第１２卷第２期 重庆科技学院学报（自然科学版） ２０１０年４月 多相流条件下支撑裂缝导流能力实验研究 刘 超 王文耀 刘林森何春明 （西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都６１０５００） 摘 要：运用ＡＰＩ标准导流室和多功能裂缝导流能力测试系统．对多相流条件下支撑裂缝导流能力的变化进行研 究，考察不同气液比、不同闭合压力、不同铺砂浓度下对不同粒径支撑剂的裂缝导流能力。结果表明：多相流的产生 使支撑裂缝导流能力大幅度降低；铺砂浓度越高，多相流造成的导流能力损失越小；大粒径支撑剂可以减小高闭合 压力下多相流造成的导流能力的损失。 关键词：多相流；气液比；导流能力；铺砂浓度；闭合压力 中图分类号：ＴＥ３１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—１９８０（２０１０）０２一Ｏ０８３—０３ 在油田的各种增产措施中，水力压裂是常用的 有效方法之一。水力压裂的目的是要在井筒附近地 的地层压力都低于泡点压力，必然会造成气相分离，形 成多相流。因此，研究多相流对支撑裂缝导流能力的影 层形成一条高导流能力的渗流通道供油气渗流，能否 形成较高的裂缝导流能力是水力压裂作业的关键。所 响就显得尤为重要。笔者通过实验对多相流条件下的 支撑裂缝导流能力进行了研究和分析。 谓裂缝导流能力．是指裂缝闭合宽度与闭合压力下裂 缝渗透率的乘积。支撑剂的作用在于泵注停止和返排 后保持裂缝处于张开状态．支撑剂性能的好坏直接影 １ 实验研究 １．１ 实验装置及原理 响裂缝的导流能力。影响支撑剂性能的因素很多，除了 支撑剂颗粒自身因素外，环境因素也不容忽视。闭合压 力、温度、支撑剂嵌入和压裂液残渣等都能极大地影响 支撑剂充填裂缝的导流能力。此外，绝大部分生产油井 本实验采用西南石油大学设计优化集成的多功 能裂缝导流能力测试分析系统，如图１所示。实验中 测得的基础数据ｆ闭合压力、流动压差、流ｉｔ）都会经 过系统中内嵌的软件处理而得出。 图１ 多功能裂缝导流能力测试分析系统流程示意图 收稿日期：２０ｏ９一ｏ７—２３ 作者简介：刘超（１９８３一），男，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为油气增产机理。 ・８３・ 刘超，王文耀，刘林森，何春明：多相流条件下支撑裂缝导流能力实验研究 １．２实验条件 言 ８０ 实验温度设定为室温２０ｃｃ。为了排除支撑剂嵌 入对导流能力的影响，在导流室上下均放置金属片。 Ｎ量 ６０ ４０ ２０ ０ｏ 实验液体采用蒸馏水，气体由高压氮气罐提供。支 撑剂分别采用不同粒径（１６／２０目、２０／４０目、３０／５０ 曲 ８０ 目１某品牌陶粒，铺砂浓度分别为５、ｌＯｋｇ／ｍ ，闭合压 力为６．９～６９ＭＰａ。 １．３实验方法 气液比／％ 图２ ３０／５０目陶粒在２７．６ＭＰａ闭合压力下的导流能力测试曲线 ２７．６ＭＰａ时．铺砂浓度ｌＯｋｇ／ｍ 条件下的不同粒径支 撑剂的导流能力如图３所示。３种粒径的支撑剂的 ３０／５０目陶粒铺砂浓度为５ｋｃＣｍ ，称量３２．２５ｇ，装 入导流室。使用蒸馏水以２．０ ｍＬ／ｍｉｎ驱替３ｈ。在 ６．９ＭＰａ闭合压力下，首先测试介质为单相蒸馏水时 的导流能力，然后保持蒸馏水排量２．ＯｒａＬ／ａｉｒｎ不变， 不断增大氮气排量，测试不同气液比ｆ０～５０％）下的导 流能力。依次增大闭合压力，在不同闭合压力下重 复进行前面的实验操作。再次按铺砂浓度ｌＯｋｇ／ｍ ， 称量６４．５ｇ陶粒，进行相同的导流能力测试。 １６／２０目、２０／４０目陶粒导流能力测试步骤同上。 导流能力都随气液比的增加而不断降低。但是１６／ ２０目陶粒的导流能力在气液比达到１５％时开始急 剧降低．临界气液比高于其他两种支撑剂。整个过程 中，１６／２０目陶粒的导流能力明显高于其他两种粒 径的支撑剂。这时大粒径的支撑剂提供了较大的导 流通道，低气液比对其导流能力的影响较小。 言 ２实验结果及分析 ２．１ 气液比对导流能力的影响 呈 避 曲 以铺砂浓度为ｌＯｋｇ／ｍ 时３０／５０目陶粒在 ２７．６ＭＰａ闭合压力下的导流能力测试为例。如图２ 所示支撑剂的导流能力随气液比增大而降低。气液 比在０～２０％阶段，导流能力急剧降低，气液两相共 存造成了流线压力损失剧增：气液比在２Ｏ％一４０％阶 段导流能力降低的幅度相对减小。气液比达到４５％ 时，导流能力降至最低，导流能力损失率为４２．３６％。 气液比为５０％时，导流能力略微升高。此时气相开 气液比／％ 图３ ２７６ＭＰａ闭合压力下３种支撑剂导流能力随气液比变化曲线 此外，实验中测试了同一气液比条件下不同粒 径支撑剂导流能力随闭合压力的变化 以３０％气液 比、铺砂浓度ｌＯｋｇ／ｍ 条件下的测试结果为例进行 对比。由表ｌ可知，ｌ ６／２０目陶粒在闭合压力低于 始成为主要相态，压力损失降低。 ２．２ 多相流条件下各因素对导流能力的影响 ２．２．１ 支撑剂粒径的影响 ２７．６ＭＰａ时，导流能力损失率略高于其他两种粒径 支撑剂：但是当闭合压力高于２７．６ＭＰａ时．导流能 力损失率明显低于其他两种粒径支撑剂。导流能力 随着闭合压力的增大而不断降低。大粒径的支撑剂 能够在高闭合压力下提供较高的导流能力。 实验对相同闭合压力条件下随气液比变化的不 同粒径支撑剂导流能力进行了测试。当闭合压力为 表１ ３Ｏ％气液比条件下支撑剂导流能力随闭合压力变化数据表 ・８４・ 刘超，王文耀，刘林森，何春明：多相流条件下支撑裂缝导流能力实验研究 ２．２．２铺砂浓度的影响 支撑剂粒径都会使多相流对导流能力的影响产 生变化。 铺砂浓度也是影响导流能力的重要因素。以 ２０／４０目陶粒在３４．５ＭＰａ闭合压力下导流能力随气 液比变化为例。由表２可知，５ｋｇ／ｍ 铺砂浓度条件下 的导流能力明显低于ｌＯｋｇ／ｍ 铺砂浓度条件下的导 流能力，并且导流能力损失率也较高。低铺砂浓度 支撑裂缝的导流能力在多相流情况下，导流能力损 失更为严重。 表２ ２０，４０目陶粒在２７．６ＭＰａ闭合压力下 导流能力随气液比变化数据表 气液 １０ｋｇ／ｍ 铺砂浓度 ５ｋｇ／ｍ 铺砂浓度 Ｅ／％导流能力／（ ｍ ・ｃｍ）损失率，％导流能力／（ ｍ ・ｃｍ）损失率／％ 对于油井，支撑裂缝导流能力会随着气液比的增 大而降低。多相流造成了油气饱和度变化、相对渗透 率变化、相态相互作用。 多相流条件下，大粒径陶粒的支撑裂缝导流能力 损失较小。同时，能够在高闭合压力下提供较大的导 流能力。 铺砂浓度越大。多相流造成的导流能力损失越 小，因此在压裂施工中应该尽量提高平均铺砂浓度。 参考文献 【１】ＳＹｆｒ６３０２．