压裂裂缝内滑溜水携砂输送规律研究

摘要

页岩气、致密油气等非常规能源的高效开发在石油天然气工业引发了一场重大科技革命，掀起了全球开发非常规油气的热潮，而助推此的无非是滑溜水压裂技术和水平井技术的成功应用。滑溜水压裂技术以高排量、大液量方式泵注携砂液，最终能在非常规储层中形成充填有一定支撑剂、改造体积较大的压裂缝，而未填充支撑剂的裂缝停泵泄压后将重新闭合而成为无效裂缝。可见，研究压裂裂缝内滑溜水携砂输送规律对于优化裂缝内铺砂具有一定的理论指导意义。 本文充分调研了国内外有关支撑剂输送理论及现有研究方法，设计研发了“水力压裂裂缝与射孔模拟实验系统”，借此装置研究了不同携砂液进口位置对压裂裂缝内滑溜水携砂输送的影响规律，筛选出了最优利于压裂缝进口端铺砂的进口组合，并基于此最优携砂液进口位置对影响滑溜水携砂的各因素进行了敏感性分析，最后从数值模拟角度研究了裂缝内滑溜水携砂固-液两相输送规律。 结果表明，携砂液进口位置并不影响滑溜水压裂裂缝内砂堤平衡高度和支撑剂铺置过程，各个携砂液进口位置下砂堤形成过程均可分为3个阶段，但各阶段的时间、平衡时间差异较大；携砂液进口位置通过改变压裂裂缝内射流轨迹、射流间耦合作用强弱、支撑剂颗粒间碰撞强弱、湍动能强弱而达到影响支撑剂的沉降运移轨迹，进而改变进口端砂堤的铺置形态；携砂液进口位置对滑溜水压裂裂缝内砂堤形态影响明显，若仅从携砂液进口端支撑剂铺置率、砂堤平衡高度前缘距离两方面考虑，Ⅰ-Ⅱ孔组合最有利于压裂裂缝进口端铺砂、改善井眼与人造裂缝的连通性；数值模拟压裂裂缝内滑溜水携砂砂堤形成过程以及不同进口位置下最终的铺砂形态与实验结果较为相似，证明了建立的数值模型具有一定的有效性及实用性；滑溜水压裂施工末期可通过降低泵注排量、增加加砂砂比、支撑剂密度及粒径来增加裂缝进口端支撑剂铺置量。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容与技术路线

第二章 压裂裂缝内滑溜水携砂输送理论研究

2.1 滑溜水压裂认识

2.2 携砂压裂液中支撑剂沉降运移理论研究

2.3 砂堤形成规律研究

2.4 砂堤形成阶段研究

2.5 砂堤形态影响因素研究

2.6 本章小结

第三章 压裂裂缝内滑溜水携砂输送规律室内实验研究

3.1 实验原理及假设

3.2 实验模拟系统介绍

3.3 实验操作流程

3.4 实验方案设计

3.5 实验研究进口位置对滑溜水携砂的影响规律

3.6 基于最优铺砂Ⅰ-Ⅱ型孔对影响滑溜水携砂的各因素进行敏感性分析

3.7 本章小结

第四章 压裂裂缝内滑溜水携砂输送规律数值模拟研究

4.1 计算流体动力学（CFD）概述

4.2 压裂裂缝内滑溜水携砂固-液两相输送数学模型

4.3 滑溜水携砂数值模型建立

4.4 压裂裂缝内滑溜水携砂数值模拟

4.5 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间发表论文

攻读研究生期间获得专利

攻读研究生期间获得软件著作权

攻读研究生期间参与的科研项目