支撑剂评价与优选.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,支撑剂的评价及优选研究,1,目 录,一、概述,二、支撑剂性能评价,三、支撑裂缝导流能力的影响因素分析,四、支撑剂的优选,2,一、概述,支撑剂是水力压裂时地层压开裂缝后，用来支撑裂缝不使裂缝重新闭合的一种固体颗粒。水力压裂使用支撑剂的目的是支撑水力裂缝，在储层中形成远远高于油层导流能力的支撑裂缝带，最理想的支撑裂缝其导流能力应在产液时，裂缝内的压力降落为零，既无限导流能力。这样，由于高导流能力的支撑缝的存在，使井的渗滤方式由径向流转变为线性流，同时也增加了渗滤面积，从而达到增产增注的目的。因此，支撑剂的选择是至关重要的。,1、定义、作用,3,一、概述,压裂支撑剂在早期使用的主要为天然石英砂，同时也试验了核桃壳、金属铝球、玻璃球和塑料球等。随着石油勘探开发技术的不断进步，深层的开发越来越多，天然石英砂在高闭合压力与高温、高矿化度地层水条件下，其抗压强度和导流能力不能满足压裂增产的需要。在70年代中期，研制了比石英砂强度和硬度更高的人造陶粒支撑剂，并形成了不同强度系列的陶粒支撑剂产品，基本上能够满足不同地层对支撑剂的要求。,2、发展历史,4,一、概述,目前国内外主要使用天然石英砂和人造陶粒两种类型的支撑剂。如何选择和使用各种类型的支撑剂，需要对其进行性能评价，并与应用的储层进行匹配研究和经济效益分析，使所选用的支撑剂及其裂缝导流能力能够满足最经济优化的压裂设计的需要。,3、重要性,5,二、支撑剂性能评价,1、支撑剂物理性能,支撑剂的物理性质主要包括：支撑剂的粒度组成、圆度、球度、酸溶解度、浊度、密度、抗压强度等。这些物理性质决定了支撑剂的质量及其在闭合压力下的导流能力。,6,二、支撑剂性能评价,2、支撑剂性能指标,名称,项目,石英砂,陶粒,圆 度,0.6,0.8,球 度,0.6,0.8,公称粒径筛析率（%）,（0.450.90）,90,90,抗破碎能力（%）,（28MPa）,14,/,抗破碎能力（%）,（5269MPa）,/,10,酸溶解度（%）,5,5,浊度（NTU）,100,100,表1 支撑剂的主要性能指标,7,二、支撑剂性能评价,3、支撑剂性能评价,目前，我们常用的支撑剂主要有兰州砂、新疆砂和宜兴陶粒。按总公司标准对兰州石英砂、新疆砂和宜兴陶粒三种支撑剂进行了评价，评价试验包括：密度、圆度、球度、表面光滑度、浊度、酸溶解度、群体破碎率和导流能力等。,8,二、支撑剂性能评价,3、支撑剂性能评价,粒径范围,支撑剂粒度组成（%）,筛目,孔径（mm）,兰州砂,新疆砂,宜兴陶粒,18,1.0,0.10,1.57,0.63,18/20,1.0-0.9,6.95,11.99,5.56,20/24,0.8-0.9,24/30,0.8-0.63,48.04,47.15,71.18,表2 支撑剂粒度组成,9,二、支撑剂性能评价,3、支撑剂性能评价,30/35,0.63-0.5,31.25,30.44,19.87,35/45,0.5-0.4,7.08,6.65,2.55,45/55,0.4-0.315,2.36,1.51,0.20,55,0.315,4.22,0.69,0.01,符号规格质量百分比（%）,86.37,84.24,93.60,10,二、支撑剂性能评价,3、支撑剂性能评价,表3 支撑剂的物理性能,项目,兰州砂,新疆砂,宜兴陶粒,粒径范围mm,0.4-0.8,0.4-0.8,0.4-0.8,视密度g/cm,3,2.62,2.63,2.79,体积密度g/cm,3,1.74,1.76,1.71,圆 度,0.7,0.7,0.9,球 度,0.7,0.7,0.9,表面光滑度,中上,中上,中上,浊 度 mg/l,198.7,170.5,36.7,酸溶解度(%),(12HCI+3HF),7.2,5.1,7.4,11,二、支撑剂性能评价,3、支撑剂性能评价,表4 