在水力压裂时使用有机硅烷可以减少储层微粒向支撑剂填塞带的运移——现场应用实例
石英砂选矿主控因素及方法研究
59压裂是非常规油气提高单井产量和提高采收率的主要技术手段，为油气田的高效开发提供了技术保障[1]。
在水力压裂的过程中，为了防止压后的裂缝在地层闭合压力下重新闭合，常常需要人为地往地下输送材料用来支撑裂缝，这些材料被称为支撑剂[2]。
压裂作业后，压裂液逐渐排出，储层仅留下支撑剂支撑裂缝，用以提供高导流能力通道，增加油气流流入井筒，保持油气渗流通道长期畅通。
随着页岩气行业的飞速发展，预计在未来5年内，支撑剂用量将达（500~600）×104t/a。
石英砂因自身硬度大、不易磨损、化学性质稳定且支撑剂价格相对低廉等性质逐渐变成为压裂工艺中主要使用的支撑剂之一，在压裂作业起着不可替代的作用，在低闭合压力的储层有较好的增产效果，并在1500m的以下的浅井被广泛使用[2]。
目前，中国石油页岩气油气资源主要集中于四川地区。
到2025年，西南地区预计拟新建水平井约1800口，按目前平均单井支撑剂用量（约2700t规模）和当前核算价格（石英砂成本约1100元/t，陶粒成本约2200元/t），预计累计支撑剂投资约110亿元。
石英砂生产成本约为260元/t，而北方石英砂运输到四川等地的运输成本为450~700元/t，如能实现砂源本地化，将极大地降低支撑剂成本[3]。
本次研究针对川北、川南、云南三个产地的四种石英矿矿石样品，利用各种分析测试手段，开展石英矿矿石物理性质、力学性质、化学性质等特征分析，在此基础上明确石英矿选矿重点参数，优选出更适合四川本地的优质石英砂。
1 石英矿矿物组成及微观结构特征实验评价1.1 矿石X-射线衍射全岩矿物分析将四种矿物按照测试要求，洗油，烘干，研磨至200目颗粒备用。
采用背压法将粉末样品装入样品框中压实，放入衍射仪中测试；利用HighScore软件分析原始X-衍射曲线，分析岩石中不同类型矿物的含量，结果可知：四种矿石中全岩矿物均以石英占绝对优势，含量>98%，其次为少量粘土矿物。
微粒运移在储层保护中的应用研究
使 用模 型 参数 （ 大集 中约束 、 最 滤饼 和地 层伤 害 系数 ） 进 行 计算 ， 些参 数 可 以使 以前 做过 的在 吊注 时 的通 过岩 这
芯的压力降。集 中约束 的最大值可 以通过两次岩芯驱 替 获得 ， 必须 在微 观范 围 内与力矩 平衡 相 匹配 。 但 Ｐ ｅ ｒ ｏ ｅｓ ｙ建 立 了粒 子 力 学 平 衡 方 程 和 最 ．Ｂ ｄｉ ｖ ｔｋ ｋ 大 约束 函数 。写 出 了 Ｈｅ －ｈ ｗ 流 体 中关 于拖 拽 、 ｌＳ ａ ｅ 静 电、 举升 和重 力 的表达 式 ， 中对 任 何孑 隙尺 寸来说 ， 其 Ｌ 力 学平 衡 条件 和拖 拽依 赖 速 度 及最 大 集 中约束 的调 整 说 明作 为 流速 的函数 。对 于 一束 平 行 的矩 形平 行 毛管 力 需要 给 出最 大约束 函数 的估计值 。 通过 实验 研究 表 明 ： （） １ 在悬 注时 ， 过岩 芯 的稳 定 的压 力 降可 以通 过 通 拖拽 力 、 电 ， 静 作用 在 内部 滤 饼 表 面 的重 力 和升 降 力 达 到 了力矩 的平 衡来 解 释 。在 内部 滤 饼表 面 的粒 子 平 衡 是通 过无 量纲 移位 数来 表征 的 ， 它是 拖拽力 和 总的升 降 力 、 电及重 力 （ 常力 ） 静 正 的一个 比值 。最大 的约 束 函数 对 比移位 数关 闭移 位粒 子 深床过 滤模 型系统 ， 维悬 注 一 问题 要求 精确 的 分析 结果 。 问题 表 明移 位 从 岩 芯 人 口 开始 ， 然后 进入 岩 芯知道 移位 区域 占领 整个 岩芯 。