超临界CO2压裂缝内携砂数值模拟

摘要

超临界CO2压裂是一种新型无水压裂技术,由于其环保和高效等特点而备受关注.然而超临界CO2密度和黏度较低,其在裂缝内支撑剂携带能力和规律不得而知.采用计算流体力学(CFD)的方法,考虑支撑剂颗粒之间的相互作用以及超临界CO2的物理性质,建立了超临界CO2和支撑剂两相缝内流动模型,分析了支撑剂密度、 粒径、 携砂液砂比和流量等参数对其影响规律.研究结果表明:超临界CO2携带支撑剂在裂缝垂直剖面上铺设浓度具有明显差异.静止沙丘层中的支撑剂体积分数随着时间增加基本保持不变,接触层和悬浮层体积分数变化较为平缓,跃移层的体积分数则变化较为剧烈.在模拟条件下,建议选用密度小于1540 kg/m3、 粒径小于0.25 mm的支撑剂,且携砂液的砂比要低于8％,排量要高于4 kg/s,从而有益于超临界CO2携带支撑剂在裂缝中形成均匀砂床,避免发生砂堵.研究结果可为超临界CO2裂缝内携砂施工参数设计提供理论依据.