支撑剂长期导流能力实验研究

汪宏博，张 震

（中国石油长庆油田分公司第八采油厂，陕西西安 718600）

长庆油田属于典型的低渗透油藏，必须通过压裂才能取得一定的经济效益，水力压裂的目的就是要在井筒附近地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[1]。支撑剂的性能将直接影响裂缝的长期导流能力，进而直接影响压裂的效果。影响支撑剂性能的因素很多，其中最重要的是支撑剂的类型、支撑剂的粒径以及组合。

支撑剂短期导流能力是一种重要的研究支撑剂的途径，但是在实际的压裂作业中，裂缝的导流能力会随着时间逐渐降低，所以短期导流能力不能准确地反映出支撑剂实际的性能。本文在前人研究支撑剂导流能力的基础上[1-3],通过延长实验时间研究不同的支撑剂长期的导流能力。支撑剂长期导流能力可以反映出不同的支撑剂组合导流能力随时间变化的趋势，支撑剂长期导流能力与支撑剂短期导流能力相比更能反映每一种支撑剂的性能，研究结果对油田的施工设计具有重要的指导意义。

1 实验过程

实验使用FCES-100 型裂缝导流仪，依据（SY/T6302-2007）压裂支撑剂充填层短期导流能力评价的方法[4]组装实验，将测试时间延长至5 d，每隔24 h 测试一次支撑裂缝的导流能力，研究不同的支撑剂导流能力随时间变化的趋势。实验所采用的支撑剂主要有10/20 目的石英砂、10/20 目的树脂砂、10/20 目的陶粒、20/40 目的陶粒、40/60 目的陶粒。实验过程中保持相同的铺砂浓度（10 kg/m3），实验方案（见表1～表3）。实验原理遵循达西定律，把导流室相关尺寸代入到达西公式，可以得到支撑剂渗透率及导流能力计算公式[4]。

表1 不同支撑剂导流能力实验方案

表2 单一支撑剂导流能力实验方案

表3 不同支撑剂组合实验方案

2 实验结果及分析

图1 不同类型支撑剂导流能力实验结果

图2 单一支撑剂不同粒径导流能力实验结果

2.1 支撑剂类型实验结果

选择铺砂浓度为10 kg/m3，使用目数为10/20 目的不同类型支撑剂（陶粒、石英砂和树脂砂）开展实验，研究支撑剂类型对裂缝导流能力的影响。实验结果（见图1）。

如图1 所示，随着时间的增加，三种不同类型支撑剂的长期导流能力逐渐下降。这是由于支撑剂在闭合压力的作用下会发生一定程度的破碎，而且支撑剂的破碎率会随着实验时间的增加而增加。而且在相同条件下，陶粒的导流能力最大、石英砂的导流能力最小。这是由于陶粒与石英砂相比具有较高的抗压强度，所以石英砂在实验初期就会有很大一部分发生破碎，破碎的石英砂会堵塞一部分支撑孔隙，这使石英砂的导流能力非常低。而树脂砂由于存在一层树脂外壳，极大的降低了支撑剂的破碎率，所以树脂砂的长期导流能力要好于石英砂的导流能力。

2.2 单一支撑剂不同粒径实验结果

选择铺砂浓度为10 kg/m3，使用10/20 目数陶粒、20/40 目数陶粒、40/60 目数陶粒进行单一粒径影响实验，实验结果（见图2）。

分析可知，三种不同目数的支撑剂导流能力差别很大，粒径越大的支撑剂导流能力越高，三条曲线从上到下分别是10/20 目支撑剂，20/40 目支撑剂，40/60目支撑剂。随着实验时间的增加各种支撑剂的导流能力的差距也逐渐减小，10/20 目支撑剂，20/40 目支撑剂，40/60 目支撑剂实验结束时导流能力下降率分别为34.2 %、24.3 %、16.4 %。出现这种现象的原因主要是：实验初期，支撑剂破碎率较低，比较完整。因此，大粒径的支撑剂其孔隙也比较大，流体通过比较容易，所以导流能力相应的比粒径小的支撑剂要高。而随着实验时间的增加，支撑剂的逐渐破碎，孔隙被支撑剂的碎屑填充，大颗粒支撑剂的优势逐渐消失；同时由于大颗粒支撑剂的接触面积小于小颗粒支撑剂的接触面积，所以大颗粒支撑剂承压能力较弱、破碎率较高。这就导致了大粒径支撑剂和小粒径支撑剂导流能力的差距逐渐缩小、大颗粒支撑剂长期导流能力下降幅度较大。

2.3 不同比例支撑剂实验结果

基于单一支撑剂长期导流能力的实验结果，发现大颗粒支撑剂具有导流能力高、破碎率高的特点；小颗粒支撑剂具有导流能力低、破碎率低的特点。为了使得人工裂缝具有较高的导流能力和较低的破碎率的现场需求，就需要对不同粒径的支撑剂进行复配，研究不同比例支撑剂的长期导流能力。选择10/20 目数陶粒、20/40 目数陶粒、40/60 目数陶粒按不同比例（1∶1∶1、1∶2∶1、1∶3∶1）组合开展实验，考察不同比例支撑剂对裂缝长期导流能力的影响，实验结果（见图3）。

如图3 所示，三条曲线由下到上分别是10/20 目、20/40 目和40/60 目的陶粒以1:1:1、1:2:1、1:3:1 的比例混合后所测的导流能力。发现三种不同比例的支撑剂组合当中，支撑剂长期导流能力随中间组分所占比例的增加导流能力逐渐增大。随着实验时间的增加，10/20 目、20/40 目和40/60 目的陶粒以1:1:1、1:2:1、1:3:1的比例混合后导流能力下降幅度分别为28.1 %、27.0 %、23.7 %，这说明当三种不同粒径的支撑剂比例达到1:3:1 时，支撑剂不但具有最高的导流能力，同时还具有最好的防破裂能力。而且在实验结束时三种不同粒径支撑剂比例为1:3:1 复配支撑剂的导流能力为43.5 μm2·cm，高于使用10/20 目支撑剂的导流能力（41 μm2·cm），所以使用复配支撑剂可以提高裂缝后期的导流能力。所以在实际的压裂作业中，推荐使用10/20 目、20/40 目、40/60 目比例为1:3:1 的复配支撑剂。

3 结论

（1）在支撑剂粒径相同的条件下，支撑剂导流能力大小由大到小排列顺序为陶粒＞树脂砂＞石英砂。

图3 不同比例支撑剂导流能力实验结果

（2）在支撑剂种类相同的条件下，支撑剂导流能力和破碎率会随着颗粒直径的增加而增加，支撑剂导流能力随时间的下降的幅度会随着颗粒直径的增加而减小。

（3）使用10 目/20 目、20 目/40 目、40 目/60 目以1:3:1 复配出支撑剂与其他两种复配支撑剂相比具有很好的导流能力，同时在实验结束时该复配支撑剂与10 目/20 目陶粒支撑剂相比具有更好的导流能力。