支撑剂检测技术.docxVIP

支撑剂检测技术

1导流能力降低的机理

很久以来人们一直强调简化了的实验室试验无法确定支撑剂在时间条件下的真实性能。建立了导流能力测试的标准化程序的API委员会声明：注意，该出版物中的测试程序不是为了提供在井下储层条件下的支撑剂导流能力的实际值，进一步澄清到时间（几天内）、增加的温度、压裂液残渣、嵌入以及地层微粒扩散会使支撑剂填充层的导流能力降低90%或更多。[API,1989][23]。Barreeetal(2003)[24]、Palischetal(2007)[25]及Vincent(2009)[26]所发表的较新的文献都阐明了与基准试验的测量结果相比，这些破坏因素的累积效果能使有效的流动能力降低95%至99.9%，如图1所示。不幸的是，很多工程师都在用已出版的数据来进行错误地设计，结果导致产生很差的裂缝，导流能力不充分。

图1，即使在支撑剂均匀分布的简单平面压裂中，视导流能力也常常比在6000psi闭合应力条件下用标准测试程序测得的公开发表的数据要低50-1000倍。这些降低一定要用所有应力情况下的所有支撑剂类型。图中所示的所有数据都是20/40支撑剂的。[Vincent,2009][26]

公开发表的导流能力数据是在标准条件下测得的，并且几乎没有几个模型能自动进行恰当的调整，这些迫使工程师不得不手动调整导流能力对预计的条件进行解释。尽管图1a中的最终导流能力看上去很低，在有乳胶、腊或沥青沉淀的储层中，在非常软的地层中遭遇更大范围的支撑剂嵌入及地层剥落情况，或者在环境更恶劣的储层中还会出现其他的导流能力损失。图1a中标注的这些导流能力损失好像很可能代表了“最好案例”的导流能力，裂缝中的支撑剂均匀分布并且与液体有完美的配伍性。因为实际的裂缝不会有完全均质的孔和完全均匀分布的支撑剂，实际获得的导流能力会进一步降低[Vincent2009][26]。造成支撑剂充填裂缝中（更低的视导流能力）比预期压力损失更大的主要机理归类如表1.

表4公认的影响支撑充填裂缝导流能力的机理

伤害类型

引起压力大量损失的伤害机理

孔隙度、裂缝宽度造成的物理损失

颗粒压碎，支撑剂填充层重新排布，挤压

颗粒嵌入裂缝面;

地层物质剥落，污染支撑剂填充区;

环向应力加载增加颗粒破碎和重新排布;

所得支撑剂的浓度低迫使形成窄缝;

裂缝面上的胶液滤饼导致有效宽度降低;

胶液残渣扩散占据孔隙度;

复杂流体流动模型导致压力损失比在低速流动试验中获得的压力损失要大

由于支撑剂颗粒周围曲线流道产生的流体惰性导致非达西压力损失（甚至在最适度的层状生产率的情况下也很严重）;

流体紊流（只在高生产率时严重）;

多相流;

乳胶、泡沫、沫子、雾状流导致压力损失过大;

非线性裂缝形状

负责裂缝形状会增加流道的总长度和流道的弯曲度;

支撑剂不完全均匀分布

不规则充填会导致更严重的支撑剂破碎和嵌入，并且引起瓶颈或孔道限制区

不确定的或多种伤害机理

随时间连续的降解;

某些支撑剂类型的热降解

支撑剂的化学降解

支撑剂溶解引起颗粒直径或强度降低（尤其是在注酸或注蒸汽时）；

应力腐蚀、压力溶解、静疲劳；

硫酸盐沉淀或碳酸盐结垢；

腊或沥青质沉淀

还有大量的SPE文献描述了由于力学伤害和胶液残渣引起的导流能力损失，就不在此回顾了。一篇更加精确描述真实裂缝中支撑剂排列及分布的文献值得一提，但是超过了本文的范畴。而本文将主要讨论较新的问题，即与温度升高或延长持续时间相关并且继续化学作用伤害支撑剂的降解问题。

2延时试验过程中支撑剂的性能

应当注意所有支撑剂的伤害都是瞬时的。已经有许多实验室试验已经研究过各种条件下支撑剂随时间的性能变化情况。McDaniel(1986)[27]测试了8000psi的围压应力下砂砾、树脂包裹砂及3种陶粒支撑剂（图2a）。15天之内，砂砾损失了80%的流动能力，树脂包裹砂损失了55%，陶粒损失了25-30%。McDaniel指出无论支撑剂在盐水里或是在干氮气中都出现了类似的降解情况。McDaniel建议工程师们要对公开的数据进行调整：假设砂会维持7-8%的短期导流能力，而树脂包裹砂会维持17%，陶粒能维持约50%。Cobb（1986）[28]在泰富隆套管中设计的试验为了排除晶体腐蚀（图2b），结果表明在10000psi围压下经过70天陶粒支撑剂的导流能力损失了约20%，而砂砾在5000psi的围压下，导流能力就损失了30%。

图5所示扩大的延时测试通常显示支撑剂流动能力总是出现连续的下降。在8000psi应力下测试结果显示，与3种陶粒相比，导流单元（2a）、砂砾及树脂包裹砂降解的更为严重[McDaniel,1986]。为了清除所有的单元腐蚀（2b），在200℉2%KCI中测试的陶粒损失导流能力20%，而砂砾