撑剂评价与优选选

撑剂评价与优选选第1页/共25页一概述

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发展历史第2页/共25页一概述

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重要性第3页/共25页二、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。第4页/共25页二支撑剂性能评价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（%）（0.45—0.90）≥90

≥90

抗破碎能力（%）（28MPa）≤14

/

抗破碎能力（%）（52—69MPa）/≤10酸溶解度（%）≤5≤5浊度（NTU）≤100≤100

表1支撑剂的主要性能指标第5页/共25页二支撑剂性能评价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。

第6页/共25页二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>1.00.101.570.6318/201.0-0.96.9511.995.5620/240.8-0.924/300.8-0.6348.0447.1571.18

表2支撑剂粒度组成第7页/共25页30/350.63-0.531.2530.4419.8735/450.5-0.47.086.652.5545/550.4-0.3152.361.510.20<55<0.3154.220.690.01符号规格质量百分比（%）86.3784.2493.60第8页/共25页二、支撑剂性能评价

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Φ0.63-0.8mm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。第9页/共25页二支撑剂性能评价

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。第10页/共25页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。

第11页/共25页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。

第12页/共25页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

第13页/共25页三、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/m2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。

第14页/共25页三、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。

第15页/共25页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。

第16页/共25页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。

第17页/共25页三、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。

第18页/共25页四支撑剂的优选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。

第19页/共25页四支撑剂的优选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。

第20页/共25页四支撑剂的优选1概述

在选择支撑剂时应考虑以下因素：①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；②支撑剂的经济效益。

第21页/共25页四支撑剂的优选2选择步骤①使用方法，给出一个裂缝支撑半长Xf：②利用公式计算出30天的无因次时间tD

；③根据表选择最佳的无因次导流能力值；④计算在最优化无因次导流能力所需要的支撑剂渗透率；⑤建立常用支撑剂导流能力与闭合压力的关系曲线；⑥计算有效支撑剂渗透率和无因次裂缝导流能力；⑦选出可以满足要求的支撑剂类型和粒径。

第22页/共25页四、支撑剂的优选3、目前现状鉴于目前我局支撑剂的现状（主