陳慶棟，周際永，陳維余，高雙，宋愛莉，張宸，安恒序

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

隨著低滲、特低滲及其他非常規(guī)儲層的不斷動用和開發(fā)，水力壓裂作為此類儲層高效改造的重要技術(shù)，起到越來越重要的作用[1-3]。在水力壓裂工藝中，形成具有較大滲流能力的支撐裂縫是實現(xiàn)高效改造的重要指標(biāo)[4-5]。

在壓裂施工效果預(yù)測中，需使用到裂縫的導(dǎo)流能力這一關(guān)鍵參數(shù)[6-8]。在進行壓裂工藝改造中，在施工的不同階段往往會泵入不同粒徑的支撐劑[9-10]，當(dāng)不同粒徑的支撐劑混合后，其導(dǎo)流能力與單一粒徑的支撐劑相比會產(chǎn)生一定的變化，無法使用單一支撐劑導(dǎo)流能力進行計算[11-12]。

因此需要開展不同粒徑支撐劑組合下的導(dǎo)流能力實驗，以探尋支撐劑組合對其導(dǎo)流能力影響的規(guī)律，最終為水力壓裂支撐裂縫導(dǎo)流能力和壓裂效果預(yù)測提供重要的基礎(chǔ)參數(shù)和指導(dǎo)。

1 支撐劑性能及實驗方法

1.1 支撐劑基本性能參數(shù)

實驗共選用了3 種陶粒進行相關(guān)物理性能評測實驗，首先根據(jù)《壓裂支撐劑性能測試推薦方法》（SY/T 5108—2014）對支撐劑的各項基本性能開展實驗評測，所選用的支撐劑各項指標(biāo)均符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要參數(shù)如表1所示。

表1 實驗用支撐劑基本性能評測結(jié)果

1.2 支撐劑導(dǎo)流能力評價實驗方法

實驗方法參照標(biāo)準(zhǔn)《壓裂支撐劑充填層短期導(dǎo)流能力評價推薦方法》（SY/T 6302—2009），實驗使用由API 標(biāo)準(zhǔn)制作的導(dǎo)流槽，導(dǎo)流槽鋪置面積為64.5 cm2。上下活塞、金屬板和導(dǎo)流室均使用不銹鋼材料制作，本實驗所使用的支撐劑導(dǎo)流能力實驗儀型號為FCS-842，由美國巖心公司生產(chǎn)。

2 支撐劑導(dǎo)流能力實驗結(jié)果及分析

2.1 支撐劑導(dǎo)流能力實驗

按前文所述實驗方法，對3 種陶粒的導(dǎo)流能力進行了測量，并開展了不同粒徑支撐劑組合下的導(dǎo)流能力測試，實驗鋪砂量均為5 kg·m-2。

支撐劑導(dǎo)流能力測試中，除單項支撐劑導(dǎo)流能力外，還按照質(zhì)量百分比開展了：50%20/40 陶粒+50%30/50 陶粒、50%30/50 陶粒+50%40/70 陶粒、70%30/50 陶粒+30%40/70 陶粒、50%20/40 陶粒+50%40/70 陶粒、30%20/40 陶粒+70%40/70 陶粒等5 項組合的導(dǎo)流能力測試，實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同粒徑支撐劑及其組合的導(dǎo)流能力

由實驗結(jié)果可知：

1）不同粒徑的陶粒導(dǎo)流能力有較大差別，并且整體上表現(xiàn)為隨著閉合壓力增大，導(dǎo)流能力差別縮小的特點。這是由于在低壓下，大粒徑的支撐劑顆粒間形成的支撐空間更大，具有更強的導(dǎo)流能力。在超過50 MPa 的高閉合壓力下，大粒徑支撐劑更容易產(chǎn)生變形和破碎、堵塞、支撐孔喉變小，進而導(dǎo)致導(dǎo)流能力下降更快，而小粒徑的支撐劑往往具有更好的抗破碎性能，其導(dǎo)流能力隨閉合壓力增大而下降的幅度較小。

2）從不同粒徑支撐劑組合下，可看出整體上也呈現(xiàn)出隨閉合壓力增大而導(dǎo)流能力降低的趨勢，且不同組合的支撐劑導(dǎo)流能力介于該組合的最大最小支撐劑的導(dǎo)流能力區(qū)間之內(nèi)，即有大粒徑支撐劑參與的組合，其導(dǎo)流能力整體上處于更高的水平。

3）從不同粒徑陶粒組合的導(dǎo)流能力來看，50%20/40 陶粒+50%30/50 陶粒、50%20/40 陶粒+50%40/70 陶粒相對比，前者導(dǎo)流能力更偏向于20/40 目陶粒和30/50 目陶粒導(dǎo)流能力的中間值，而后者則更偏向于40/70 目陶粒的導(dǎo)流能力值。這是由于當(dāng)支撐劑粒徑差別大時，小粒徑支撐劑會處于大粒徑支撐劑之間，使得組合支撐劑的支撐孔喉變小，從而使得其導(dǎo)流能力較低。