从 那 个 时刻 起 ， 微粒 捕 获就再 也不 会发 生 了 。 （） ２ 问题要 求 确定 的 ３个 模 型 系 数 （ 滤 和 地层 伤 过 害系 数 和最大 集 中约束 ） 从持 续速 率 注入压 力降 曲线 上 读 取 。实 验 室岩芯 驱替 数 据 的处 理 在渗 透 率 下 降 进 一 步稳定 导 致过 滤 和地 层 伤 害 系数 值 在这 些 参 数 的正 常 范 围 内。对 于多孔 中渗简 化 几 何 尺 寸 及静 电常 数 的 常 规 值 ， 得 的最 大集 中约束 值能在 微观 范 围内与力 矩 平 获
压裂液添加剂在现场压裂中的作用及应用
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3.4.3破胶剂
把高粘度压裂液留在裂缝中将降低支撑剂充填层 对油和气的渗透性，从而影响了压裂作业的效果。因 此压裂施工结束后，为了让施工液体能尽快的从井下
裂缝中通过井筒排出地面，必须使用破胶剂。
100
temperature(du)
80 60 40 20 0 0 6 12 18 24 30 time(min) 36 42 48 54
800 600 400 200 0
V-t T-t
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0.55%CJ2-6 交比100:0.6 1400 1200
Viscosity(cp)
1000 800 600 400 200 0 0 6 12 18 24 30 time(min) 36 42 48 54 60
井的吸收能力及驱替中的扫油效率。
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二、压裂液现状
压裂液是压裂工艺技术的一个重要组成部分。
压裂液的选择、施工设计及整套操作步骤都有助于
确定油气井水力压裂后的产量。
从历史上来看, 压裂液研制主要侧重两个方面,
即提供充足的支撑剂运移, 减少砂粒充填的伤害。
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2.1压裂液的主要功能
变成线型和网状体型结构混存的高分子水冻胶，其中 应添加必要的添加剂。水基冻胶压裂液是交联了的稠 化水压裂液。
特点：粘度高，造缝性能好，携砂性能强，粘度的可调和可控性好。
滤失系数低，液体效率高，高速流动时摩阻低于清水。
适用性：普遍适用于油气井增产、水井增注的作业。特别可以完成 高砂比、大砂量、宽造缝、深穿透的高难度压裂。
压裂工艺基础知识介绍
压裂工艺基础知识介绍目录一、压裂工艺概述 (2)1. 压裂工艺定义及重要性 (3)2. 压裂工艺发展历程 (3)3. 压裂工艺应用领域 (4)二、压裂原理与基本流程 (5)1. 压裂原理简介 (6)（1）岩石破裂理论 (7)（2）水力压裂基本原理 (8)2. 压裂基本流程 (9)（1）前期准备 (10)（2）压裂施工 (11)（3）后期评估 (13)三、压裂设备与技术参数 (14)1. 压裂设备组成 (15)（1）压裂泵 (15)（2）高压管汇 (17)（3）地面设备 (18)（4）井下工具 (19)2. 技术参数介绍 (20)（1）压力参数 (22)（2）流量参数 (23)（3）化学药剂参数 (24)四、压裂液与支撑剂 (25)1. 压裂液介绍 (27)（1）压裂液种类与特性 (28)（2）压裂液性能要求 (30)2. 支撑剂介绍 (31)（1）支撑剂种类与特性 (32)（2）支撑剂作用及选择要求 (33)五、压裂工艺优化与新技术发展 (34)一、压裂工艺概述压裂工艺是一种用于开采石油和天然气资源的地质工程技术，它通过在地层中注入高压水，使岩石发生裂缝和破碎，从而释放出地下的石油和天然气资源。