支撑剂的破碎率,闭合压力,MPa,支撑剂破碎率（%）,兰州砂,新疆砂,宜兴陶粒,20,11.41,5.24,/,30,22.44,19.01,/,40,/,/,7.07,12,二、支撑剂性能评价,3、支撑剂性能评价,表5 支撑剂的导流能力,闭合压力,MPa,导 流 能 力 (m,2,cm),兰州砂,新疆砂,宜兴陶粒,10,62.62,84.29,162.86,20,30.44,48.14,125.36,30,14.31,23.33,92.57,13,二、支撑剂性能评价,3、支撑剂性能评价结果,兰州石英砂和新疆砂符合产品规格的质量百分数分别为86.7%和84.24%，均未达到标准要求值，粒径分布都比较分散,且细微颗粒较多。宜兴陶粒要好些，它的粒径分布主要集中在0.63-0.8mm的范围内，集中的颗粒组成有利于提高裂缝导流能力。三种支撑剂的密度和视密度差别不大，因此，它们对压裂液的要求也基本一致,即同一种压裂液对三种支撑剂的携砂能力基本是一样的。在20MPa的闭合压力，新疆砂的破碎率要好于兰州砂，而差于宜兴陶粒。支撑剂的导流能力也表现出上述特点。,14,二、支撑剂性能评价,3、支撑剂性能评价结果,综上所述，就两种石英砂而言，在相同的闭合压力下新疆砂比兰州砂好，宜兴陶粒比石英砂的导流能力要高得多。尽管陶粒的价格要明显高于石英砂，但国内外研究表明，支撑剂的价格差异与其使用效益相比是可以忽略不计的，使用好的支撑剂比使用差的支撑剂能获得更高的经济效益，因此，我们建议在经济条件许可的情况下，尽量使用强度较高的陶粒支撑剂。,15,二、支撑剂性能评价,4、国内外陶粒对比,在不同闭合压力下，国内外各种陶粒的导流能力见后表。,从表中来看，在高闭合压力下，中原陶粒和美国陶粒的导流能力较高，目前我局有宜兴陶粒和美国CARBO陶粒，这两种陶粒的主要技术指标见表7，从表中各项指标来看，宜兴陶粒为低密度中强陶粒，美国CARBO陶粒为高密度高强陶粒，在压裂施工时应根据储层的地质特征来选择。,16,二、支撑剂性能评价,4、国内外陶粒对比,表6 不同闭合压力下各种陶粒的导流能力,名称,导流能力,闭合压力,中原陶粒,m,2,cm,成都陶粒,m,2,cm,宜兴陶粒,m,2,cm,美国陶粒,m,2,cm,10,93,97,115,115,20,89,88,101,103,30,87,72,70,85,40,80,56,49,72,50,66,42,32,59,60,48,30,20,46,70,31,20,/,38,80,21,13,/,34,17,二、支撑剂性能评价,4、国内外陶粒对比,表7 宜兴陶粒和CARBO陶粒的检测结果表,名称 项目,宜兴陶粒,CARBO陶粒,圆 度,0.89,0.87,球 度,0.93,0.90,光 滑 度,中,中,公称粒径筛析率（%）,（0.450.90）,95.980,99.424,抗破碎能力（%）,（52MPa）,9.224,2.944,抗破碎能力（%）,（69MPa）,16.300,6.962,18,二、支撑剂性能评价,4、国内外陶粒对比,抗破碎能力（%）,（86MPa）,21.506,12.319,平均粒径（,mm,）,0.686,0.700,视密度（,g/cm,3,）,2.727,3.290,体积密度（,g/cm,3,）,1.761,2.111,酸溶解度（,%,）,5.111,5.073,浊度（,NTU,）,50,23,19,三、支撑裂缝导流能力的影响因素分析,概述,支撑裂缝导流能力是支撑剂的物理性能及其裂缝所处条件的综合反映，它是支撑剂选择与优化设计中最关键的参数之一。影响支撑裂缝导流能力的因素比较多，主要包括：支撑裂缝承受的作用力、支撑剂的物理性质、支撑剂在裂缝中的铺置浓度以及支撑剂对岩石的嵌入、承压时间和压裂液对支撑裂缝的伤害等诸多因素。