压裂用纤维支撑剂作用原理的认识

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  压裂用纤维支撑剂作用原理的认识研究开发中国化工贸易ChinaChemicalTrade(克拉玛依新科澳石油天然技术股份有限公司.新疆克拉玛依834000)摘要:压裂措施是油,水井增产,增注的一项重要技术措施之一,在提高原油采收率,改善注水条件等方面起着重要的作用.要实现压裂井的快速排液,高效返排,对支撑剂就有较高的要求.纤维支撑剂能产生超强的悬浮携砂能力和支撑剂固定能力,不仅能有效解决返排技术难题,同时能起到防止支撑剂回流的作用.关键词:压裂纤维防砂回流,纤维防砂作用原理纤维支撑剂压裂技术是把人造纤维(如玻璃纤维,石棉纤维,金属纤维,聚合物纤维等)混在携砂液中尾随注入,在井筒附近的裂缝中形成复合性支撑剂,支撑剂是基体,纤维是增裂缝中的纤维通过多种机理来稳固砂拱.每根纤维与若干支撑剂颗粒相互接触,通过接触压力和摩擦力相互作用.这种纤维稳定支撑剂技术是通过这种纤维与支撑剂间的相互作用形成空间网状结构而提供支撑剂与裂缝之间额外的粘结力(支撑剂目数一般为20/40目),从而将支撑剂稳定在原始位置,而流体可以自由通过.压裂施工结束时,裂缝中的支撑剂因承受侧限压力,颗粒问以接触的形式相互作用而达到力学平衡.压裂液开始返排后,由于流体流动的冲刷,这种平衡受到破坏,支撑剂颗粒就发生塑性剪切形变,形成一系列的拱形结构,即砂拱(纤维增强支撑荆稳定性的作用原理示意图见图1-1,一2).在压后排液过程中,砂拱的剪切变形引起纤维的变形,诱发的纤维轴向力分解为切向,法向两部分,切向分量直接抵抗砂拱剪切变形,法向分量增加侧限压力,进而增大支撑剂间的摩擦力,间接抵抗砂拱剪切变形,来提升砂拱的稳定性和临界返排速度,有利于控制支撑剂的返排.由此可见,支撑剂中的纤维成分能够增强支撑剂砂拱移动变形的阻力;另外,一条纤维可以同时与10～2O个砂粒作用使它们缠绕在一起,从而增加了支撑剂耐冲刷的能力.这两种作用将大幅度的提升支撑剂充填层稳定性,使一盘散砂变成了一个整体.其优点是没有复杂的化学反应而是通过物理作用稳定裂缝中的支撑剂,受地层流体,地层温度,闭合压力和关井时间的影响较小,与压裂液的配伍性良好,不会造成地层伤害.这种支撑剂回流控制技术能减少支撑剂的回流控制费用并能增大油气井的产量.图1-1:纤维加砂技术防止支撑剂回流示意图二,纤维防砂微观机理分析在支撑裂缝中取出一个砂拱单位做受力分析.作为外204}中国化工贸易lChi~aChemicalTrade力,纤维承受着支撑剂颗粒的接触压力和摩擦力;作为内力,它主要承受轴向拉应力,如图1—2所示,在砂团的可能剪切变所示.图1-2砂拱示意图图1—3纤维增强作用示意图压后排液时,支撑剂颗粒形成砂拱,微面元产生剪切变形.从图1-3可知,纤维对剪切变形的抵抗力可分为切向力和因纤维对砂团施加压力而产生的颗粒间的附加摩擦力一rn.,它们均对砂拱变形产生阻力作用.纤维体积含量越高,纤维越长,支撑剂越细,纤维与支撑剂颗粒问的摩擦系数越大,则纤维对支撑剂的增强效果就越好.三,纤维的选择1.纤维材料的选择纤维材料的选择主要根据它在地层环境下的稳定性,与压裂液及其添加剂的配伍性,老化性能,稳定支撑剂的能力和价格等因素.