压裂工艺在全球范围内得到了广泛的应用，尤其是在美国、加拿大、中国等国家的油气田开发中发挥了重要作用。
压裂工艺的主要目的是提高油气井的产量，延长油气井的使用寿命，降低生产成本。
随着科技的发展，压裂工艺也在不断地改进和完善，以适应不同类型的油气藏和地层条件。
压裂工艺主要包括水力压裂、化学压裂和生物压裂等多种类型。
水力压裂是最早的一种压裂方法，主要利用高压水流产生的压力差来破碎岩石。
随着技术的进步，化学压裂逐渐成为主流技术，它通过向地层中注入特殊的化学剂，使岩石发生化学反应，从而产生裂缝和破碎。
生物压裂则是近年来发展起来的一种新型压裂技术，它利用微生物降解有机物的过程来产生裂缝和破碎。
压裂工艺作为一种重要的地质工程技术，为石油和天然气资源的开发提供了有效的手段。
储层岩石破裂诱发微粒运移损害实验研究
生 的微 粒 运 移，对 岩 石 破 裂诱 发 微 粒 运 移 机理 的研 究 较 少。在 射 孔 和 水 力 压 裂 过 程 中，岩 石 破 裂 会 降 低 岩石 强度 ，弱化 微 粒 问 的结合 力 ，诱 发 微 粒分 散
运移 而 造成 储 层损 害 。利 用 速敏 实 验 ，结 合 岩石 力
学基本 理 论 ， 展 了破裂 岩 石 的微 粒 运移 机理 研究 。 开
１ 岩 样及 实验 方 法
１１ 实验岩 样 ．
取 物性 相 近 的露 头 岩心 作为 实 验 岩样 。岩 样 的 孔 隙 度 在 １ ． ％～ １ ． ％ 之 间 ， 透 率 为 ０ ０ ８ ６ ２ ９ 渗 ． ９８ ０ × ０ ～０１２０ １１ｇ 。对 部 分 岩 样 进 行人 工 造 １ ． × ０ ｍ ７ 缝 ，其 中干 式造 缝模 拟 储 层岩 石 在 干燥 状 态或 含水 饱 和 度较 低 情况 下 的破 裂 过程 ； 湿式 造缝 是为 了考
测量 ； 绘 制渗透 率 与流量 的关 系 曲线 ； ④ ⑤确 定 临 界流 量 ，如 果流 量 Ｑ 对 应 的渗 透率 Ｈ 对 应 渗 透 率 满 足 （ Ｋ 与流量 Ｑ ｆ ） 一Ｘ１０ ／ 。 ０ ％≥５ ％，说
选用 物 性 相 近 的岩 样 造 缝 后 ，在 Ｓ ＭＳ Ⅱ型 高 温 Ｃ ． 高 压岩 心多 参数 测量 系统 上进 行应力 敏 感实 验 ，结
果如图 １ 所示 。
样渗透率 ，鉴于岩样具有强烈 的应力敏感性 ，驱替 压 力 不 宜 过 高 ， 当流量 达 到 ３ｍＬｍｉ 右 时 结束 ／ ｎ左
储 层 岩 石 破 裂 诱 发 微 粒 运 移 损 害 实验 研 究
支撑剂在裂缝中的运移规律及铺置特征
中的沉降和运移进行了数值模拟，并采用自主研制的 携砂液流动可视化模拟装置进行支撑剂运移模拟实 验。通过研究支撑剂动态沉降与压裂施工参数的关系， 进一步校正数值模型，明确了影响支撑剂运移的主要 施工因素。通过理论与现场相结合，针对华北油气分公 司定北区块施工难度大、加砂困难的特点，利用相关压 裂软件开展压裂设计参数优化，取得了较好的现场应 用效果。本文研究成果对于提高低渗致密“三高”储层 的施工成功率及改造效果具有极其重要的意义。
收稿日期：2018-11-20；改回日期：2019-03-10。 第一作者：狄伟，男，1966年生，高级工程师，1988年毕业于成都
地质学院石油系，现从事石油天然气工程技术管理工作。E-mail： diwei.hbsj@。
引用格式：狄伟•支撑剂在裂缝中的运移规律及铺置特征[J]•断块油气田，2019,26(3):355-359.
