多尺度暂堵剂粒度参数优化及应用

摘要

为提高多尺度暂堵剂封堵效果,提出了一种基于粒度组成调控封堵层渗透率及强度的粒度优化方法。首先将d1/2理论和5/6匹配原则相结合,确定出不同缝宽下暂堵剂稳定堆积的粒度分布基线;然后,在考虑暂堵剂性能参数的基础上,基于Kozeny-Carman模型,通过分形理论建立了封堵层渗透率模型;最后,综合考虑摩擦和剪切失稳准则,建立封堵层强度模型,优化暂堵剂粒度分布和封堵层长度。根据优化设计方法开展室内封堵效果评价,设计了代表粒径为1.14 mm的暂堵剂对缝宽为3 mm的岩心进行封堵。结果表明:在闭合压力为40 MPa的条件下,封堵层的承压能力为33 MPa,渗透率为2.2×10^(-3)μm^(2),渗透率和封堵强度实验值与建立的理论模型预测值相对误差分别为9.09%和6.06%,表明优化设计方法可靠。现场应用结果显示,加入暂堵剂后,施工压力从88.4 MPa上升到93.2 MPa,微地震表明暂堵剂的加入促使裂缝转向开启,有效提高了裂缝复杂程度并增加了改造体积。研究成果可为暂堵剂粒度参数优化提供理论支撑。