目前可用的纤维的种类比较多,包括有机聚合物纤维,陶瓷纤维,金属纤维,碳纤维,石棉纤维,热塑性纤维,无机玻璃纤维和热固树脂纤维等.各种纤维都有其各自的特点,实际应用中能够准确的通过油气田的具体地质特征和压裂液性质做出合理的选择.其中与压裂液的配伍性和地层条件下的稳定性是选不一样种类纤维的最关键参数.2.纤维尺寸优选长度较小的纤维与支撑剂之间的粘结力较弱,就不能有效地起到稳固支撑剂充填层和防止支撑剂回流的作用.但随着纤维长度的增加,纤维,支撑剂和压裂液均匀混合后泵送到地层的难度增加,同时残留在井筒中的纤维在排液时易堵塞油嘴.纤维的最优长度应该满足既能较好地稳定支撑剂充填层也易于现场加砂压裂的施工操作.分别取单丝直径为6.0m,10.0m,19.0m的短切纤维试样和10/20,20/40,40/60目石英砂,用水代替压裂液,用不同粒径的石英砂掺入不同长细比的纤维,进行玻璃平板冲砂实验,观察砂拱的失效情况.通过实验发现,临界返排速度(石英砂开始排出的速度)受纤维长细比影响很大,但长细比达到某一值时,临界返排速中国化工贸易ChinaChemicalTrade布或密或疏,或定向或无定向.1.2次生孔隙溶蚀孔隙为喷发地表的玄武岩受后期风化,淋滤等作用或是由于热液作用所形成的次生孔隙.溶蚀孔隙一方面自身可当作储集空间,另一方面可作为原生孔隙的连通通道,提高有效储集空间.由于构造裂缝发育区易发生矿物的风化溶蚀作用,因此溶蚀孔隙一般分布在玄武岩喷发期的上部构造裂缝发育区内.1.3裂缝裂缝是改善火山岩储集性能的重要的条件.在火山岩形成以后的漫长地质历史时期,多期次,多种形式的地质构造变动和断裂活动,使得储集层构造裂缝十分发育.在火山岩遭受剥蚀风化过程中还形成了风化裂缝;火山岩本身的一些性质也能产生裂缝.上述三类储集空间类型基本上构成了潍北凹陷孔三段火山岩的储集空间,其中原生孔隙,风化裂缝和构造裂缝构成了最主要的储集空间类型,是主要的储集空间类型,溶蚀孔隙虽然也能储存油气,但比重相对较低.2.火山岩储层物性火山岩特殊的结构及构造决定了火山岩储层物性的复杂性,在气孔和杏仁构造发育的井段,火山岩储层物性就好;在岩性比较致密的井段,火山岩储层物性就差.火山岩储层物性变化之大与火山岩储层的构造有着密切的关系,因此又将孔三段火山岩分为富有气熔岩,贫气孔熔岩和致密熔岩.富气孔熔岩是区内熔岩储层中最重要的储层类型,主要储集空间为气孔,其他的还有大量的蚀变晶间孔隙和溶孔.贫气孔熔岩岩相结晶程度不高,晶间孔隙不发育,主要储集空间靠少量的气孔和不发育的裂缝.与富气孔熔岩相比,这类储层通常储集物性差,含油性差.致密熔岩在火山岩中占有较大比重,一般非常致密,能否形成储集岩,储集性能好坏,完全取决于裂缝的发育程度.六,结论火山岩岩相结构及其分布复杂,本文通过研究大量的潍北凹陷孔三段火山岩的资料,并对其进行实地调研,总结出了潍北凹陷孔三段火山岩岩相结构及其分布,有利于指导对储层的预测评价,具备极其重大的实际应用价值和理论指导意义.参考文献:【1】王文林,杨永红.潍北凹陷孔店组沉积相特征研究U]特种油气藏2003,2.(上接第132絮体堆积较紧密,絮团较大,剩余浊度较小;PAM投加量大,沉降速度也较大,处理后絮体堆积疏松,出水浊度较大.