spe-135502 页岩储层支撑剂选择跟其对压裂结果的影响新.doc

PAGE 第 PAGE 23 页 共 NUMPAGES 24 页 SPE135502 页岩储层支撑剂选择及其对压裂效果的影响 一、摘要 自从引入水力压裂，人们就试图建立室内试验参数，帮助现场操作人员和服务公司进行支撑剂的优选，以适应现场需求。其中一个典型的例子就是开发了支撑剂的“长期导流能力实验”。虽然对于模拟井下条件的支撑剂状态是一个巨大的飞跃，但是仍然对许多影响支撑剂有效性的因素描述不够，例如： 裂缝内的支撑剂碎屑的产生和运移 支撑剂对循环应力变化的抵抗能力 裂缝面的支撑剂嵌入 裂缝内支撑剂回流和支撑剂充填层的重新铺置 井下支撑剂的结垢 目前大多数支撑剂的选择都是根据支撑剂的标准导流能力（要求高导流能力）以及其价格和实用性。这些看似合理的方法，却可能冒着忽略或者过低估算其他井下临界条件的风险。 为了更好定义特定应用条件下最有效支撑剂的组成，就需要给出不同页岩层完井条件对支撑剂的影响。对于各种支撑剂的选择条件下的生产历史进行分析。为了更好的了解支撑剂对产量的影响，需要进行一系列在地层条件下的支撑剂实验。这些实验将给出这些因素（例如，支撑剂碎屑、循环应力、嵌入、回流以及结垢）对支撑剂性能带来的影响，从而解释和佐证支撑剂现场应用的结果。 二、简介 本文对美国目前热点的3个地区的许多压裂现场施工结果进行了回顾包括：（1）阿肯色州(美国中南部的州，Arkansas)的Fayetteville页岩；（2）北达科他(Dakota，美国过去一地区名, 现分为南、北达科他州，Noth Dakota应该为北达科他) 的 Bakken页岩；（3）路易斯安那北部的Haynesville 页岩, (美国南部的州名Louisiana)。对这些地区的油藏特点、支撑剂类型、压后产量进行了调查分析。本文对支撑剂的研究就是利用了来自这三个地区的结果。在Fayetteville页岩压裂用的是无包裹的压裂砂（UFS），Bakken页岩压裂用的是树脂包裹砂（CRCS）、无包裹的轻质陶粒（LWC）、树脂砂。Haynesville页岩压裂用的是轻质陶粒和树脂砂。 根据3个地区的油藏和储层的特点，本文假设 CRCS颗粒与颗粒间的连接应该能够提供较高的井下裂缝导流能力（FC），保障单井压后较高产量。 为了验证这个假设，利用每个地区储层的岩心样品进行了常规的长期导流能力实验。目的是更为精确的模拟地层温度、压力、流体、岩石属性条件下的支撑剂性能。 在Fayetteville页岩中除了进行支撑剂碎屑的生成和运移研究，也进行支撑剂回流研究。同时也引进了有效导流能力（EC）实验。有效导流能力实验是模拟井下条件时裂缝内流体高速流动引起的支撑剂的碎屑、运移和引起裂缝渗透率降低的支撑剂性能的评价方法，是更为接近真实状况的一种实验方法。在Bakken页岩对支撑剂的碎屑、支撑剂嵌入进行研究，最后对Haynesville页岩的支撑剂填充层在循环应力下的重新铺置、支撑剂嵌入、结垢进行调查分析。 我们在这3个地区，就这些影响因素对井下裂缝导流带来在综合影响以及对压后单井产量的影响进行了调查。在室内实验、文献调研和与服务公司的操作人员讨论的基础上，我们给出了在各各地区影响裂缝导流（FC）的各种因素的权重。统计分析了每个页岩地区的单井压后产量和所用的支撑剂类型，并进行了对比分析。然后计算了裂缝的导流能力关系（FCC），并量化了单井产量和裂缝导流能力之间的关系。 分析表明，三个地区在支撑剂类型、更接近真实情况的（储层状态）实验条件下进行的支撑剂的性能测试结果与压后产量间有着一定的关系。研究也证明树脂砂（CRCS）好于无包裹的压裂砂（UFS）和轻质陶粒（LWC）。 三、选择支撑剂的因素研究 3.1支撑剂碎屑的生成和运移 支撑剂碎屑是闭合应力引起的支撑剂颗粒破碎而所产生的细小微粒。这些颗粒降低了裂缝的孔隙度和渗透率。支撑剂的碎屑是引起支撑剂导流能力降低的主要原因。Coulter等人（1972）计算出5%的支撑剂破碎会降低62%的裂缝导流。这个结果与Lacy等人（1977）年的研究结果5%的碎屑降低54%的裂缝导流能力相近。当支撑剂碎屑向井筒运移时，他们可能进一步降低裂缝的导流。 Nolte（1988）提出裂缝闭合在支撑剂上的应力等于储层的最小就地应力。王（2005）可以通过计算裂缝压力梯度乘以射孔段中深计算裂缝闭合在支撑剂上的应力。随着地层温度的升高和裂缝闭合应力的增加，支撑剂开始破碎并生成碎屑。破碎的支撑剂颗粒降低了裂缝的宽度，降低了流体向井筒的流动速度。这些颗粒在支撑剂充填层中运移，降低支撑剂的渗透率和导流。 如API RP-56, API RP-58, API RP-60以及ISO 13503-2等用来测量支撑剂的碎屑（Freeman等人，2009）是标准化实验通常是在不模拟潮湿和热条件下建立