了均匀分布的设计理念支撑剂,并提供更高的断裂导(如图1)。

支撑剂的力学特征列是一个主要因素影响channel-fracturing裂缝闭合,当前channel-fracturing支撑剂的特征列断裂力学研究较少,学者们并没有深入研究压裂支撑剂断裂的本构关系列,大部分的支撑剂弹性体列被认为是一条直线,这是channel-fracturing研究的空白区域。

许多学者进行了大量的实验和理论研究的机械特性和断裂导列在通道压裂支撑剂。阮et al。19)骨折进行电导率测试通道几个小圆柱支撑剂压裂将列在岩石板块根据APIRP61骨折电导率测试标准。结果表明,当支撑剂颗粒被整合,渠道的有效裂缝渗透率压裂相比增加1.5到2.5数量级与常规压裂。2016年时,严华et al。20.,21]认为支撑剂列作为一个圆柱形线性弹性体,建立了裂缝宽度模型考虑到变形和支撑剂的嵌入列当推导通道压缩断口宽度模型。2016年,侯et al。22)也被认为是支撑剂列时的变形裂缝宽度模型推导和计算了变形的支撑剂列变形理论的支撑剂。徐et al。23),等。24,温家宝et al。25]fcs - 100流量计用于模拟通道的电导率断裂在不同砂浓度、纤维质量分数,和支撑剂列直径(10 ~ 32.8毫米),但他们没有研究支撑剂列的变形和破坏规律。张(26)考虑支撑剂嵌入的影响,支撑剂柱的轴向变形,其安排和派生的分析模型通道压裂的裂缝宽度和电导率。张,侯27)考虑了支撑剂柱的轴向变形和认为支撑剂集群形成的高速channel-fracturing骨折渗流区。基于Darcy-Brinkman方程,高导电率的数学模型,建立了高速channel-fracturing骨折。郑et al。28)获得了裂缝宽度的表达式基于赫兹接触理论和支撑剂嵌入理论,然后获得最终的导电率计算公式。Moghadasi et al。29日)表明,利用水力压裂可以减少罚款迁移期间nanosilica粒子,提高生产性能。郭和刘30.),基于一个支撑剂粒子和岩石之间的相互作用,并考虑岩石的粘弹性蠕变效应,建立模型,传统的断裂和短期的长期电导率电导率通道的骨折。这些断裂电导率模型假定所有支撑剂列与一定的弹性模量是一个弹性体,忽略了支撑剂的非线性应力-应变特征列的非均匀变异在明渠裂缝宽度。迈耶et al。31日)认为骨折墙的变形是弹性变形。考虑不同结构形式的裂缝中支撑剂列,分析裂缝宽度模型基于赫兹接触理论建立了弹性半空间,和裂缝渗透率的表达式导出了用达西定律和等值渗流阻力原理。侯et al。32)使用梅尔的方法建立的变异模式供参考通道压裂支撑剂列裂缝宽度。这两个模型考虑裂缝壁的弹性变形特征,但支撑剂列仍视为刚体。

在这部作品中,地应力的影响,储层岩石弹性参数和支撑剂列空间分布特征的闭合变形高导电性压裂通道和支撑柱的稳定性进行了研究。

2。变形试验在高导电性通道压裂支撑剂的专栏

2.1。实验方案

我们的目标是探索的影响支撑剂柱高度,布置间距(支撑剂列号)和关闭压力变形的支撑剂列。使用实验中,我们测量的支撑剂柱形状、轴向位移、径向位移和应力-应变特征的支撑剂柱压实和加载阶段的压力。在高导电性通道压裂过程中,支持列形式裂纹的圆柱形状,和支持的高度列描述裂缝的宽度。裂缝的闭合压力沿轴向方向是应用于支持列描述准确的变形行为支持列。每个因素的值如表所示1。