V
S单d g =,-&
V
式中:Re为雷诺数;为阿基米德数。 1.2模拟方法
基于PKN , KGD模型的缝高不变裂缝形态和拟三
维模型的椭圆形裂缝形态,建立了 100mx20m的二维
垂直裂缝模型。以Fluent软件为数值模拟工具,采用
Euler-Lagrange方法进行了不同粒径、不同密度支撑剂
在人工裂缝中的液-固两相流动过程数值模拟,并综合
图4 不同Re的射流入口平衡高度变化 综上所述，支撑剂体积分数越大、阿基米德数越大 以及雷诺数越小,所形成的砂堤平衡高度越高 ;平衡高 度出现的位置距离入口越近，越容易造成缝内砂堵。因 此，根据支撑剂体积分数、阿基米德数以及雷诺数的影
模拟装置尺寸为6~16 mmx60 cmx4 m，进口圆管 内径为80 mm,管内流速为0.86~2.31 m/s；压裂液罐容 积50 L，螺杆泵最大排量30m3/min，流量计数值范围 在 5~100m3/h，管内压力 1.6 MPa。 2.1泵注排量
水力压裂技术
第六章水力压裂技术第一节造缝机理一、教学目的了解压裂含义，和各种压裂的种类，熟练掌握油井的应力状况，能够计算简单的地应力，掌握形成裂缝的条件以及破裂压力梯度，会对压裂施工曲线进行分析与应用，了解裂缝方位的判断方法。
二、教学重点、难点教学重点1、地应力的计算2、压裂过程中井壁的周向应力3、形成水平裂缝、垂直裂缝的条件教学难点1、压裂施工曲线的分析与应用2、有裂缝和无裂缝时的破裂压力梯度计算三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表四、教学内容本节主要介绍四个方面的问题：一、油井应力状况二、造缝条件三、压裂施工曲线的分析与应用四、裂缝方位的判断压裂：用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。
压裂的种类(根据造缝介质不同)⎪⎩⎪⎨⎧干法压裂高能气体压裂水力压裂 水力压裂：利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。
高能气体压裂：利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。
干法压裂：利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤害。
其关键技术是混合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。
适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层。
水力压裂的工艺过程：水力压裂增产增注的原理: (1) 改变流体的渗流状态：使原来径向流动改变为油层与裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，降低了能量消耗。
6-水力压裂
当P试验P真实时
2 压裂液粘度影响的滤失系数Cv
假设 压裂液为牛顿型液体且作线性层流流动； 压裂液呈活塞式侵入，即侵入段地层流体被顶替； 压裂液和地层岩石均不可压缩； 压差ΔＰv为常数。
理论基础：达西定律计算实际滤失速度
最终得到:
m2
MPa
mPa.S
3 地层流体压缩性影响的滤失系数Cc
本构方程
宾汉型液体
在一定的剪切应力作用下才能流动，最后接近牛顿液体，剪切应力与剪切速率成线性关系。
本构方程
典型压裂液:泡沫压裂液
粘弹性液体
