支撑剂导流能力.doc

重庆科技学院学生毕业设计（论文）外 文 译 文学 院 石油与天然气工程学院 专业班级 石油转12级1班 学生姓名 黄小芳 学 号 2012520274 0译自SPE94666 支撑剂压裂导流能力 摘要 这个工业有个明显有效评估支撑剂能力的方法用于水力压裂系统。这个概念是各种极大限度的帮助水力压裂井获得最优的产量的方法的一致性的目标获得的。 这篇论文呈现两种机制，可以明显增加在支撑生产力怎样使压裂导流能力最优化的理解。这个突出方法是用于支撑剂流过井中和刺激产层的物质；但是，在实际生产中，机械压裂中可直接导致产层表面的活动性很强的结果，是泵入支撑剂的重要的部分。 在矿物表面有细小的化学反应发生，这个反应与在实验室用老化的表面是不同的。例如，聚合物的冷凝液在刚刚发生变化的表面可能导致聚合物链在表面发生断裂。这些断裂阻止了一些通过正常破胶运移和打破聚集的聚合物、细粉、碎屑的形式，导致渗透率明显下降和流体的发现量减少。 经过处理后，压力解除了还有井筒内也清洗干净了，温度梯度和压力梯度很高；支撑剂明显破碎而且形成材料可能发生断裂走向一个平衡。压裂流体的高离子拉力作用压力，尤其是在高PH值时，可能促进矿物快速成岩作用从而导致支撑剂的压实作用和嵌入作用，还有结晶状过渡生长渗透率下降。 这篇论文有实验数据和现场数据支持在薄，非导电性强聚合物成薄膜状覆盖在支撑剂的表面的条件在可长期导致矿物的溶解速度减小、压实作用、成岩作用及聚合物断裂的结论。油田数据表示这个方法可以有效的提高压裂流体能力和井的产量。引言 从最早50年前的应用看出，产层的水力压裂证明可以有效的提高碳氢化合物生产速度。然后。当多读刺激产率时，产率在快速增长几个月后就会减小到最初的产率或者是更低。在水力压裂的早期，是用低聚集的砂岩作为支撑剂，这种材料通常在水力压裂作用一年后也没多大效果。 对支撑剂刺激效果中速度的减少的研究持续到了今天，现在通常被接受的观念是支撑剂可以保持裂缝的宽度和为井提供良好的导流能力。这些支撑剂必须足够的强大从而在一口井的生产过程中承受各种压力。如果这些矿物被压碎，之后的支撑剂压实作用的能力将会减小、导流能力减小、井的产量减小。 现在通常被接受的是在生产过程中，机械力使水力压裂的压实作用明显增强，当压力下降到最低值时，油藏压力开始减小，这些都可以使支撑剂有较高的压力。在更高的闭合压力下，生产过程中支撑剂的压实、压碎和支撑剂嵌入产层一样，都能导致导流能力的下降。 为了排除压力，支撑剂的高拉力，较多支撑剂的集中运用的影响。支撑剂的材料要宽度广泛变化，大小均匀及纯度很高。通过很大的努力，支撑剂精确的预测产能机械性能的量化能力扩大了。已经研究发展了，在矿物的拉力，球度，大小，大小的分布及它们对导流能力的影响的众多关系。除此之外，由于更多压力流体本质性能的影响，为了提高的支撑剂集中能力和压裂宽度，也研究了压裂流体影响的性能关系。 使用RPC降低支撑剂的生产在生产过程中发现,树脂涂层可以提供导电性能显著改善。支撑剂形式的典型对比如图一所示。很多的机械学家提出怎么解释覆盖在支撑剂表面薄的树脂表现形式。分析现有的数据可以看出，如果在较高压力下RPC的现象比用石英做支撑剂的效果明显。然而，这个还不能合理的解释，支撑剂上软而薄的树脂涂层可以在树脂压力小于支撑剂表面本身覆盖的提高额外的拉力。 更有可能的解释,已被用于解释在水力压裂中明显提高导流能力，通过对RPCS树脂涂层被压缩和细粉被压碎还有阻止这些细粉的移动和随后支撑剂空隙的堵塞的观察。 