三个支撑剂列高度和支撑剂的三个列数据表1结合设计共九组实验,和七个关闭压力安排每组实验。具体实验组如表所示2。

2.2。实验设备和样品制备

2.2.1。实验设备和样品制备

在这个实验中,API标准骨折电导率测试和分析系统被用来进行仿真实验。设备的最大关闭压力无法忍受120 MPa,可以满足实验的要求设计(如图2)。

2.2.2。样品制备

在这个实验中使用的支撑剂列材料是40/70-mesh碳水化合物支撑剂。在实验中,利用XRD测试支撑剂的矿物成分。具体结果如表所示3。

在这个实验中产生的支撑剂列应该近圆柱形,每个支撑剂列的外观应该基本相同,是不容易崩溃和宽松的可以有效地收集支撑剂颗粒。具体的生产步骤如下:(1)首先,选择碳水化合物的重量33 g支撑剂材料,然后根据4‰的比例权衡纤维并把它们放进烧杯(2)之前添加胶水,用手或玻璃棒分解尽可能烧杯中的纤维和彻底混合他们的支撑剂颗粒防止纤维凝结时,胶水是后来添加的(3)慢慢地胶添加到烧杯中,用玻璃棒搅拌,直到支撑剂颗粒,纤维,在烧杯和胶水彻底混合和凝固形成粘性支撑剂组(4)将支撑剂集群放入特定的金属模型(内径10毫米,高度1厘米)和填充模型支撑剂集群通过机械压实(5)取出形成支撑剂列。把支撑剂列成一个加热炉加热60°C的一个小时,然后将其在室温下了半个小时获得统一的支撑剂列(图3)。

2.3。实验步骤

在这个实验中,根据需要指导室组装后,指导室安装在测试平台上,以确保平台的水平。导游室是正确放置在中心的平台,和压力试验机是手动旋转的上部测试机联系指导室(如图4)。(1)准备:两个位移米引水室上安装。(2)实验阶段:泵用于增压引水室的压力,压力是设置为1分钟在指定的压力下达到一种稳定状态。(3)度量阶段:写下两个位移的值米,总轴向位移计算平均值,并计算支撑剂的位移转换列根据引水室的弹性模量和岩石样本。裂缝宽度的变化记录在实验中使用设备的轴向位移传感器。预计仪器的变形可以忽略。

从图可以看出5轴向压力的作用下,支撑剂列沿径向圆周均匀传播,形成一个近似圆形wafer-shaped列。支撑剂列在不同的变形形状关闭压力图所示6。注意,在实验中,我们假设支撑剂particle-fiber混合物烧结而忽略阻力的影响,进行支持的最外层颗粒列在压裂液的返排。支持列的稳定性在实际压裂过程中可能比在实验。这些影响的准确的学习会计是未来研究的主题。

2.4。非线性本构模型的支撑剂列

在这个实验中,支撑剂变形如图描述7。

当最初的高度是10毫米和支撑剂的数量列不同,实验结果如图所示8。

提出了一种非线性本构模型来描述实验结果。本构模型的形式如下: 在哪里等效弹性模量,是硬化系数,硬化性指数。

非线性拟合被用来确定每个材料的常数。图9展品数值验证的结果。的 - - - - - -这个图是轴接触应力应力集中造成的。当初始高度的支撑剂列10毫米,数值模拟的结果与实验结果有很好的一致性。因此,该本构模型是用来计算的数值结果进一步支撑剂列,最初8毫米的高度。通过与实验结果进行比较,结果如图10可以获得。我们的模型适用于支撑剂列有不同的高度。

3所示。建立压裂Crack-Proppant专栏的交互模型的高导电性通道

3.1。在高导电性通道压裂Crack-Proppant专栏的交互模型

3.1.1。物理模型的交互在高导电性通道压裂Crack-Proppant列

在本节中,根据参数的样子,压裂crack-proppant列相互作用的物理模型建立了高导电性通道。的有效裂缝长度大约是150,和泵启动的总时间约为75分钟。可以从这个计算,泵启动的长度是2米/分钟,5月液阶段的时间是2分钟,支撑剂支撑管的直径约5毫米,和裂缝的高度大约是5毫米。水库的最小水平主应力是50 MPa,弹性模量是30 GPa,泊松比为0.28。以支撑剂列的高度为5毫米,直径5米,和为5米的距离计算,数值模拟可以获得所需的参数。本文假设支持列由纤维紧密结合在一起,忽略了支撑剂颗粒的脱落外支持列在压裂过程中。