原因主要在于,PAM分子量大,其絮凝作用主要是架桥作用,而阳离子聚电解质PDMDAAC所带电荷与胶体粒子电荷相反,故同时具有吸附电中和,架桥作用,所以其除浊效果优于PAM.PDMDAAC与PAC复合与复配使用时,絮凝能力均很强,且处理含微细泥质较多的煤泥时,上层的煤泥厚度小,有利于降低出水浓度,有利于循环后的选煤效果,复配使用时的效果最佳.五,结论1.不同条件对PDMDAAC的絮凝效果的影响进行单因素 分析测试得知,PDMDAAC 的最佳投加量为0.5mg/L,pH=7 为最佳pH 值,最佳静置时间则为5mino 2.复合絮凝剂PAC/PDMDAAC 具有非常好的絮凝效果,当 其复合比为20:1 时,处理效果最佳,剩余浊度为22NTU, 同时在PAC 与PDMDAAC 复合的过程中不产生对抗,矾花 大,且容易下沉,弥补了使用单一絮凝剂时矾花较小,不易下 沉的缺点. 3.复配处理模拟煤泥水时,处理后水样浊度低,絮凝沉降 快,絮凝时的矾花比较大.复配试验中,当PAC 10mg/L,PDMDAAC的投加量为0.5mg/L 时,絮凝效果最 好,剩余浊度仅为14NTU. 4.PAM和PDMDAAC,PAC/PDMDAAC 复合絮凝剂, PAC 与PDMDAAC 复配絮凝剂处理煤泥水.PAM投药量大, 沉降速度也较大,处理后絮体堆积疏松,出水浊度较大; PDMDAAC 投放量少,沉降速度较快,处理后絮体堆积较紧 密,絮团较大,剩余浊度较小;PDMDAAC 与PAC 复合与复 配使用时,絮凝能力均很强,复配使用时的效果最佳. 参考文献: …岳钦艳,赵华章,高宝玉.二甲基二烯丙基氯化铵聚合物的除浊性能 研究1.工业水处理.2002(O3). 改性粉煤灰的制备及其对分散蓝的吸附性能研究,染整技术,2011(12). (上接第204 度不再增加,该值为临界纤维长细比,约为400.纤维长度的最佳范围为8~20ram,纤维细度的最佳范围为1O～2Om. 3.纤维加量优选 纤维的浓度对支撑剂充填层的稳定性有重要的影响.一般 来讲,在纤维浓度较低时(1.0%),随着纤维浓度的增大, 支撑剂充填层临界流速(稳定性)也随之增加;当纤维的浓度 增加到一定值(1.5-2.O%左右)时,临界流速达到最大值,纤 维浓度再继续增加也不能提高其稳定性,只能导致纤维材料的 浪费和增加施工困难.依据相关研究成果,认为纤维的加量一 般是混合支撑剂体积的1.02.O%. 四,小结 chemmediaCOrnCrl lI由于纤维是一种惰性物质,可以与任何一种压裂液和支 撑剂配合使用,应用条件简单.施工工艺灵活,既可以在整个 加砂阶段加入纤维,也可以在加砂的中后期加入纤维,不会对 压裂施工全套工艺流程造成不好影响. 2.由于纤维的特殊固定作用,对高产气井,也能很好的固 定支撑剂;有效消除了气井在采气过程中的支撑荆回流现象. 参考文献: [1】林永茂,刁素,向丽,王兴文等压裂井高效返排技术的完善及应 用石油钻采工艺2008.10.第3o 【2】中烨,邓燕,郭建春,李勇明压裂气井防支撑剂回流技术研究重庆科技学院(自然科学版)2011,2 第13 ChinaChemicalTradeI中国化工贸易I263