没有硬化的树脂 最近很流行在支撑剂的表面涂抹没有硬化的树脂，比起本身支撑剂水利压力的导流能力明显的增强了。提出了支撑能力的增强由于树脂涂层薄层的黏性的能力影响了支撑剂的几个性能。这些没有硬化的树脂涉及表面的改进的动因（SMAs）。 其中一个性能的性能，通过在支撑剂表面涂上SMA导流能力在底闭合压力明显增加，根据报道导流能力增加了了20%到30%。其中一个解释这种增强的原因是在压力作用在，黏性的SMA一个明显的较高阻力重新分布成最大密度。由于聚集团的宽度扩大，从而聚集团的孔隙度和渗透率增大。 另一种机制认为保持高导流能力是当支撑剂摧毁时由于中超充填在黏性的SMA中，有细粉的填充。由于这些细粉的存在还有细粉的移动的限定，细粉迁移造成的堵塞是很小的。在一种较小的条件下，有SMA充填的支撑剂的形式很稳定而且灵活，在产层和聚集团有粘性的支撑剂的聚集团表面，这个表面扮演者过滤器的作用，阻止细粉进入产层和相关的支撑剂，从而有一个稳定效果的压裂宽度。 SMA的应用结果 由于商业和政治的原因用充填SMA的支撑剂刺激井生产的数据很难获得。然而，通过大量的主观言语阐明了一些结论。早期报道的生产数据如图2所示。证明了比起用了SMA的井，没有用SMA刺激井产量的井产量以明显较大的速率减小。在稳产后，平均日生产速度有一个较小的增加。原因是主要由于SMA的影响产量适当的降低。除此之外，还说明了当日产量速度受到较小影响，有SMA刺激的井产量不会变化，然后井停产对没有采取措施的井有明显的影响。最近，SMA在高速液体压裂的应用的结果指出，可以显著提高压裂过程中液体的回收率，尤其是当用低聚合物减少堵塞物的摩擦。通过这些观察引发了这篇论文主旨问题。其他支撑剂压实稳定、表面稳定、有树脂充填的支撑剂细粉的状态的机制问题？支撑剂导流能力 在水力压裂中用支撑剂保持裂缝宽度具有代表性的方法中，允许研究比较支撑剂原料颗粒状。一个典型的数据如图1所示。这些方法合理的证明了在实际油藏下，经济生产选择中工程设计可预测支撑剂的动态。 在测试协议中主要的生成缝是当到达稳定导流能力形成，但是导流能力是在一定压力和温度下，灵活的时间（大约2天）决定的。这个数据通常是通过时间来记录导流能力（如图1）。因此忽略了正在进行的细小变化。通过较大的努力，在测试协议最小的问题发展联系由于颗粒的侵入、夹具的腐蚀及支撑剂的溶解让导流能力逐渐失去。然而，在很多情况下应该继续观察逐渐下降的导流能力。Cobb et al.（如图2所示）说明了有一种很特别的装置能排除其他所有渗透率的机械影响比起将支撑剂压碎。这些测试需在一个较长的时间框架下才会表现出来(在时间油藏下，需要70-80天)，图3还证明即使测试开始导流能力还会继续下降。这是另一种渗透率减小的机制原因吗？支撑剂的嵌入 由于产层底部被支撑剂压裂能产生不同程度的裂缝可产生较高的机械压力。Penny对砂、密度均匀的铝土矿、树脂砂充填的支撑剂进行比较，将它们分别放入Ohio砂岩病利用API导流能力单元提供闭合压力。图4表示的是支撑剂以20/30网孔嵌入Ohio砂岩层的岩心晶片形成的裂缝。通过推测，随着闭合压力的增大，石英和氧化铝的支撑剂嵌入深度都增大增。但是，到达作用拉力时，含氧化铝的支撑剂的嵌入深度更大。这些裂缝的大小与树脂充填的支撑剂有显著的不同。如果嵌入是一个纯粹的机械压碎过程，为什么会在这里存在不同呢？在造缝中产生的碎片出现与两种典型的支撑剂不同。如果是真的不同？