3.1.2。有限元模型的交互在高导电性通道压裂Crack-Proppant列

全球规模的有限元模型被设定为0.1米(图11)。分区技术的网格实体,使用的支撑剂列六面体元素和全球大小为0.025 m。顶部和底部岩石板块受到相同的关闭压力,40 MPa, 50 MPa, 60 MPa一个接一个。上部和下部岩石板被设置为地对地接触,忽略了摩擦时生成的上部和下部岩石板块联系;正常的方向设置为硬接触,硬度设置为1的比例因子。虽然在实际postcompression条件支撑剂颗粒可能打破在高闭合压力的情况下,我们没有考虑到这种效应在我们的模拟。原因是这项研究是进行致密油储层在胜利油田,中国,裂缝闭合压力范围从40到60 MPa而选择支撑剂破碎是70 MPa的压力。因此,预计支撑剂破碎可能不会发生。

3.2。仿真结果的分析压裂Crack-Proppant列在高导电性通道交互

基于压裂crack-proppant列的有限元模型建立在前一节中,这部分模拟交互过程和获得的特征位移和接触应力的上部和下部岩板的位移和压力支撑剂列。

从图可以看出12,上层板的中心位置的位移在负方向方向是6.175毫米,低板的中心位置的位移在负方向方向是0.6675毫米,上部和下部的相对位移板是5.5075毫米。自支撑剂列的总高度是5毫米,上部和下部阀板接触,和支撑剂列不能有效支持骨折。

从图可以看出13的接触应力在外面支撑剂列和板的中心大于50 MPa,而其他部位的接触应力是略低于50 MPa。这表明尽管断裂封闭,接触应力骨折在某些领域仍不到关闭压力储层。根据传统的电导率实验和理论研究在连续喷砂室,众所周知,裂缝闭合应力的降低可以显著提高骨折的导电率,和支撑剂列仍然可以发挥一定的作用,提高骨折的导电率。

如图14,结束50 MPa的压力的作用下,支撑剂列是0.21毫米的轴向位移,和径向位移和方向分别为1.7 mm和1.58 mm,。根据实验室平板压缩试验结果的支撑剂列(如图15),支撑剂柱的轴向位移是大约0.18毫米的情况下关闭50 MPa的压力。数值模拟结果与实验结果有很好的一致性,这表明数值模拟结果具有良好的可靠性。

从图可以看出16,由于它的大位移和大正常压力,支撑剂的外窗台柱是失败容易压应力作用下的50 MPa关闭压力。与此同时,当地的边缘也伴随着失败的拉应力,所以支撑剂列是容易在压缩边缘剥落和外围扩散。

3.2.1之上。支持高导电性的特点Channel-Fracturing骨折

为了研究是否骨折中间的支撑剂列后关闭高导电性通道压裂返排压裂液和接触应力的值关闭后,一组路径是沿着中间的模型和方向(如图17),情节的相互位移和接触应力的左派和右派骨折墙壁。

因为模型相同的支撑剂列的大小和间距,只有方向根据对称性原理计算结果进行了分析。

在轴向位移曲线,降低岩石的接触表面板设置的 - - - - - -轴。闭合应力的作用下,轴向位移的两个岩石板块都是负面的。减去的轴向位移的绝对值上岩石板由5毫米形成对比图如图18。因此,上部和下部岩石板之间的距离可以通过减去上岩石的轴向位移板的轴向位移降低岩石板。从图可以看出,两个板块之间的距离是负的,这表明裂缝已经关闭。负值越大,越严重的压实两个板块。与板的两面相比,压实度的中间部分板更加严重。

数据19和20.岩板的接触应力云图和岩石板的接触应力曲线,分别。在图20.,50 MPa减去从垂直坐标,所以 - - - - - -轴对应于50 MPa的接触应力。从图可以看出20.,接触应力的中心石头板大于50 MPa,虽然部分两端的接触应力小于50 MPa。最初的地壳应力是50 MPa,这意味着尽管骨折是支撑剂列添加后关闭,关闭压力在某些地区的断裂减少,大大提高了骨折的导电率。

接触应力的岩石板、支撑剂列部分移除获得区域如图21(a)在裂缝总面积,黑色的部分是关闭的地方压力小于50 MPa,叫做有效裂缝支撑区域,如图21(b),设置裂缝总面积和有效支撑裂缝区域的面积计算的图形分析软件 。假设裂缝总面积 ,有效支撑裂缝面积的面积计算的图形分析软件 。计算后, ,表明有效支撑裂缝的比例是67.8%。