流体特征： 当除掉剪切力时，这种流体会恢复或部分恢复原来受到剪切作用期间所具有的形变。这种具有部分弹性恢复效应，也具有非牛顿性和与时间有关的全部粘性性质的流体称为粘弹性流体。 目前使用的水基冻胶压裂液大部分都表现出具有部分或全部粘弹特征。
类型：水外相型 油外相型
特点:破乳快、污染小； 热稳定性差、成本高
4 泡沫压裂液
组成：液相 + 气相 + 添加剂泡沫液 液相: 稠化水、盐水、水冻胶、原油 或成品油、酸液 气相： 氮气、二氧化碳、空气、天然气等
适用范围 K<1mD， 粘土含量高的砂岩气藏 低压、低渗浅油气层压裂
三、 地应力的测量及计算
（1） 矿场测量 — 水力压裂法 — 井眼椭圆法
（2）实验室分析 —滞弹性应变恢复 （ASR） —微差应变分析 （DSCA）
（3） 有限元计算
第二节 压裂液
压裂液及其性能要求 压裂液添加剂 压裂液的流动性 压裂液的滤失性 压裂液对储层的伤害 压裂液选择
2 油基压裂液
适应性: 水敏性地层、有些气层 发展: 矿场原油 稠化油 冻胶油 基液: 原油、汽油、柴油、煤油、凝析油 稠化剂: 脂肪酸皂(脂肪酸铝皂、磷酸脂铝盐等) 特点: 污染小、遇地层水自动破乳； 易燃、成本高、热稳定性较差。
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导流裂 缝来 说 ，新 的有效 井径 的大 小应 当是 有效 裂
缝 半 长 的 。
问题 ， 而 且 能 够保 证 人 工 裂 缝 （ 撑 缝 ） 的 支 完整 性 及 维持 一 定 人 工 裂 缝 的 导 流 能 力 。 各 种 各 样 的 添 加 剂 及 技 术 都 曾 成 功 地 应 用 到 支
用有机硅 烷 来稳 定颗 粒 的一种 新 ５ 艺。在进 －
行 大 规 模 的 压 裂 作 业 时 有 机 硅 烷 以 一 种 低 浓 度 添 加 进 含 卤 水 的 前 置 液 当 中 。 实 际 井 产 量 情 况 表 明 ，添 加 有 机 硅 烷 应 当 与 酸 化 压 裂 、
稳 产 及 减 少 因微 粒 侵 入 而 导 致 的 修 井 作 业 配
编 译 ：王香 增 （ 中国石油大学 （ 华东） ）
高鹏 （ 陕西延长 石油 （ 团）有限责任 公司） 集 审校 ： 黄 平 良 （ 陕西延长石油 （ 团）有限责任公司） 集
摘 要 利 用水 力压裂 来提 高加 州众 多 浅
海 低 渗 储 层 的 产 率 是 很 必要 的 。 该 类 储 层 的
１ 引 言
通过 水力 压裂 可 以提 高流体 的流动能 力及 储层
维普资讯
２ ２
国外 油 田 工程 第 ２ ４卷 第 ９期 （ ０ ８ ９ ２０．）
剂颗粒 的大小 来阻 止微 粒在 地层 和支 撑剂 接触 面之 间运 动 ？这些 问题 都亟 待解 决 。
维普资讯
王 香 增 ：在 水 力压 裂 时 使 用有 机 硅 烷 可 以减 少 储 层 微 粒 向 支 撑 剂 填 塞 带 的 运 移 —— 现 场 应 用 实例
２ １
在 水 力压 裂 时 使 用 有 机 硅 烷 可 以减 少
储层微粒 向支撑剂 填塞带的运移—— 现场应 用实例
撑 剂返 排 的控 制 中。这 些 支撑 剂 包括 树 脂 、 树 脂 涂 覆 砂 、 纤 维 、 塑 胶 及 可 变 形 支 撑 剂
裂缝 的导 流能力 通 常是用 裂缝 的宽 度及 支撑 缝
渗 透 率两个 参数 来进 行定 义 的 。裂 缝 的宽度 通常 取