为什么这样？ 基本上有树脂充填含二氧化硅的支撑剂都不能嵌入。传统的解释是嵌入时缺少RPC，RPC也就是树脂充填可以更好的金融Ohio砂岩晶片的表面。然后，它在薄的树脂产层中的应用还是有很多的疑问，很多次比石英充填的更软，在闭合压力下不容易穿过，这是正常的嵌入Ohio砂岩，要是是迁移运送。这里有更好的解释吗？支撑剂的溶解度众所周知二氧化硅能很好的溶于水中而且溶解度随温度的升高而增大。所有通常假设在支撑剂中这不是一个重要的问题，因为水已经在油藏存在和很长的时间而且在油藏条件下呈饱和状态。Weaver提出稠油油藏循环蒸汽注入井中，注入热水穿过不同砾石充填支撑剂。在流速550F、PH=11下、水的压力为1200psi的条件下发现石英砂的溶解速度很快。在10000孔隙体积的吞吐量下，大约77%的重力消失。没有机制的闭合压力填充。在测试中保持填充渗透率和效果测试揭示比起失去支撑剂的聚集和体积没有出现充填摧毁的现象。其他两个支撑剂的研究组织生动的描述了不同的结果。在相同条件下，支撑剂含中性拉力的氧化铝将至少失重60%还失去充填物的渗透率。效果测试揭示了热流将会广泛的摧毁支撑剂。不用大小的目视检查图如图五所示。 由于空隙被堵塞或者空隙被无特定状态的空隙物堵塞结晶材料过渡生长，支撑剂将加固。关闭对结晶过渡生长的观察得出，生长是由于支撑剂表面进入空隙。对材料进行X射线发现支撑剂的加固与方弗石有关。在相同条件下，高拉力含锗的支撑剂将失重36%。然而，渗透率明显的减小。图6表示这种支撑剂，空隙中晶体的过渡生长的典型。图7是SPE文献20025预估化，石英砂包裹的树脂材料在相同测试下的照片，而且在相同条件下进行评价。在测试中，充填物的渗透率保持不变，在测试之后空隙中的材料将摧毁。可测量出明显的失重和树脂出现空壳。在效果测试中指出在产生裂缝时能溶解二氧化硅和不充分的树脂。没有摧毁的树脂阻止析出过程。Underdown的报道中，发现和指出了系统PH的重要性。 支撑剂可以在水中溶解并且随后像空隙物一样沉淀？摧毁渗透率的最小量可以计算？树脂包裹可减轻这个过程？在压力溶解和压实下支撑剂的成岩作用成岩作用是在相对较低温度和压力下质变的沉积物进入岩石，可以改变岩石最初的矿物成分和质地。现在通常认为由于上覆岩层连续性的沉积的作用使沉积物压实。通过沉积加固了岩石中的粒子。这个过程通常是很缓慢的，要有几个世纪才会看到明显的变化。这是典型的成岩作用，这个作用可以使压裂支撑剂的导流能力明显下降。Yasuhara et al 报道了在最终压力35Mpa(5145Psi)，温度在75-300空隙度将减小而且孔隙度最终的降级量与温度呈正比。在完全溶解压实和修正从几个世纪到压裂坐在的年份温度是增加的变化的影响得出最终孔隙度的渐近线在15%（300）到25%（74）。 目前，已经很好的了解支撑剂的拉力、嵌入、细粉堵塞这些工程上的性能。然而，在油藏中水力压裂用的支撑剂的矿物成分化学性质还没有好好的研究。这是典型成岩作用仅仅是在压裂的支撑剂中的化学过程导致孔隙度下降吗？图 8真是的是理想化穿过充填层压裂。在充足的时间（也许几个世纪？）和闭合压力下，充填层将压缩。一些支撑剂将会破损、埋没。也许一些会像预期那样溶解。但是，任何这些机制对压裂生产寿命过程有影响？这个过程必须遵守压力溶解和沉淀的沉积准则。图9展示的是压实作用的机械过程。当两中水润湿性的支撑剂在高张力点下聚集。由于二氧化硅溶解，定位的支撑剂的溶解能力在高负荷量的区域增加的很快。