在此基础上,支撑剂列的位移和变形特征进行了进一步的分析解释的应力-应变形式支撑剂列。

从图可以看出22的轴向位移,中央支撑剂列是相对较小的一部分,而支撑剂的边缘列的轴向位移比较大。的轴向位移的绝对值上的接触表面大于下表面接触,所以支撑剂列的高度降低。图23显示了支撑剂的不同部分的压缩列。从这个数字是支撑剂列的边缘部分的高度明显降低。

两个接触表面之间的力分布的支撑剂列基本上是相同的。从图我们可以看出24,接触应力是最大的边缘支撑剂列,所以压应力失败是更容易发生和支撑剂列是更容易在压缩边缘剥落和外围扩散。

4所示。关闭的变形和稳定性高导电断裂通道和支撑剂列

水库的地壳应力的B油田是40 ~ 60 MPa,弹性模量是25 ~ 40 GPa,泊松比为0.27 ~ 0.28,符合地质条件的高导电性通道压裂。支撑剂列的高度是3毫米,5毫米,8毫米。支撑剂列的直径1米,3米,5米,分别。这意味着模型尺寸是2米,6米和10米。

现在,地层的弹性模量设置为25 GPa, 30 GPa, 35 GPa, 40 GPa,泊松比是0.28。最小水平主应力是40 MPa, 50 MPa,和60 MPa;支撑剂列1.7绩点的弹性模量和泊松比是0.41。支撑剂列的高度是3毫米,5毫米,8毫米;支撑剂列的直径1米,3米,5米,分别。这意味着模型的尺寸是10米,6米,2米,分别。在上述参数设置条件下,总共108套需要数值模拟计算,其中一些参数如表所示4。

4.1。地壳应力对裂缝闭合变形和稳定性的影响

在40 GPa的弹性模量的情况下,支撑剂列5毫米的高度和直径5米为例讨论了地壳应力对裂缝闭合变形和稳定性的影响。

以下4.4.1。地壳应力对裂缝闭合变形的影响

(1)位移相关的两个断裂的飞机。从图可以看出25地壳应力的增加,岩石的相对轴向位移两个板也增加,和两个岩石板压缩更密切。的相对轴向位移两个岩石板块在每个压力大于5毫米,这表明骨折已经关闭。

(2)接触应力的相关性两个断裂的飞机。上部和下部阀板相互接触,所以上下表面的接触压力是相同的。从图可以看出26随着地壳应力的增加,岩石板上的接触应力逐渐增加,使它更容易变形和破损。

4.1.2。原位应力的影响在Fracture-Proppant的稳定性

从图可以看出27高度变化的价值支撑剂与原位应力的增加也会增加。从图中所示的接触应力28可以看出,支撑剂的接触应力原位应力的增加而增加。原位应力越大,更大的支撑剂的变化高度,直径,以及接触应力。

4.1.3。储层弹性模量的影响在Fracture-Proppant的稳定性

(1)有效支撑裂缝的比例(以支撑剂5毫米的高度和直径5米为例)。如图29日从左到右,接触应力云的原位应力下岩石板图40 MPa, 50 MPa, 60 MPa(弹性模量40 GPa)所示。使用图像分析软件,可以计算有效支撑裂缝在不同压力的比例:40 MPa是71.69%,50 MPa是70.26%,60 MPa是68.9%。图30.显示,当储层的弹性模量不变,随着原位应力的增加,断裂的有效的支持比例减少。

(2)原位应力的影响有效支撑裂缝在不同Height-to-Diameter比率。数据显示31日- - - - - -33,仿真结果表明,当弹性模量是常数,有效的支持比例随原位应力的增加,储层弹性模量有更大影响的有效支持比例。

4.2。储层弹性模量对裂缝闭合变形和稳定性

地应力是60 MPa时,支撑剂5毫米的高度和直径5米为例探讨储层弹性模量的影响在裂缝闭合变形和稳定性。

4.2.1。准备储层弹性模量在裂缝闭合变形的影响

(1)位移之间的关系的上、下表面裂缝。从图可以看出34条件下的原位应力不变,随着储层弹性模量的增加,上部和下部岩板的相对轴向位移逐渐减小。

(2)之间的关系上、下的接触应力裂缝。从图可以看出35条件下的原位应力不变,随着储层的弹性模量增加,部分岩石板上的接触应力和接触应力小于60 MPa逐渐减少,和中央的部分岩石板基本上是相同的,但板两边变化不规则。