4）從不同粒徑陶粒組合的導(dǎo)流能力對比可知，某一粒徑支撐劑占比更高時，則該支撐劑組合的導(dǎo)流能力值更接近于占比更高的支撐劑。以50%30/50陶粒+50%40/70 陶粒、70%30/50 陶粒+30%40/70 陶粒這兩個組合為例，前者導(dǎo)流能力是30/50 目陶粒導(dǎo)流能力的0.79 倍，而后者組合的導(dǎo)流能力則是30/50 目陶粒導(dǎo)流能力的0.86 倍。

2.2 不同粒徑支撐劑組合下導(dǎo)流能力變化規(guī)律

為進一步深入分析不同粒徑支撐劑組合下導(dǎo)流能力的變化規(guī)律，由A 型支撐劑（導(dǎo)流能力為KWA）和B 型支撐劑（導(dǎo)流能力為KWB）按質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為m和n進行組合，組合后導(dǎo)流能力為KWH，本文設(shè)計了“導(dǎo)流能力保留率ηKW”這一參數(shù)，即：

對上文所述5 種組合的導(dǎo)流能力保留率進行計算，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同粒徑支撐劑組合的導(dǎo)流能力保留率

由以上不同粒徑支撐劑組合在不同閉合壓力下的導(dǎo)流能力保留率分析結(jié)果可知：

1）不同粒徑支撐劑組合在不同閉合壓力下，其導(dǎo)流能力保留率整體上處于一個較為穩(wěn)定的水平，但各種支撐劑組合的導(dǎo)流能力保留率數(shù)值整體上均小于1。

2）從不能閉合壓力對導(dǎo)流能力保留率的影響來看，20/40 目陶粒參與的組合受閉合壓力變化的影響較大，分析是由于20/40 目陶粒導(dǎo)流能力受閉合壓力影響大，而與其他粒徑支撐劑組合后整體上導(dǎo)流能力變化較小，最終表現(xiàn)出導(dǎo)流能力保留率變化較大的特點。

3）當(dāng)兩種支撐劑粒徑差距較小時，二者進行組合后，其導(dǎo)流能力保留率處于較高的水平，這是由于二者粒徑差距小，匹配度高，進而使得導(dǎo)流能力保持在較高的水平。

4）當(dāng)兩種支撐劑粒徑差距較大時，即20/40 目陶粒和40/70 目陶粒進行組合，可明顯地觀察出這種組合的導(dǎo)流能力保留率較低，最低值僅為60.91%。這種組合的導(dǎo)流能力保留率在50 MPa 后有上揚趨勢，分析是由于20/40 陶粒在50 MPa 后會產(chǎn)生破碎，導(dǎo)流能力急劇下降，而這種組合的導(dǎo)流能力整體處于較低水平，且隨閉合壓力的變化較小，最終導(dǎo)致導(dǎo)流能力保留率處于較高的水平。

3 結(jié) 論

1）支撐劑導(dǎo)流能力與支撐劑粒徑成正相關(guān)的關(guān)系，在多種支撐劑進行組合時，若要獲得更大的導(dǎo)流能力，則需要有大粒徑的支撐劑參與組合。

2）不同粒徑支撐劑組合后，導(dǎo)流能力介于該組合的最大最小兩種支撐劑的導(dǎo)流能力區(qū)間之內(nèi)。

3）在不同粒徑支撐劑組合時，當(dāng)某一粒徑支撐劑占比更高時，則該支撐劑組合的導(dǎo)流能力值更接近于占比更高的支撐劑。

4）支撐劑粒徑差別大時，小粒徑支撐劑會處于大粒徑支撐劑之間，使得組合支撐劑的支撐孔喉變小，從而使得其導(dǎo)流能力較低。并且粒徑差別大的組合導(dǎo)流能力保留率較低，受閉合壓力的影響大。因此在礦場壓裂施工中，進行不同粒徑組合時，需充分考慮二者粒徑的匹配性，以實現(xiàn)更好的改造效果。

5）建議下步開展更詳細的不同類型、不同粒徑支撐劑及其組合的導(dǎo)流能力評測實驗，進一步深入探尋支撐劑組合導(dǎo)流能力主要影響因素和變化規(guī)律，并基于此導(dǎo)流能力實驗數(shù)據(jù)開展支撐劑在不同閉合壓力和不同占比下的支撐劑組合導(dǎo)流能力預(yù)測數(shù)學(xué)模型，以實現(xiàn)對導(dǎo)流能力的精確預(yù)測，最終為水力壓裂效果預(yù)測提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。