,20,三、支撑裂缝导流能力的影响因素分析,1、,地应力与地层孔隙压力,压裂后形成的支撑带中的支撑剂承受着裂缝闭合压力，它是地层就地应力即最小主应力与地层孔隙压力之差，通常相当于地层破裂压力与井底流压之间的差值，尽管支撑剂种类不同，但它们的导流能力都随闭合压力的增加而减少。,21,三、支撑裂缝导流能力的影响因素分析,2、,支撑剂物理性能,（1）支撑剂的粒径大小及其均匀程度,（2）圆度和球度,（3）支撑剂的破碎率,22,三、支撑裂缝导流能力的影响因素分析,3、,支撑剂铺置浓度,支撑剂的铺置浓度是指单位裂缝壁面上的支撑剂量，常用kg/m,2,表示。裂缝导流能力随裂缝中支撑剂铺置浓度的增加而增加，多层铺置不仅可以降低支撑剂的破碎程度，而且可以提高裂缝的宽度。,23,三、支撑裂缝导流能力的影响因素分析,4、,支撑剂的压碎和嵌入,当裂缝闭合在支撑带上时，支撑剂颗粒将由裂缝缝壁嵌入岩层或被岩石压碎，这两者都将影响裂缝有效缝宽和渗透率，从而影响裂缝导流能力下降。岩石较硬时，压碎的的影响是主要的；地层松软时，主要是嵌入。,24,三、支撑裂缝导流能力的影响因素分析,5、,压裂液,压裂液返排后仍有部分破胶较差的压裂液及其残渣滞留在支撑带孔隙中，加上压裂液在裂缝壁面形成的滤饼等，都会导致裂缝导流能力的下降。目前国内外使用的压裂液种类很多，不同的压裂液对导流能力的保持程度不同。,25,三、支撑裂缝导流能力的影响因素分析,6、有效地应力作用时间,支撑裂缝在地层有效地应力作用下取得与保持长期较高的导流能力是油井稳产的关键。实验结果表明，支撑裂缝在地应力的作用下50h内导流能力递减较快，50h后基本趋于稳定，但随着时间的推移，其导流能力逐渐降低。,26,三、支撑裂缝导流能力的影响因素分析,7、提高支撑剂导流能力的新技术,最近Halliburton公司开发了一项用于提高裂缝导流能力的新技术，即砂楔技术。该技术主要采用了表面改性剂新材料，直接加入到混砂罐中的携砂液内。能够快速为支撑剂包上一层薄而粘的表层，从而提高颗粒间的摩擦力，减缓支撑剂的沉降速度，达到改善支撑剂在裂缝内纵向分布的目的，同时也避免压裂液吸附在颗粒表面，最大限度地改善了破胶效率，而且它还能限制支撑剂的回流和运移。,27,四、支撑剂的优选,1、概述,确定支撑剂类型、粒径及其在裂缝中的铺置浓度是压裂设计的重要环节，也是保证压后增产与提高开发水平的关键。一般是以预期获得的压裂效果所需要的裂缝导流能力来优选支撑剂的，因此支撑剂的优选离不开储层条件、工程条件以及支撑剂的室内评价结果。,28,四、支撑剂的优选,1、概述,以往我们主要根据实验室测定的不同类型和粒径的支撑剂在不同闭合压力下的破碎率和提供的裂缝导流能力优选支撑剂，而没有考虑到储层物性对裂缝导流能力的要求，也没有考虑到压裂液残渣与长期就地条件对导流能力的影响。为了解决上述问题，我们开展了支撑剂优选方面的技术研究，最后确定了优选支撑剂应考虑的因素和优选方法。,29,四、支撑剂的优选,1、概述,在选择支撑剂时应考虑以下因素：,支撑剂的性质及其在给定的地质和工程条件下的导流能力；,支撑剂的经济效益。,30,四、支撑剂的优选,2、选择步骤,使用方法，给出一个裂缝支撑半长X,f,：,利用公式计算出30天的无因次时间t,D,；,根据表选择最佳的无因次导流能力值；,计算在最优化无因次导流能力所需要的,支撑剂渗透率；,建立常用支撑剂导流能力与闭合压力的关系曲线；,计算有效支撑剂渗透率和无因次裂缝导流能力；,选出可以满足要求的支撑剂类型和粒径。,31,四、支撑剂的优选,3、目前现状,鉴于目前我局支撑剂的现状（主要使用石英砂和宜兴陶粒），同时根据我们多年的现场经验，闭合压力10MPa使用石英砂；闭合压力1020 MPa，主要使用石英砂，尾追部分陶粒，闭合压力20 MPa，主要使用陶粒，对于闭合压力特别高的井，必须使用高强陶粒。,32,谢谢！,33,