4.2.2。储层弹性模量的影响在Fracture-Proppant的稳定性

从图可以看出36条件下的原位应力不变,减少边缘的支撑剂的高度随着储层弹性模量的增加而增加,而其余部分减少。

从图可以看出37条件下的原位应力不变,边缘的支撑剂的接触应力随着储层弹性模量的增加而增加,而其余部分减少。

条件下的原位应力不变,后储层的弹性模量变化,无论身高或接触应力,变化很小。因此,可以得出结论,储层的弹性模量对支撑剂的稳定性没有影响。

如图38从左到右,接触应力云图的原位应力下岩石板25 GPa, 30 GPa, 35 GPa, 40 GPa(弹性模量60 MPa)所示。使用图像分析软件,有效支持骨折的比例在每个储层弹性模量可以计算:25 GPa是64.32%,30 GPa是66.05%,35 GPa是67.64%,40 GPa是68.90%。这表明一个常数条件下的原位应力,随着储层的弹性模量增加,骨折的有效支持比例增加。

(1)储层弹性模量的影响有效支持骨折不同Height-to-Diameter比率。数据显示39- - - - - -41,仿真结果表明,有效支持骨折率的增加与储层的弹性模量的增加,这种增加的趋势不受原岩应力的影响。

4.3。直径的影响支撑剂(间距)裂缝闭合变形和稳定性

支撑剂是5毫米的高度时,原位应力将50 MPa和储层的弹性模量是40 GPa。直径的影响支撑剂在裂缝闭合变形和稳定性研究。

4.3.1。率的有效支撑裂缝

如图42从左到右,岩板的接触应力云图时支撑剂直径1米,3米,5米(支撑剂的高度是5毫米)。使用图像分析软件,有效支持骨折的比例在每个支撑剂直径可以计算:1米是76.02%,3 m是71.76%,5米是70.26%。图43显示,当支撑剂的高度保持不变,随着支撑剂的直径增加,断裂的有效的支持比例减少。

4.3.2。直径的影响支撑剂有效支撑裂缝在不同的原位应力和弹性模

地应力是40 MPa时,50 MPa,和60 MPa,弹性模量是25 GPa, 30 GPa, 35 GPa,直径40 GPa,支撑剂的影响下的弹性模量有效支撑裂缝如图44- - - - - -46。

根据以上仿真结果,可以看出,有效支撑剂的比例骨折减少与支撑剂直径的增加,这种下降趋势并不是影响支撑剂的高度。支撑剂的直径5米时,原位应力设置为50 MPa,和储层的弹性模量是40 GPa。高度的影响支撑剂在裂缝闭合变形和稳定性研究。

(1)有效支撑裂缝的比例。如图47从左到右,岩板的接触应力云图时支撑剂高度是3毫米,5毫米,8毫米(支撑剂直径5米)。使用图像分析软件,有效支撑裂缝的比例可以计算出每个支撑剂列高度下:3毫米是67.68%,70.26% 5毫米,8毫米是71.86%。图48显示,当支撑剂的直径不变,随着支撑剂的高度增加,断裂的有效的支持比例增加。

(2)支撑剂高度有效支撑裂缝的影响在不同的原位应力和弹性模。根据以上仿真结果数据49- - - - - -51的比例),可以看出,有效支持骨折与支撑剂列的高度增加,这种增加的趋势不受支撑剂的直径影响列。

5。结论

本文研究原位应力的影响,储层岩石弹性参数和空间分布特点闭合变形高导电性的压裂支撑剂的渠道和支撑剂的稳定性。主要结论如下:(1)支撑剂颗粒在低压部分有很大的孔隙空间。随着压力的增加,颗粒被压缩,紧密排列。轴向和径向变形的支撑剂迅速增加的加载、和高应力下的应变变化缓慢(2)原位应力越大,岩石板接触应力越大,支撑剂的高度越低,直径越大,对支撑剂越容易变形和断裂,而有效的支持比例降低的原位应力增加(3)条件下的原位应力不变,随着储层弹性模量的增加,岩石的相对轴向位移两个板逐渐减少,并随着骨折有效的抚养比率的增加,储层弹性模量的影响支撑剂的稳定性降低(4)骨折的有效支持比率与支撑剂直径的增加,降低支撑剂高度的增加而增加,与储层弹性模量的比值增加,原岩应力。当支撑剂直径(支撑剂间距)小于或等于3 m,有效支持的比例骨折明显增加

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的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。