在较小张力下，通过水薄层扩散到空隙空间体积，溶剂达到高饱和而且充满了二氧化硅。由于支撑剂的形状从最初的圆球装变化成椭圆的状态孔隙度和渗透率都将减小。 图10中，（1）支撑剂大小、油藏温度、在压实作用下闭合压力增大的影响。（2）充填孔隙度下降。每条孔隙度曲线开始的点都是37%，表格反应了空隙度的百分比。 这种压实模型是在低温、浅井、压力不变还有压实不是影响因素的情况下，但是温度，压力增加，渗透率的变化会让压裂中支撑剂的导流能力下降。在温度大约200，压力50Mpa（7350Psi）下的油藏，最初填塞的空隙只有17%会增大在仅仅压裂10天后。 这个模型假设了材料的接触是一样的还有没有潜在较大的化学反应。如果用不同材料将会有什么改变？ 支撑剂的溶解和沉淀在实际运用中，在压裂中支撑剂的代替在化学组成上与其在产层和矿物的水润湿性不同。因此，潜在的不同化学因素可能发生反应和在不相似的金属间发生电流腐蚀造成明显的驱动力。Schott et al.提出了以二氧化硅晶体为材料的化学亲合力和动力学溶解两方面很好的讨论。他们指出在大多数可控的因素是材料中氧化铝和二氧化硅的比。氧化铝的比重越高，溶解速度越快发生重结晶的可能性越大。图13说明了含氧化铝的支撑剂溶解和重结晶过程的影响。在Ohio砂岩层中，开始Si /Al的比为8.4，支撑剂的比为0.9 。空洞中出现压迹时需要考虑支撑剂周围出现碎屑颗粒，然而，X射线分析得出了Si /Al的比4.9 。忽略测试材料在自然材料中找到支撑剂颗粒的结合和Si /Al的比4.3。通常排除了表面晶体的增长，当很多很多不同晶体组合在一起呈饱和状态，这时的Si /Al的比有明显的不同。支撑剂运用时的化学反应与产层中的复杂化学反应不同，这个过程简单的模型还没有找到。图14直接证明了矿物在井底过渡生长。从数据可以看出在洗井操作过程中，压裂能将含氧化铝的支撑剂粒子恢复。从角标看出其他支撑剂细微结合的地方。结合形成的矿物材料是菱铁矿。这个清晰的证明孔隙度减小的概念，压裂过程中真实存在成岩作用。支撑剂溶解和压实对产量的影响 压裂井产量的产生效果的时间预测由压裂导流能力提供，指出空隙填充过程可能对产量有影响。孔隙度减小曲线如图12所示。从图看出通过Karman-Kozemy公式，时间是导流能力减小决定。清楚得说明了在150的油藏，这中机械毁坏提供了潜在的解释为什么这么多的压力刺激处理没有预期的效果。延迟压力溶解和压实 迹象指出在压裂过程中一直存在溶解、压力溶解、压实。在很多油藏中，由于严峻的环境随时间生产速度下降和失去裂缝宽度和导流能力。迹象指出RCPs的状态在腐蚀环境很不一样，提出树脂可能减小溶解、压压力溶解、压实的速度的应用。 图16是用API导流能力测试150F和闭合压力6000Psi下，含SMA的砂岩和不含SMA的砂岩进入Ohio砂岩核心晶片嵌入的比较。由于SMA是没有硬化的树脂包含液体，没有承受压力载荷的能力。图4描述对硬化RCPs的观察的解释。数据明显支持SMA对细粉的稳定和填塞的稳定的观点。这个测试指出支撑剂的溶解、压力溶解、压实的减小率对产量的减小有很大的影响。这个过程是由于SMA和硬化的树脂中水相的排斥和持久稳定。认为阻止产层中必要的水在接触点要求压实过程的课操作性，大大的减少了压实的速率。压裂处理用SMA40/70网孔的砂做支撑剂可使井产量中很好。用SMA可以确定溶解、压力溶解、压实的最小值？另外，据报道这些井将更快恢复压裂流体和比起不用处理的砂更有效率。 