决于 一 系 列 变 量 ，如 岩 石 的 机 械 性 能 、支 撑剂 浓
式中
Ｋ。 —— 支撑 剂充 填层 渗透 率 ；
Ｗ —— 裂缝 宽度 ；
Ｋ —— 地 层 渗透率 。 通 常无 量 纲裂 缝 导 流 能力 的值 达 到 １ Ｏ是 可 以 接受 的 ，该值 最小 不能 低 于 ２ 。存 在 这 样 的损 害 机 理 ，即如果减 少 支撑裂 缝 的有效 性 ，必然 会导 致裂 缝导 流 能力 降低 。这些 诸如 聚合 物残 渣及 弱流 体剪 切力 所 引起损 害 的机理 已经 在文 献 中反复 讨论 ，但 是 ，很少 讨论 微粒 运移 的损 害机 理 。尽管 微粒 运移
度 、单位 裂缝 面 积 支 撑 剂 的量 及 支 撑 剂 的 颗 粒 大
小 。其 中裂缝 渗透 率是 一个 动态 变量 ，与 通过 支撑 剂充 填层 的储 层流 体 的流态 有关 。另 外 ，储 层 沿着
一
（ 球 ） 因 支撑 剂 充 填 层 导 流 能 力 损 失 引起 腊 。
的 井 产 能 问 题 是 由 于 微 下 ：
力 的损 失 产 生 了瓶 颈 效 应 ，加 快 了 井 产 率 的
裂缝 导 流能力
Ｆ。＝ ＝ 。 ＝Ｋ Ｗ （） １
下 降 速 度 。 在 加 州 Ｌ ｓ ｌ ｏ ｔＨｉｓ油 田 的 Ｃ Ｄ ｌ ／
砂 层 ， 粒 级 的 变 化 范 围 是 从 ０ ０ ｍ 到 ． ６ｍ
０ １ｍ ｍ 。 这 些 微 粒 比 粉 砂 岩 及 陶 粒 的 粒 级 ．
无 量 纲 裂 缝 导 流 能 力
Ｆ 一 Ｘ
Ｋｆ
大 ， 而 比 细砂 的 小 ，是 烃 及 地 层 水 进 入 井 筒
ｆ
ｒ ９、 …
自然 产 生的 。考虑 到酸 溶影 响 ，在 酸化 过 程
中 ， 一 种 有 机 硅 烷 添 加 剂 成 功 地 应 用 到 酸 化 处 理 中 来 稳 定 颗 粒 。 本 文 创 立 了 井 压 裂 时 使
支 撑 剂 充 填 层 引 起 的 ， 这 在 以 前 很 少 被 重
定 支撑 裂缝 长度 的流 体输 送能 力优 化 了裂缝 导流
视 。微 粒 运 移 导 致 支撑 剂 充 填 层 渗 透 率 降
低 ，从 而 引 起 导 流 能 力 的 损 失 ， 这 种 导 流 能
能力 。这 种平 衡被 称 为无量 纲裂 缝导 流能 力 。公式
支撑剂 返 排
Ｌ ｓ Ｈｉｓ 田 ｏｔ ｌ 油 ｌ
目前 还没 有彻 底解 决这 个 问题 的方法 和补 救措 施 。
怎样 通过 压裂 使依 据地 层情 况设 计 的 陶粒 进入 支撑 剂充 填层 ？如 何设 计合 适 的支撑 剂颗 粒大 小使 微粒 通过 支撑 剂充 填层 而不 引起 导流 能力 下 降？相 反 ，在 维持产 量不 下降 情况 下 ，如何 规范 压裂 支撑
的产 能 。支 撑剂 水力 压裂 可 以在储 层产 生一 种人 工
的导 流通道 ，这 个导 流通 道成 为 流体从 基质 向井 筒 渗 流 的通道 ，这 相 当于扩 大 了井 眼 。对 于一 个无 限
闭合 压 力低 ，需要 进行 有 效的 支撑 剂返排 控
制 。 这 种 返 排 不 仅 可 以 减 少 因 为 出砂 引起 的
合 起 来 使 用 。 本 文 论 述 了这 一 理 念 并 以 实例
进行 了验证 ，结果令 人 满意 。
进入 支撑 剂填 充层 众所 周知 ，但 是它 在实 际井 生产
有 机
中产 生 的 消 极 影 响 一 直 没 有 进 行 量 化 研 究 。 因 此 ，
关 键词 水力 压裂 硅烷 砂层