１９９７．压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推 荐方法『Ｓ１． ［２】Ｖｉｎｃｅｎｔ Ｍ Ｃ．Ｐｒｏｖｉｎｇ Ｉｔ—Ａ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ８０ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ Ｆｉｅｌｄ Ｓｔｕｄｉｅｓ Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ［Ｇ］．ＳＰＥ ７７６７５，２００２． 【３】Ｆｌｏｗｅｒｓ Ｊ Ｒ，Ｈｕｐｐ Ｍ Ｔ．Ｔｈｅ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆＩｎｃｒｅａｓｅｄ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ ｏｎ Ｗｅｌｔｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ａ Ｍａｔｕｒｅ Ｅａｓｔ Ｔｅｘａｓ Ｇａｓ Ｆｉｅｌｄ『Ｇ１．ＳＰＥ ８４３０７，２００３． ３结 语 大量的室内实验表明，在多相流条件下，支 撑裂缝导流能力会大幅度降低，并且铺砂浓度和 ［４】Ｋａｒｅｎ Ｅ，Ｏｌｓｏｎ，Ｓａｍｉ Ｈａｉｄａｒ，ｅｔ ａ１．Ｍｕｌ卸ｈａｓｅ Ｎｏｎ－Ｄａｒｃｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｄｒｏｐ ｎ ｉＨｙｄｒａｕｌｉｃ Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ［Ｇ】．ＳＰＥ ９０４０６，２００４． ［５】温庆志，张士诚，李林地．低渗透油藏支撑裂缝长期导流能 力实验研究［Ｊ］．油气地质与采收率，２００６，１３（２）：９７—９９． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｐｒｏｐｐｉｎｇ Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ＬＩＵ Ｃｈａｏ ＷＡ ＮＧ Ｗｅｎ－ｙａｏ ＬＩＵ Ｌｉｎ－ｓｅｎ ＨＥ Ｃｈｕｎ－ｍｉｎｇ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＯｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ， Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６ １ ０５００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｉｔ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ＡＰＩ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｃｅｌｌ ａｎｄ ｓｅｌｆ－ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｍｕｌｔｉ—ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｆａｃｔｕｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ ｔｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ ｌｆｏｗ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｒｆａｃｔｕｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ．ｔＴｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｅｓｔｓ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ ｔｏｆｐｒｏｐｐｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｇａｓ—ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ，ｃｌｏｓｕｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｐａｖｅｄ—ｓａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ，ｒａｃｔｕｒｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ ｔｗｉｌｌ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｒｅｄｕｃｅ；ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｐａｖｅｄ－ｓａｎｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｌｏｓｓ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ ｂｙ ｍｕｌｔｔｉｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ； ｌａｒｇｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｐｒｏｐｐａｎｔ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ ｔｂｙ ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ ｌｆｏｗ；ｇａｓ—ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ；ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ；ｐａｖｅｄ—ｓｔａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔ；ｃｌｏｓｒｅ ｕｐｒｅｓｓｕｒｅ ・８５・