用树脂包裹支撑剂可以提高流体的恢复能力吗？岩石和压裂流体 这个行业应用发展了异常难懂和控制压裂流体的化学性质要求在设计水力压裂中必须成功的代替支撑剂的不均质性。然而，较小的考虑了压裂流体对支撑剂、产层、才形成的压裂表面的影响。在压裂过程中支撑剂的破坏和磨损和油藏中发生化学反应激活表面产生的碎屑一样。 用离子键平衡流体和粘土稳定聚合物解决了产层受到破坏的最小值。用高活跃的聚合物薄怀重新移动聚合物的残渣解决导流能力受到破坏。还有其他方面的努力成果包括用集中较低分子量的聚合物或者用自由的聚合物流体的压裂液；通过这些方法，液体丧失了一些性能限制了流体充分代替支撑剂的能力。 很多的实验室研究没有用刚创造新鲜高活跃的表面，而且井中风化材料在井底没有真实的状态。图17说明平衡的石英表面的分子模型。如果我们在岩石压裂或者支撑剂的毁坏中用机械方法可能将石英裂开，我们在化学粘合不是很合适的表面建立新的表面。这些表面有很好的化学潜在能力和很多矿物接近它们是可以迅速的发生反应。图18说明破坏二氧化硅分子重新粘合成两个活跃性强的部分中可能的化学反应。硅-氧粘合可以破坏水力压裂中一对自由的原子团或者水力压裂组成粒子对。机械方法能坑导致同样的结果；那就是，它可以快速与靠近它的活跃矿物联合。显然，最流行的材料是水；然而，粘性水力压裂流体几乎和水的反应一样而且在活动产层的表面更容易比水集中。这就提高了在活跃矿物表面粘合的机率。（图18）。然后成为固定的。其他的矿物，如不含饱和的表面活性剂，可能与活跃表面迅速反应然后变得固定。在压裂处理过程中，要求大量的水，和其他的化学物质适应新的矿物生成的表面。根据分子和化学计量计算。这个新表面生成是在压裂表面基于压裂维度要求有一定体积的水。在压裂和压裂闭合的过程中，支撑剂的损害产生了新的表面，从而获得了大量的水。在API导流能力测试中，基于支撑剂破坏的系数为2.5，这个系数不是之前预期的所有增加了支撑剂的表面区域。一定体积的水要求适应产生不可逆转的消耗的新表面能使分子联合和在负载是不会恢复。它成为岩石的一部分。如果聚合物固定在矿物的表面，通过自然凝胶破坏可以让聚合物耐移动。它为导流能力破坏细粉成为聚集状和絮凝物提提供看区域。在接下来，如果用树脂包裹支撑剂如SMA，它可以让表面与水和与水相似的物质隔离，因此阻止或减小与表面反应的速度。实验研究和油田测试都证明了这个方法。图19说明了一种流行低分子的聚合物压裂流体系统中SMA阻止破坏的影响。图20证明用含SMA的支撑剂阻止凝胶破坏可提供液体的开采率。结论（1） 在压裂刺激井中，由于支撑剂充填层失去空隙可以让产量大大减小。（2） 支撑剂的嵌入成岩作用另一种可能导致支撑剂充填层宽度减小和支撑剂充填层空隙由于溶解、压力溶解和压实作用的机械机制。这个加剧了油藏温度和压力的增加，根据产量的加速下降可得出水力压裂刺激处理的表面不佳。（3） 成岩作用的速度与支撑剂的大小成反比。以含氧化铝或锗的支撑剂的成岩速度很快，另外在特定条件下会发生空隙充填反应。（4） 以前由于只有机械的方式，在不同材料中相似的化学反应可能在支撑剂嵌入中占了很大比例。（5） 具有代表性的导流能力方法之提供了支撑剂充填层最初的导流条件和提供了点点信息在长期导流能力和导流速度。（6） 可以从生产速度减小观察出，支撑剂表面有硬化材料和没有硬化材料的树脂证明了在长时间下对水力压裂有影响。以前证明了如支撑剂充填层稳定性、产层充填层接触面稳定性、细分稳定机制，这些不是产量提高的唯一机制。（7） 用树脂包裹可阻止聚合物与活跃的表面反应，从而提高压裂流体的采收率和减小聚合物的破坏。图1 一些支撑剂压实典型的压裂导流能力。在较高压力下，含石英树脂的支撑剂的表现状态比石英支撑剂要好，可以得出树脂包裹可以增加支撑剂作用的能力 图2 早期Lehman et al.出版的用相同大小和典型20/40网孔的支撑剂压裂刺激相邻两口井的测试生产数据 图3 Cobb et al.用特殊设计的流动系统回避了腐蚀和流体污染的影响证明了在长时期下，在一个明显的速率下导流能力持续下降获得的长时间下导流能力的一系列典型数 图4 在多变的闭合压力和温度条件下，用20/40网孔的支撑剂嵌入Ohio砂岩Penny照的具有代表性的照片。得出几乎消除了树脂涂层支撑剂埋入 图5 在压力为1200Psi的系统下，液流550F的水流过含氧化铝中等强度支撑剂3天的一些列照片 图6在压力为1200Psi的系统下，液流550F的水流过含石英中等强度支撑剂3天的一些列照片 图7 液流550F的水流过预塑化的充填层，在压力为1200Psi的系统下在树脂包裹的石英砂的结果。完全溶解，在岩石中出现空隙充填残留 图8 示意图说明了用不同大小的支撑剂充填压裂可能要承受成岩作用的压实从而失去压裂的宽度、充填空隙和渗透率 图9 在机械压力溶解过程的压实作用。在粒间接触时，由于高定位压力引起矿物的溶解能力增加矿物溶于水中。从水中溶解扩散到超饱和沉积的气孔中，从而使产量下降。 图10 由于压裂溶解和沉淀反应压实驱动对闭合压力的影响 图11 由于压裂溶解和沉淀反应压实驱动对油藏温度的影响 图12 由于压裂溶解和沉淀反应压实驱动对支撑剂大小的影响 图13 一系列显微照片说明在6000Psi闭合压力和225F下的API导流能力测试中用20/40网孔的陶制支撑剂嵌入Ohio砂岩层的状态。左上角支撑剂颗粒。由于支撑剂周围有碎屑所有没有在Ohio砂岩层货陶制中发现。而是一个新的氧化铝材料。右上角的镜头特写说明了一些新的材料真实的粘合在支撑剂的颗粒上。较低的左边区域有刚开始过渡生长的晶体。较低的右边是晶体过渡生长的特写镜头 图14 在井中发现含氧化铝的支撑剂，粘合在其他支撑剂的颗粒上。这次物质是一直能沉淀的菱铁矿 图15 Yasuhara, et al.在初始压力20Mpa，1mD，150的油藏，用200微米支撑剂充填，刺激压裂生产的状态特性图16 分别同涂有SMA和没有涂SMA的砂进入Opio砂岩空隙的压实嵌入（API导流能力测试，150F，闭合压力6000Psi） 图17 一部分石英的分子模型说明机械作用产生压裂。创造了包括高能量活跃不能粘合的两个新的表面 图18 一些可能的化学反应导致水消耗为了适应新的形成，创造了矿物表面和聚合物机制的固定 图19 在20/40网孔，150F用API导流能力处理得出树脂涂层减少聚合物对充填层的影响。涂有SMA和没有涂有SMA，有高表表现和没高表现砂的直接压实作用，低聚合物压裂流体用适当的破碎机。没有胶结，SMA的测试作为基础线和一些它其他标准化值。涂有SMA是最小化胶结破坏的支撑剂导流能力的两倍多 图20 比较涂有SMA和不涂SMA的砂岩流体的开采效率。两个充满了支撑剂流体和在24小时关闭允许酶破碎机降低瓜尔胶和聚合物。涂有SMA的砂岩提高了充填层的神都了，此外，它清理更快更有效率参考文献1. 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